高爐爐缸爐底熱電偶在線(xiàn)監測系統設計與應用

上海自動(dòng)化儀表有限公司為實(shí)現爐缸侵蝕自動(dòng)預警及預警記錄查詢(xún)，設計在高爐爐缸爐底增設熱電偶在線(xiàn)監測系統。從熱電偶點(diǎn)位設置、性能要求以及測溫采集系統網(wǎng)絡(luò )架構原理及布置進(jìn)行介紹，設計一套爐缸爐底侵蝕在線(xiàn)監測預警系統。

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，爐缸爐底測溫熱電偶損壞點(diǎn)數已達到50%，爐缸爐底熱電偶監控系統處于半失效狀態(tài)，爐缸爐底侵蝕檢測狀況無(wú)法及時(shí)顯示和報警，存在安全隱患。從節約投資及保證高爐后期安全運行角度出發(fā)，為了實(shí)現爐底爐缸異常侵蝕、碳磚環(huán)裂、氣隙等異常情況的自動(dòng)預警及預警記錄查詢(xún)。需要在5# 爐增設爐缸爐底侵蝕在線(xiàn)監測預警系統?！?爐缸爐底侵蝕在線(xiàn)監測預警系統”可對高爐爐底爐缸耐材侵蝕情況進(jìn)行在線(xiàn)監測和自動(dòng)預警，指導高爐工作者及時(shí)掌握爐缸侵蝕狀態(tài)并采取護爐措施，延緩爐缸侵蝕速度，預防爐缸燒穿事故，防患于未然，幫助高爐工作者實(shí)現高爐的安全長(cháng)壽。在不發(fā)生不可抗力（渣鐵燒蝕、人為破壞、安全事故、自然災害、戰爭等非產(chǎn)品質(zhì)量和防護原因）和正常維檢的情況下，保證一代爐役內90%以上的熱電偶正常運行。定期采集各測溫點(diǎn)的溫度數據，進(jìn)行濾波（濾除異常數據），并建立數據庫。用圖形化界面顯示各測溫點(diǎn)的物理位置（標高、角度、插入深度）、當前溫度和趨勢曲線(xiàn)。

2 爐底爐缸熱電偶點(diǎn)位設置

依據5# 爐底爐缸耐材砌筑結構，根據侵蝕模型的需要進(jìn)行合理的測溫點(diǎn)設計，安裝優(yōu)質(zhì)爐缸專(zhuān)用熱電偶，并進(jìn)行科學(xué)合理的安裝、引出、防護和組網(wǎng)，建立穩定、可靠的爐底爐缸耐材溫度自動(dòng)監測系統。

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埋熱電偶監測點(diǎn)，主要對爐缸鐵口區域“象腳”侵蝕區增加熱電偶監控，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)，爐缸側壁第7 層增加熱電偶30 點(diǎn)，爐缸側壁第8 層增加熱電偶30 點(diǎn)，爐缸側壁第9 層增加熱電偶30 點(diǎn)，爐缸側壁第10 層增加熱電偶2 點(diǎn)，爐缸側壁第11 層增加熱電偶5 點(diǎn)，爐缸側壁第12 層增加熱電偶5 點(diǎn)，增加熱電偶測溫293 點(diǎn)。

2.2 爐缸爐底測溫熱電偶布置

根據工藝專(zhuān)業(yè)提供的高爐設計圖和高爐爐缸爐底耐材熱電偶布置要求，依據冶金傳輸原理、爐缸爐底侵蝕模型和熱電偶優(yōu)化布置理論，“象腳狀”侵蝕區域加大監測密度、爐底電偶交錯布置、節約熱電偶投資的原則。

3 在線(xiàn)監測系統設計

3.1 熱電偶性能參數

眾所周知，在高爐建成后爐底爐缸耐材內的熱電偶是無(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選擇專(zhuān)門(mén)針對高爐爐缸爐底環(huán)境開(kāi)發(fā)的具有耐高溫、耐腐蝕、抗還原、抗氧化、抗滲碳特性的高爐爐缸專(zhuān)用熱電偶，以保證多數熱電偶在一代爐役內長(cháng)期正常工作。

高爐爐缸專(zhuān)用熱電偶是專(zhuān)門(mén)針對高爐爐缸爐底復雜的工況環(huán)境設計的優(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90%以上的熱電偶能夠長(cháng)期穩定工作。嚴格執行的國家標準：《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》（GB/T 18404- 2001）。

3.2 采集系統網(wǎng)絡(luò )架構

本系統由高爐爐缸專(zhuān)用熱電偶、補償導線(xiàn)、采集模塊、多路串口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )交換機、工控機、數學(xué)模型組成。首先，在砌筑爐缸爐底耐材時(shí)，在耐材內預埋熱電偶，組建爐缸爐底耐材溫度采集系統，然后，根據高爐設計結構、爐缸爐底砌筑

3.3 采集系統布置

在5# 高爐爐缸爐底耐材內埋置熱電偶，并相應增加熱電偶引出時(shí)的密封裝置，增加信息處理模塊等自動(dòng)化設備。爐缸爐底耐材內溫度檢測點(diǎn)共計293 個(gè)，20 個(gè)氣密引出裝置，10 面采集箱，1 面配電集線(xiàn)箱等。將熱電偶通過(guò)補償導線(xiàn)連接到熱電偶采集模塊，并與多路串口服務(wù)器、工控機形成熱電偶溫度采集系統。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。

系統設計采用爐缸爐底三維侵蝕內型、渣鐵殼變化和活躍性在線(xiàn)智能監測診斷監測系統。該系統通過(guò)采集高爐爐缸爐底耐材的溫度，計算爐缸爐底溫度場(chǎng)分布，實(shí)時(shí)在線(xiàn)顯示和智能預警，能夠實(shí)現對高爐爐缸爐底三維侵蝕內型、渣鐵殼變化和活躍性在線(xiàn)智能監測、診斷、數據存儲、顯示和預警。

4 應用效果

柳鋼煉鐵廠(chǎng)5# 高爐爐缸爐底侵蝕檢測報警系統包括：爐缸爐底溫度場(chǎng)數字化檢測，爐缸爐底耐材熱電偶檢測數據的自動(dòng)采集、存儲和顯示，不同縱剖面溫度場(chǎng)、等溫線(xiàn)、溫度云圖、殘襯厚度的自動(dòng)計算、繪制、存儲、顯示和歷史查詢(xún)，爐缸爐底任意一點(diǎn)的坐標、溫度及材質(zhì)隨光標的自動(dòng)顯示，爐缸異常侵蝕、耐材厚度過(guò)薄、爐缸結厚等異常情況的自動(dòng)預警和預警查詢(xún)功能等多個(gè)在線(xiàn)檢測模塊。通過(guò)該系統的建立，可實(shí)現對爐缸爐底侵蝕實(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)準確地掌握爐缸異常侵蝕、耐材厚度過(guò)薄、爐缸結厚等情況，進(jìn)而采取有針對性的行之有效的生產(chǎn)操作調節，控制冶煉強度，非常終為實(shí)現高爐的長(cháng)壽、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗及清潔生產(chǎn)奠定基礎。