無線測溫技術在高爐爐殼溫度檢測中的應用實踐

邊晉生， 張建國， 曹 梁， 趙晨暉， 李 朝

（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鐵廠， 山西 長治 046031）

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，在重點區(qū)域、高危環(huán)節(jié)及事故易發(fā)的高風險點位推進本質化安全改造，并持續(xù)改進，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)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(qū)域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)”，冷卻壁水溫差熱負荷監(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)”屬于重點監(jiān)測區(qū)域。事實證明：一旦爐缸燒穿發(fā)生在此弱冷區(qū)，水溫差無法在第一時間預警。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)的全面監(jiān)測。

爐役中后期，僅靠測溫熱電偶無法全面監(jiān)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(wěn)定性和準確性隨之降低，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，部分測溫熱電偶開始損壞，導致無法全面監(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埋設測溫熱電偶，共16層181 根熱電偶監(jiān)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(tài)監(jiān)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(jiān)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(tǒng)。

在此基礎上長鋼自主開發(fā)了無線高爐爐皮溫度在線監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)對爐缸及高爐本體的全面安全監(jiān)控，避免惡性生產事故的發(fā)生。

3 無線高爐爐皮溫度在線監(jiān)測預警系統(tǒng)的特點

3.1 網絡方面

雖然是無線傳輸，由于高爐生產現(xiàn)場環(huán)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(xiàn)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(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。

圖1 無線測溫網絡圖

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)測設備（爐皮溫度傳感器），并通過無線通信網絡將監(jiān)測點溫度數據實時發(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)24 h不間斷地實時監(jiān)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(fā)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(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，5 s 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，并申請了實用新型專利，（ZL2020 2 2738420.3）。

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，結合生產驗證，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，為此結合監(jiān)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(jiān)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(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，解析回采數據的轉換、顯示格式，并把采集的數據發(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 的免費文字轉語音開發(fā)包Interop.SpeechLib SDK5.1，自主開發(fā)語音朗讀功進行語音報警設置，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(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，通過監(jiān)視畫面檢測，方便了查看，并設置了預警系統(tǒng)，比如：爐缸溫度小于50 ℃為安全運行狀態(tài)，溫度在50～55 ℃之間需黃色預警，崗位人員就必須到預警點現(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，堵風口等措施，確保安全。

8）該系統(tǒng)爐殼趨勢、熱風爐趨勢等操作畫面，方便監(jiān)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 實施后取得的效果

該項目首次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(yè)人員群體參與度，研究最佳處理措施，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)重點部位，重點監(jiān)護。

可以隨時查看溫度數據的歷史趨勢，對環(huán)境狀況做出預判，提前制定

5 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(fā)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(jié)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(fā)現(xiàn)問題癥結點，運用先進的工業(yè)技術合理、科學地對癥結點存在的問題進行“微創(chuàng)”處理，把治理癥結點工作作為重點關注對象，杜絕癥結點問題控制擴大為“病灶面”，利用標桿原理實現(xiàn)以小博大，降低高爐本體生產維護成本，為高爐創(chuàng)造寬松的高效冶煉環(huán)境，最大化地創(chuàng)造經濟效益，為社會安全生產和環(huán)境保護工作的持續(xù)開展奠定堅實的基礎。