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摘要:應用方便靈活的無線測溫和熱成像技術對高爐爐殼進行檢測，利用熱成像進行檢測，發現了溫度異常區域后對關注部位進行點的檢測，預防爐殼的燒穿，對溫度數據采集及存儲，通過查看歷史趨勢來對測溫點狀況進行預判，并采取相應的措施，為高爐的安全生產創造好的環境，避免惡性事故的發生。
關鍵詞:無線測溫；爐殼；無線探頭；局域網；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化安全管理精神，各層級全力推進本質化安全管理實施，圍繞圍繞“無人則安、提效降險、危險隔離"的本質化安全理念，在高危環節及事故易發的高風險點位推進本質化安全改造，并持續改進，實現作業現場風險有效管控。為此煉鐵廠技術人員對熱成像和無線測溫技術進行應用研究，取得了好的效果。
1高爐爐缸爐底隱患及對策
高爐爐缸區域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區"，冷卻壁水溫差熱負荷監測屬于“面"監測，而爐缸燒穿一般情況是在某一點燒穿的，因此，在爐缸區域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區"屬于監測區域。事實證明：一旦爐缸燒穿發生在此弱冷區，水溫差無法在及時預警。因此，除了通過冷卻壁間用水溫差進行“面"監測外，還需通過爐皮溫度監測系統進行“點"監測，才能實現爐缸安全狀態的監測。
爐役中后期，僅靠測溫熱電偶無法監測爐缸的溫度變化：當爐缸侵蝕較為嚴重時（特別是爐役中后期），隨著內襯溫度的升高（大于800℃),測溫熱電偶自身的溫度檢測功能受高溫影響，測溫穩定性和準確性隨之降低，并有可能出現溫度檢測功能喪失。在爐役中后期，隨著爐缸侵蝕的不斷加劇，部分測溫熱電偶開始損壞，導致無法監測爐缸的溫度。所以引入了無線測溫裝置。
2九號高爐檢測現狀
1）利用爐缸爐底磚襯內埋設測溫熱電偶，共16層181根熱電偶監控高爐內襯，其中爐缸共有131根提供了溫度數據制作的“爐缸爐底侵蝕狀態監測預警軟件"。
2）利用109個測水溫差的測溫精密熱電阻給199塊冷板提供數據制作的“水溫差熱負荷監測預警軟件"。
3）爐內安裝了可以看到爐內溜槽和料面型狀的熱成像系統。
在此基礎上長鋼自主開發了無線高爐爐皮溫度在線監測預警系統，實現對爐缸及高爐本體的安全監控，避免惡性生產事故的發生。
3無線高爐爐皮溫度在線監測預警系統的特點
3.1網絡方面
雖然是無線傳輸，由于高爐生產現場環境差，有蒸汽、水、高溫、煤氣、灰塵，大型設備的施工會導致信號的干擾，所以我們采用了無線加有線的模式，值班室離現場較遠，如果全靠無線傳輸距離遠且不可靠，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長鋼的八串口服務器，把現場的3個無線接收器信號統一接到2樓配電室，在通過以太網傳到值班室終端，如同服務器一樣，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0～+80℃采用吸附的安裝方式，高溫區80～+500℃采用發射器吸附配合熱電偶螺紋固定，提高傳感器使用壽命。
2）無線溫度自動監測是指在爐殼上安裝特制的接觸式爐皮溫度在線監測設備（爐皮溫度傳感器），并通過無線通信網絡將監測點溫度數據實時發送到計算機系統的爐皮溫度監測系統，由計算機系統24h不間斷地實時監測各測溫點的溫度數據變化實況，并進行自動計算和分析，并根據設定的閾值進行預警，指導高爐操作人員進行針對性操作，提高護爐效果，預防高爐爐缸燒穿事故的發生。
3）無線通信爐皮溫度傳感器采用無線數字通信方式，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故障，也不會影響整個系統的運行）。
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，在后期可能出現消磁或震動導致傳感器脫落，對原傳感器進行了技術改造，并申請了實用新型，（ZL202022738420.3）。
通過對高爐爐缸2-3段、爐腰爐身7-9段部位監測點進行監測，結合生產驗證，本項目監測功能完善、運行可靠，滿足高爐爐殼工藝監測需求，同時該系統有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測區域，為此結合監測點屬性特點，把本項目冗余量推廣應用到九號熱風爐爐殼、拱頂等關鍵部位的溫度監測，擴展本項目的使用效率。
在熱風爐熱風總管、熱風爐熱風支管、熱風爐爐殼、熱風爐拱頂等關鍵部位安裝無線可移動測溫熱電阻8支，共104支。
3.3軟件方面
1）溫度準確監測，無線發射，控制室集中顯示。
2）自主C#語言開發采集單元，解析回采數據的轉換、顯示格式，并把采集的數據發回到WINCC系統平臺，充分利用WINCC工作平臺，實現運算、顯示等功能。
3）利用microsoft的免費文字轉語音開發包Interop.SpeechLibSDK5.1，自主開發語音朗讀功進行語音報警設置，豐富報警模式。
4）實現監測源多點監測、高爐使用了3個接收器統一接收、現場分屏循環顯示，避免重復增加接收器造成的費用浪費。
5）實現多監測點溫度聲光和語音報警；運行趨勢獨立存儲，便于復盤分析，查根源。
6）利用CAD三維制圖技術，還原爐殼內部結構，準確確定安裝位置，使測溫點與結構圖一一對應，并用不同的顏色標注不同溫度點，根據不同的顯示顏色，區分判斷監測部位溫度，直觀明了，監測方便。
7）通過實時監控，確保高爐工藝需求及安全生產，通過監視畫面檢測，方便了查看，并設置了預警系統，比如：爐缸溫度小于50℃為安全運行狀態，溫度在50~55℃之間需黃色預警，崗位人員到預警點現場查看，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，改高壓水強化冷卻，控制冶煉強度，堵風口等措施，確保安全。
8）該系統爐殼趨勢、熱風爐趨勢等操作畫面，方便監控，對歷史數據有實時記錄，可以存儲3個月溫度變化數據，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安科瑞溫度在線監測系統解決方案
4.1概述
電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，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熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。
4.2應用場所
適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。
4.3系統結構
溫度在線監測系統結構圖
4.4系統功能
測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：
1）溫度顯示：顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。
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據。
4）實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，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，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。
4.5系統硬件配置
溫度在線監測系統主要由設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關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。
名稱 | 外形 | 型號 | 參數說明 |
系統組態軟件 |
| Acrel-2000/T | 硬件：內存4G，硬盤500G，以太網口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統：Windows764位簡體中文旗艦版。 數據庫系統：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標準通信規約 |
智能通信管理機 |
| Anet-2E4SM | 通用網關，2路網口，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備 |
| Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm） |
| Acrel-2000T/B | 硬件：內存4G，硬盤128G，以太網口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統：Windows7 數據庫系統：MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺/APP服務器 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協議； 可接入8路PT100傳感器，適用于低壓開關柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫； |
| ARTM-24 | 35MM導軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 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； | |
無線收發器 |
| ATC450-C | 可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。 |
| ATC600 | ATC600有兩種規格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。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、線長與供應商聯系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內部預埋好Pt100 |
| NTC | 用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系； |
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域的壁體溫度及其變化趨勢，及時采取有效的護爐措施，預防安全事故的發生，借鑒該項目在高爐建立“爐殼溫度在線監測預警體系"，無疑是一種有效手段。
該項目實施后借助局域網拓寬了專業人員群體參與度，研究處理措施，消除故障于萌芽狀態。通過便攜式熱成像儀檢測到溫度高的區域后，可以方便及時地對無線溫度傳感器進行移位，實現監護。
可以隨時查看溫度數據的歷史趨勢，對環境狀況做出預判，提前制定。
6結語
以上存在問題的復雜性和解決問題的困難性，有可能釀發惡劣生產和安全事故，問題的存在也制約了高爐長壽高效運行的生產組織和節奏，如何通過事前控制，借助先進的技術手段、技術措施，提前發現問題癥結點，運用先進的工業技術合理、科學地對癥結點存在的問題進行“微創"處理，把治理癥結點工作作為關注對象，杜絕癥結點問題控制擴大為“病灶面"，利用原理實現以小博大，降低高爐本體生產維護成本，為高爐創造寬松的高效冶煉環境，創造經濟效益，為社會安全生產和環境保護工作的持續開展奠定堅實的基礎。
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