王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:應(yīng)用方便靈活的無線測溫和熱成像技術(shù)對高爐爐殼進行檢測,利用熱成像進行檢測,發(fā)現(xiàn)了溫度異常區(qū)域后對關(guān)注部位進行點的檢測,預(yù)防爐殼的燒穿,對溫度數(shù)據(jù)采集及存儲,通過查看歷史趨勢來對測溫點狀況進行預(yù)判,并采取相應(yīng)的措施,為高爐的安全生產(chǎn)創(chuàng)造好的環(huán)境,避免惡性事故的發(fā)生。
關(guān)鍵詞:無線測溫;爐殼;無線探頭;局域網(wǎng);熱成像
0引言
2021年首鋼長治鋼鐵有限公司(以下簡稱長鋼)煉鐵廠貫徹長鋼本質(zhì)化安全管理精神,各層級全力推進本質(zhì)化安全管理實施,圍繞圍繞“無人則安、提效降險、危險隔離"的本質(zhì)化安全理念,在高危環(huán)節(jié)及事故易發(fā)的高風(fēng)險點位推進本質(zhì)化安全改造,并持續(xù)改進,實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險有效管控。為此煉鐵廠技術(shù)人員對熱成像和無線測溫技術(shù)進行應(yīng)用研究,取得了好的效果。
1高爐爐缸爐底隱患及對策
高爐爐缸區(qū)域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)",冷卻壁水溫差熱負(fù)荷監(jiān)測屬于“面"監(jiān)測,而爐缸燒穿一般情況是在某一點燒穿的,因此,在爐缸區(qū)域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)"屬于監(jiān)測區(qū)域。事實證明:一旦爐缸燒穿發(fā)生在此弱冷區(qū),水溫差無法在及時預(yù)警。因此,除了通過冷卻壁間用水溫差進行“面"監(jiān)測外,還需通過爐皮溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行“點"監(jiān)測,才能實現(xiàn)爐缸安全狀態(tài)的監(jiān)測。
爐役中后期,僅靠測溫?zé)犭娕紵o法監(jiān)測爐缸的溫度變化:當(dāng)爐缸侵蝕較為嚴(yán)重時(特別是爐役中后期),隨著內(nèi)襯溫度的升高(大于800℃),測溫?zé)犭娕甲陨淼臏囟葯z測功能受高溫影響,測溫穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性隨之降低,并有可能出現(xiàn)溫度檢測功能喪失。在爐役中后期,隨著爐缸侵蝕的不斷加劇,部分測溫?zé)犭娕奸_始損壞,導(dǎo)致無法監(jiān)測爐缸的溫度。所以引入了無線測溫裝置。
2九號高爐檢測現(xiàn)狀
1)利用爐缸爐底磚襯內(nèi)埋設(shè)測溫?zé)犭娕?,?6層181根熱電偶監(jiān)控高爐內(nèi)襯,其中爐缸共有131根提供了溫度數(shù)據(jù)制作的“爐缸爐底侵蝕狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警軟件"。
2)利用109個測水溫差的測溫精密熱電阻給199塊冷板提供數(shù)據(jù)制作的“水溫差熱負(fù)荷監(jiān)測預(yù)警軟件"。
3)爐內(nèi)安裝了可以看到爐內(nèi)溜槽和料面型狀的熱成像系統(tǒng)。
在此基礎(chǔ)上長鋼自主開發(fā)了無線高爐爐皮溫度在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),實現(xiàn)對爐缸及高爐本體的安全監(jiān)控,避免惡性生產(chǎn)事故的發(fā)生。
3無線高爐爐皮溫度在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的特點
3.1網(wǎng)絡(luò)方面
雖然是無線傳輸,由于高爐生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境差,有蒸汽、水、高溫、煤氣、灰塵,大型設(shè)備的施工會導(dǎo)致信號的干擾,所以我們采用了無線加有線的模式,值班室離現(xiàn)場較遠(yuǎn),如果全靠無線傳輸距離遠(yuǎn)且不可靠,我們在不同的三個方向的立柱上安裝了3個無線接收器,立柱離本體有一定的距離,環(huán)境較好,適合走線,附近的測溫探頭就近接入。
采用了ZLAN長鋼的八串口服務(wù)器,把現(xiàn)場的3個無線接收器信號統(tǒng)一接到2樓配電室,在通過以太網(wǎng)傳到值班室終端,如同服務(wù)器一樣,每個接收器采用不同的頻段,可同時接收128個測溫探頭,如圖1所示。
3.2硬件方面
1)拓展溫度探頭種類,低溫區(qū)0~+80℃采用吸附的安裝方式,高溫區(qū)80~+500℃采用發(fā)射器吸附配合熱電偶螺紋固定,提高傳感器使用壽命。
2)無線溫度自動監(jiān)測是指在爐殼上安裝特制的接觸式爐皮溫度在線監(jiān)測設(shè)備(爐皮溫度傳感器),并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)實時發(fā)送到計算機系統(tǒng)的爐皮溫度監(jiān)測系統(tǒng),由計算機系統(tǒng)24h不間斷地實時監(jiān)測各測溫點的溫度數(shù)據(jù)變化實況,并進行自動計算和分析,并根據(jù)設(shè)定的閾值進行預(yù)警,指導(dǎo)高爐操作人員進行針對性操作,提高護爐效果,預(yù)防高爐爐缸燒穿事故的發(fā)生。
3)無線通信爐皮溫度傳感器采用無線數(shù)字通信方式,擺脫了線纜的束縛,測溫點可任意布放(同時,每個測溫點相對獨立,即使某個測溫點出現(xiàn)故障,也不會影響整個系統(tǒng)的運行)。
4)爐皮溫度傳感器采用磁吸式安裝方式,拆裝方便,5s即可完成一個傳感器的拆裝。
5)針對原吸附式傳感器安裝后,在后期可能出現(xiàn)消磁或震動導(dǎo)致傳感器脫落,對原傳感器進行了技術(shù)改造。
通過對高爐爐缸2-3段、爐腰爐身7-9段部位監(jiān)測點進行監(jiān)測,結(jié)合生產(chǎn)驗證,本項目監(jiān)測功能完善、運行可靠,滿足高爐爐殼工藝監(jiān)測需求,同時該系統(tǒng)有1號、2號、11號—14號6個無線頻段,每個頻段可以安裝128個探頭,目前1號無線站使用8個點位,2號站使用18個點位、11號、12號均使用30個點位,13號使用8個點位、14號使用10個點位,目前監(jiān)測點和無線頻段冗余量大,可以借本項目進一步擴展至其他監(jiān)測區(qū)域,為此結(jié)合監(jiān)測點屬性特點,把本項目冗余量推廣應(yīng)用到九號熱風(fēng)爐爐殼、拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位的溫度監(jiān)測,擴展本項目的使用效率。
在熱風(fēng)爐熱風(fēng)總管、熱風(fēng)爐熱風(fēng)支管、熱風(fēng)爐爐殼、熱風(fēng)爐拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位安裝無線可移動測溫?zé)犭娮?支,共104支。
3.3軟件方面
1)溫度準(zhǔn)確監(jiān)測,無線發(fā)射,控制室集中顯示。
2)自主C#語言開發(fā)采集單元,解析回采數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、顯示格式,并把采集的數(shù)據(jù)發(fā)回到WINCC系統(tǒng)平臺,充分利用WINCC工作平臺,實現(xiàn)運算、顯示等功能。
3)利用microsoft的免費文字轉(zhuǎn)語音開發(fā)包Interop.SpeechLibSDK5.1,自主開發(fā)語音朗讀功進行語音報警設(shè)置,豐富報警模式。
4)實現(xiàn)監(jiān)測源多點監(jiān)測、高爐使用了3個接收器統(tǒng)一接收、現(xiàn)場分屏循環(huán)顯示,避免重復(fù)增加接收器造成的費用浪費。
5)實現(xiàn)多監(jiān)測點溫度聲光和語音報警;運行趨勢獨立存儲,便于復(fù)盤分析,查根源。
6)利用CAD三維制圖技術(shù),還原爐殼內(nèi)部結(jié)構(gòu),準(zhǔn)確確定安裝位置,使測溫點與結(jié)構(gòu)圖一一對應(yīng),并用不同的顏色標(biāo)注不同溫度點,根據(jù)不同的顯示顏色,區(qū)分判斷監(jiān)測部位溫度,直觀明了,監(jiān)測方便。
7)通過實時監(jiān)控,確保高爐工藝需求及安全生產(chǎn),通過監(jiān)視畫面檢測,方便了查看,并設(shè)置了預(yù)警系統(tǒng),比如:爐缸溫度小于50℃為安全運行狀態(tài),溫度在50~55℃之間需黃色預(yù)警,崗位人員到預(yù)警點現(xiàn)場查看,巡查原因,溫度大于55℃紅色警報并警報響起,崗位人員需采取爐體噴水作業(yè),改高壓水強化冷卻,控制冶煉強度,堵風(fēng)口等措施,確保安全。
8)該系統(tǒng)爐殼趨勢、熱風(fēng)爐趨勢等操作畫面,方便監(jiān)控,對歷史數(shù)據(jù)有實時記錄,可以存儲3個月溫度變化數(shù)據(jù),便于對歷史運行趨勢進行追溯,進行原因分析,查找問題,制定有效高爐操作、護爐方案。
4安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案
4.1概述
電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測,防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患,提高設(shè)備安全保障,及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運行狀態(tài),降低設(shè)備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進行通訊,系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約,安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能,可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況,實現(xiàn)快速報警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
4.2應(yīng)用場所
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.4系統(tǒng)功能
測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:
1)溫度顯示:顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值,也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。
2)溫度曲線:查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
3)運行報表:查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。
4)實時告警:系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警,告警方式有彈窗、語音告警等,還可以短信/APP推送告警消息,及時提醒值班人員。
5)歷史事件查詢:能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析等。
4.5系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成,實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。
名稱 | 外形 | 型號 | 參數(shù)說明 |
系統(tǒng)組態(tài)軟件 | Acrel-2000/T | 硬件:內(nèi)存4G,硬盤500G,以太網(wǎng)口。 顯示器:21寸,分辨率1280*1024。 操作系統(tǒng):Windows764位簡體中文旗艦版。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協(xié)議:IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約 | |
智能通信管理機 | Anet-2E4SM | 通用網(wǎng)關(guān),2路網(wǎng)口,4路RS485,可選配1路LORA,帶電告警功能,支持485,4G從模塊擴展。 | |
無線測溫集中采集設(shè)備 | Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標(biāo)配一路485接口、一路以太網(wǎng)口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200(單位mm) | |
Acrel-2000T/B | 硬件:內(nèi)存4G,硬盤128G,以太網(wǎng)口 顯示器:12寸,分辨率800*600 操作系統(tǒng):Windows7 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺/APP服務(wù)器 柜體尺寸為480*420*200(單位mm) | ||
顯示終端 | ATP007 ATP010 | DC24V供電;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口; 可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。 | |
ARTM-Pn | 面框96*96*17mm,深度65mm;開孔92*92mm; AC85-265V或DC100-300V供電; 一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議; 可接收60個ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。 | ||
ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm,深度67mm;開孔220*165mm; AC85-265V或DC100-300V供電; 一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議; 可接收12個ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。 | ||
智能溫度巡檢儀 | ARTM-8 | 開孔88*88mm嵌入式按照; AC85-265V或DC100-300V供電; 一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議; 可接入8路PT100傳感器,適用于低壓開關(guān)柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫; | |
ARTM-24 | 35MM導(dǎo)軌安裝; AC85-265V或DC100-300V供電; 一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議; 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出,用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫; | ||
無線收發(fā)器 | ATC450-C | 可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。 | |
ATC600 | ATC600有兩種規(guī)格;ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。 | ||
電池型無線測溫傳感器 | ATE100M | 電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃; 精度±1℃;470MHz,空曠距離150米; 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。 | |
ATE200 | 電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃; 精度±1℃;470MHz,空曠距離150米; 35*35*17mm,L=330mm(長*寬*高,三色表帶)。 | ||
ATE200P | 電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃; 精度±1℃;470MHz,空曠距離150米,防護等級IP68;35*35*17mm,L=330mm(長*寬*高,三色表帶)。 | ||
CT取電型無線測溫傳感器 | ATE400 | CT感應(yīng)取電,啟動電流≥5a;-50℃~125℃;精度±1℃470MHz,空曠距離150米; 合金片固定、取電;三色外殼;25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。 | |
有線溫度傳感器 | PT100 | 用于低壓接點測溫時,具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系; 用于變壓器、電機繞組測溫時,建議變壓器或電機內(nèi)部預(yù)埋好Pt100 | |
NTC | 用于低壓接點測溫時,具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系; |
5實施后取得的效果
該項目在煉鐵廠九號高爐實施后,操作人員可以及時了解高爐危險區(qū)域的壁體溫度及其變化趨勢,及時采取有效的護爐措施,預(yù)防安全事故的發(fā)生,借鑒該項目在高爐建立“爐殼溫度在線監(jiān)測預(yù)警體系",無疑是一種有效手段。
該項目實施后借助局域網(wǎng)拓寬了專業(yè)人員群體參與度,研究處理措施,消除故障于萌芽狀態(tài)。通過便攜式熱成像儀檢測到溫度高的區(qū)域后,可以方便及時地對無線溫度傳感器進行移位,實現(xiàn)監(jiān)護。
可以隨時查看溫度數(shù)據(jù)的歷史趨勢,對環(huán)境狀況做出預(yù)判,提前制定。
6結(jié)語
以上存在問題的復(fù)雜性和解決問題的困難性,有可能釀發(fā)惡劣生產(chǎn)和安全事故,問題的存在也制約了高爐長壽高效運行的生產(chǎn)組織和節(jié)奏,如何通過事前控制,借助先進的技術(shù)手段、技術(shù)措施,提前發(fā)現(xiàn)問題癥結(jié)點,運用先進的工業(yè)技術(shù)合理、科學(xué)地對癥結(jié)點存在的問題進行“微創(chuàng)"處理,把治理癥結(jié)點工作作為關(guān)注對象,杜絕癥結(jié)點問題控制擴大為“病灶面",利用原理實現(xiàn)以小博大,降低高爐本體生產(chǎn)維護成本,為高爐創(chuàng)造寬松的高效冶煉環(huán)境,創(chuàng)造經(jīng)濟效益,為社會安全生產(chǎn)和環(huán)境保護工作的持續(xù)開展奠定堅實的基礎(chǔ)。
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