摘要：高爐作為煉鐵的主要設(shè)備之一，其運行過程中的溫度監(jiān)控對于確保生產(chǎn)安全和提高效率具有重要意義。傳統(tǒng)的測溫方法往往依賴于有線傳感器，但由于高爐環(huán)境的特殊性，有線測溫系統(tǒng)存在布線困難、維護(hù)成本高、易受干擾等問題。因此，無線測溫技術(shù)因其靈活性、便捷性和低成本等優(yōu)點，逐漸在高爐爐殼溫度檢測中得到了廣泛應(yīng)用。

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，全力推進(jìn)各級本質(zhì)化安全管理的實施，圍繞“無人安全、提高效率、降低風(fēng)險、危險隔離”的本質(zhì)化安全理念，推進(jìn)高風(fēng)險環(huán)節(jié)和事故高風(fēng)險點的本質(zhì)化安全改造，不斷改進(jìn)，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險的有效控制。為此，煉鐵廠技術(shù)人員對熱成像和無線溫度測量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，取得了良好的效果。

一、高爐爐底隱患及對策

在高爐缸區(qū)相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)”中，冷卻壁的水溫差熱負(fù)荷監(jiān)測屬于“表面”監(jiān)測，而爐缸的燃燒一般在某一點燃燒。因此，爐缸區(qū)相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)”屬于監(jiān)測區(qū)。事實證明，一旦爐缸在弱冷區(qū)燃燒，水溫差就不能及時預(yù)警。因此，除了通過冷卻壁之間的水溫差進(jìn)行“表面”監(jiān)測外，還需要通過爐皮溫度監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行“點”監(jiān)測，以實現(xiàn)爐缸安全狀態(tài)的監(jiān)測。

爐中后期，僅靠測溫?zé)犭娕紵o法監(jiān)測爐缸的溫度變化:當(dāng)爐缸侵蝕嚴(yán)重時(尤其是爐中后期)，隨著內(nèi)襯溫度的升高(大于800℃)，測溫?zé)犭娕急旧淼臏囟葯z測功能受到高溫的影響，溫度檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性降低，溫度檢測功能可能喪失。在爐的中后期，隨著爐缸侵蝕的加劇，一些測溫?zé)犭娕奸_始損壞，導(dǎo)致無法監(jiān)測爐缸的溫度。因此引入了無線測溫裝置。

二、無線測溫技術(shù)概述

無線測溫技術(shù)基于無線通信技術(shù)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對高爐爐殼溫度的實時監(jiān)測。無線傳感器節(jié)點通常包括溫度傳感器、無線收發(fā)器和電源模塊等部分，可以實時監(jiān)測并無線傳輸溫度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，可以實時顯示高爐爐殼的溫度分布和變化趨勢，為生產(chǎn)管理人員提供決策支持。

三、無線高爐爐皮溫在線監(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)備施工會導(dǎo)致信號干擾，所以我們采用無線有線模式，值班室遠(yuǎn)離現(xiàn)場，如果無線傳輸距離遠(yuǎn)且不可靠，我們在三個不同方向的柱上安裝了三個無線接收器，柱與本體有一定距離，環(huán)境良好，適合布線，附近的溫度測量探頭接近。

采用ZLAN長鋼八串口服務(wù)器，將現(xiàn)場三個無線接收器信號連接到二樓配電室，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)街蛋嗍医K端。與服務(wù)器一樣，每個接收器采用不同的頻帶，可同時接收128個溫度測量探頭，如圖1所示。

3.2硬件方面

1)擴(kuò)大溫度探頭類型，低溫區(qū)0～+80℃采用吸附安裝方式，高溫區(qū)80℃采用吸附安裝方式～+500℃采用發(fā)射器吸附和熱電偶螺紋固定，提高了傳感器的使用壽命。

2）無線溫度自動監(jiān)測是指在爐殼上安裝專用接觸式爐皮溫度在線監(jiān)測設(shè)備（爐皮溫度傳感器），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)。計算機系統(tǒng)24小時實時監(jiān)測各測溫點的溫度數(shù)據(jù)變化，自動計算分析，根據(jù)設(shè)定閾值進(jìn)行預(yù)警，指導(dǎo)高爐操作人員進(jìn)行有針對性的操作，提高爐膛保護(hù)效果，防止高爐缸燃燒事故的發(fā)生。

3)無線通信爐皮溫度傳感器采用無線數(shù)字通信，擺脫電纜約束，溫度測量點可任意布置（同時，每個溫度測量點相對獨立，即使溫度測量點故障，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)原吸附傳感器安裝后，后期可能發(fā)生消磁或振動，導(dǎo)致傳感器脫落，對原傳感器進(jìn)行技術(shù)改造，申請實用新型專利(ZL20202738420.3)。

通過對高爐爐缸2-3段、爐腰爐體7-9段監(jiān)測點的監(jiān)測，結(jié)合生產(chǎn)驗證，項目監(jiān)測功能完善，運行可靠，滿足高爐爐殼工藝監(jiān)測要求。同時，該系統(tǒng)有1、2、11-146個無線頻段，每個頻段可安裝128個探頭。目前，1號無線站使用8個點，2號站使用18個點，11號，12號使用30個點，13號使用8個點，14號使用10個點。目前，監(jiān)測點和無線頻段冗余量較大，項目可進(jìn)一步擴(kuò)展到其他監(jiān)測區(qū)域。因此，結(jié)合監(jiān)測點的屬性特點，將項目冗余推廣應(yīng)用于9號熱風(fēng)爐爐殼、拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位的溫度監(jiān)測，擴(kuò)大項目的使用效率。

在熱風(fēng)爐熱風(fēng)總管、熱風(fēng)爐熱風(fēng)支管、熱風(fēng)爐殼、熱風(fēng)爐拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位安裝8個無線可移動測溫?zé)犭娮瑁?04個。

3.3軟件方面

1)溫度監(jiān)測準(zhǔn)確，無線發(fā)射，控制室集中顯示。

2)獨立C#語言開發(fā)采集單元分析回收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和顯示格式，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)回WINCC系統(tǒng)平臺，充分利用WINCC工作平臺實現(xiàn)計算和顯示功能。

3)使用microsoft免費文字轉(zhuǎn)語音開發(fā)包Interopp.SpeslibSDS.1、自主開發(fā)語音朗讀功設(shè)置語音報警，豐富報警模式。

4)實現(xiàn)監(jiān)控源多點監(jiān)控，高爐采用三個接收器統(tǒng)一接收，現(xiàn)場分屏循環(huán)顯示，避免反復(fù)增加接收器造成的成本浪費。

5)實現(xiàn)多監(jiān)測點的溫度聲光和語音報警；獨立存儲運行趨勢，便于復(fù)盤分析，查根。

6)利用CAD三維繪圖技術(shù)恢復(fù)爐殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確確定安裝位置，使溫度測量點與結(jié)構(gòu)圖一一對應(yīng)，用不同顏色標(biāo)記不同溫度點，根據(jù)不同顯示顏色判斷監(jiān)測部位溫度，直觀清晰，監(jiān)測方便。

7)通過實時監(jiān)控，確保高爐工藝要求和安全生產(chǎn)，通過監(jiān)控圖片檢測，方便檢查，設(shè)置預(yù)警系統(tǒng)，如：氣缸溫度小于50℃安全運行狀態(tài)，溫度在50~55℃黃色預(yù)警，人員到預(yù)警點現(xiàn)場檢查，檢查原因，溫度大于55℃紅色報警，報警響起，人員需要采取爐噴水作業(yè)，改善高壓水加強冷卻，控制冶煉強度、出風(fēng)口等措施，確保安全。

8)系統(tǒng)爐殼趨勢、熱風(fēng)爐趨勢等操作圖，便于監(jiān)控，實時記錄歷史數(shù)據(jù)，可存儲3個月的溫度變化數(shù)據(jù)，便于追溯歷史運行趨勢，分析原因，發(fā)現(xiàn)問題，制定有效的高爐操作和爐保護(hù)方案。

四、安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

4.1概述

電氣接觸在線溫度測量裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器接頭、閘門開關(guān)、高壓電纜中間頭、干變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止氧化、松動、灰塵等因素導(dǎo)致接觸電阻過大，提高設(shè)備安全，及時、持續(xù)、準(zhǔn)確地反映設(shè)備運行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)測系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接通信，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)則大大提高了安全性、可靠性和開放性。該系統(tǒng)具有遙信、遙控、遙控、遙控、遙控、事件報警、曲線、棒圖、報告和用戶管理功能，可監(jiān)控?zé)o線溫度測量系統(tǒng)的設(shè)備運行狀態(tài)，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，防止嚴(yán)重故障。

4.2應(yīng)用場所

適用于電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

4.5系統(tǒng)硬件配置

五、典型組網(wǎng)方式

六、結(jié)論與展望

無線測溫技術(shù)在高爐爐殼溫度檢測中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。通過實時監(jiān)測和分析高爐爐殼的溫度數(shù)據(jù)，可以為生產(chǎn)管理人員提供決策支持，提高生產(chǎn)安全性和效率。然而，在實際應(yīng)用中仍需解決無線測溫系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題。未來，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，相信無線測溫技術(shù)將在高爐爐殼溫度檢測中發(fā)揮更大的作用。

審核編輯 黃宇