高爐爐缸爐底熱電偶在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

上海自動(dòng)化儀表有限公司為實(shí)現(xiàn)爐缸侵蝕自動(dòng)預(yù)警及預(yù)警記錄查詢，設(shè)計(jì)在高爐爐缸爐底增設(shè)熱電偶在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從熱電偶點(diǎn)位設(shè)置、性能要求以及測(cè)溫采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)原理及布置進(jìn)行介紹，設(shè)計(jì)一套爐缸爐底侵蝕在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

1 前言

柳鋼5# 高爐自開(kāi)爐以來(lái)已生產(chǎn)了接近10 年，經(jīng)過(guò)摸底排查，爐缸爐底測(cè)溫?zé)犭娕紦p壞點(diǎn)數(shù)已達(dá)到50%，爐缸爐底熱電偶監(jiān)控系統(tǒng)處于半失效狀態(tài)，爐缸爐底侵蝕檢測(cè)狀況無(wú)法及時(shí)顯示和報(bào)警，存在安全隱患。從節(jié)約投資及保證高爐后期安全運(yùn)行角度出發(fā)，為了實(shí)現(xiàn)爐底爐缸異常侵蝕、碳磚環(huán)裂、氣隙等異常情況的自動(dòng)預(yù)警及預(yù)警記錄查詢。需要在5# 爐增設(shè)爐缸爐底侵蝕在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。“ 爐缸爐底侵蝕在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)”可對(duì)高爐爐底爐缸耐材侵蝕情況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)預(yù)警，指導(dǎo)高爐工作者及時(shí)掌握爐缸侵蝕狀態(tài)并采取護(hù)爐措施，延緩爐缸侵蝕速度，預(yù)防爐缸燒穿事故，防患于未然，幫助高爐工作者實(shí)現(xiàn)高爐的安全長(zhǎng)壽。在不發(fā)生不可抗力（渣鐵燒蝕、人為破壞、安全事故、自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)等非產(chǎn)品質(zhì)量和防護(hù)原因）和正常維檢的情況下，保證一代爐役內(nèi)90%以上的熱電偶正常運(yùn)行。定期采集各測(cè)溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波（濾除異常數(shù)據(jù)），并建立數(shù)據(jù)庫(kù)。用圖形化界面顯示各測(cè)溫點(diǎn)的物理位置（標(biāo)高、角度、插入深度）、當(dāng)前溫度和趨勢(shì)曲線。

2 爐底爐缸熱電偶點(diǎn)位設(shè)置

依據(jù)5# 爐底爐缸耐材砌筑結(jié)構(gòu)，根據(jù)侵蝕模型的需要進(jìn)行合理的測(cè)溫點(diǎn)設(shè)計(jì)，安裝優(yōu)質(zhì)爐缸專用熱電偶，并進(jìn)行科學(xué)合理的安裝、引出、防護(hù)和組網(wǎng)，建立穩(wěn)定、可靠的爐底爐缸耐材溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.1 爐底爐缸熱電偶點(diǎn)位分布

在5# 爐缸爐底碳磚刻槽預(yù)埋熱電偶監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要對(duì)爐缸鐵口區(qū)域“象腳”侵蝕區(qū)增加熱電偶監(jiān)控，措施如下：爐缸底部第0 層增加熱電偶1 點(diǎn)，爐缸底部第1 層增加熱電偶12 點(diǎn)，爐缸底部第2 層增加熱電偶32 點(diǎn)，爐缸底部第3層增加熱電偶32 點(diǎn)，爐缸底部第4 層增加熱電偶42 點(diǎn)，爐缸底部第5 層增加熱電偶42 點(diǎn)，爐缸底部第6 層增加熱電偶30點(diǎn)，爐缸側(cè)壁第7 層增加熱電偶30 點(diǎn)，爐缸側(cè)壁第8 層增加熱電偶30 點(diǎn)，爐缸側(cè)壁第9 層增加熱電偶30 點(diǎn)，爐缸側(cè)壁第10 層增加熱電偶2 點(diǎn)，爐缸側(cè)壁第11 層增加熱電偶5 點(diǎn)，爐缸側(cè)壁第12 層增加熱電偶5 點(diǎn)，增加熱電偶測(cè)溫293 點(diǎn)。

2.2 爐缸爐底測(cè)溫?zé)犭娕疾贾?/span>

根據(jù)工藝專業(yè)提供的高爐設(shè)計(jì)圖和高爐爐缸爐底耐材熱電偶布置要求，依據(jù)冶金傳輸原理、爐缸爐底侵蝕模型和熱電偶優(yōu)化布置理論，“象腳狀”侵蝕區(qū)域加大監(jiān)測(cè)密度、爐底電偶交錯(cuò)布置、節(jié)約熱電偶投資的原則。

3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 熱電偶性能參數(shù)

眾所周知，在高爐建成后爐底爐缸耐材內(nèi)的熱電偶是無(wú)法更換的，因此熱電偶質(zhì)量非常重要，高爐爐缸爐底熱電偶應(yīng)選擇專門針對(duì)高爐爐缸爐底環(huán)境開(kāi)發(fā)的具有耐高溫、耐腐蝕、抗還原、抗氧化、抗?jié)B碳特性的高爐爐缸專用熱電偶，以保證多數(shù)熱電偶在一代爐役內(nèi)長(zhǎng)期正常工作。

高爐爐缸專用熱電偶是專門針對(duì)高爐爐缸爐底復(fù)雜的工況環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)質(zhì)鎧裝柔性熱電偶，在不發(fā)生渣水、鐵水直接侵蝕、墜物或其他不可抗力破壞的情況下，可以保證一代爐役內(nèi)90%以上的熱電偶能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。嚴(yán)格執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》（GB/T 18404- 2001）。

3.2 采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本系統(tǒng)由高爐爐缸專用熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、采集模塊、多路串口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、工控機(jī)、數(shù)學(xué)模型組成。首先，在砌筑爐缸爐底耐材時(shí)，在耐材內(nèi)預(yù)埋熱電偶，組建爐缸爐底耐材溫度采集系統(tǒng)，然后，根據(jù)高爐設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、爐缸爐底砌筑

3.3 采集系統(tǒng)布置

在5# 高爐爐缸爐底耐材內(nèi)埋置熱電偶，并相應(yīng)增加熱電偶引出時(shí)的密封裝置，增加信息處理模塊等自動(dòng)化設(shè)備。爐缸爐底耐材內(nèi)溫度檢測(cè)點(diǎn)共計(jì)293 個(gè)，20 個(gè)氣密引出裝置，10 面采集箱，1 面配電集線箱等。將熱電偶通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線連接到熱電偶采集模塊，并與多路串口服務(wù)器、工控機(jī)形成熱電偶溫度采集系統(tǒng)。在采集箱后面、橋架上方靠近潛在熱源處用厚度為3 mm 的鋼板制作檔熱板進(jìn)行隔熱防護(hù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用爐缸爐底三維侵蝕內(nèi)型、渣鐵殼變化和活躍性在線智能監(jiān)測(cè)診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)采集高爐爐缸爐底耐材的溫度，計(jì)算爐缸爐底溫度場(chǎng)分布，實(shí)時(shí)在線顯示和智能預(yù)警，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高爐爐缸爐底三維侵蝕內(nèi)型、渣鐵殼變化和活躍性在線智能監(jiān)測(cè)、診斷、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和預(yù)警。

4 應(yīng)用效果

柳鋼煉鐵廠5# 高爐爐缸爐底侵蝕檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)包括：爐缸爐底溫度場(chǎng)數(shù)字化檢測(cè)，爐缸爐底耐材熱電偶檢測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和顯示，不同縱剖面溫度場(chǎng)、等溫線、溫度云圖、殘襯厚度的自動(dòng)計(jì)算、繪制、存儲(chǔ)、顯示和歷史查詢，爐缸爐底任意一點(diǎn)的坐標(biāo)、溫度及材質(zhì)隨光標(biāo)的自動(dòng)顯示，爐缸異常侵蝕、耐材厚度過(guò)薄、爐缸結(jié)厚等異常情況的自動(dòng)預(yù)警和預(yù)警查詢功能等多個(gè)在線檢測(cè)模塊。通過(guò)該系統(tǒng)的建立，可實(shí)現(xiàn)對(duì)爐缸爐底侵蝕實(shí)時(shí)判定，上海自動(dòng)化儀表有限公司能夠幫助高爐操作人員及時(shí)準(zhǔn)確地掌握爐缸異常侵蝕、耐材厚度過(guò)薄、爐缸結(jié)厚等情況，進(jìn)而采取有針對(duì)性的行之有效的生產(chǎn)操作調(diào)節(jié)，控制冶煉強(qiáng)度，非常終為實(shí)現(xiàn)高爐的長(zhǎng)壽、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗及清潔生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。