高爐冷卻水熱負荷在線監測系統的應用

馮家全，彭李偉

（紅河鋼鐵有限公司，云南 蒙自661100）

1　前　言

高爐熱負荷在線監測系統利用先進的計算機技術、電子技術、現場總線技術、數字化溫度、流量傳感器技術，在線實時監測高爐冷卻壁進出水溫度及相關部位的水流量，并在值班室監測計算機顯示畫面上顯示測量結果，同時記錄溫度、溫差、流量差和熱流的實時數據，以便查詢相應的歷史曲線和分析熱流分布及變化趨勢。本系統的計算及分析結果對于高爐冷卻壁實時監測、風口小套監測和分析高爐冶煉過程中的爐況，具有重要作用。通過熱負荷歷史數據能夠準確反映冷卻壁溫度、溫差和熱流的變化情況；摒棄傳統的手工測量，減少人員工作量和手工測量帶來的誤差和不準確性；工長還能通過流量、流量差的測量結果，根據高爐狀況實時調整冷卻水量，從而做到監測和預警風口小套損壞的指導效果，降低了生產成本。更重要的是通過高爐冷卻壁的水溫監測及熱流量計算，對高爐生產操作起指導作用。

系統采用LonWorks現場總線技術。該技術采用了總線式網絡結構，系統中的測溫傳感器為進口，精度高并且系統布線簡單方便，抗干擾能力強、可擴性強。上位機采用工控組態軟件，系統畫面美觀實用，人機界面友好，測量數據自動存入數據庫，同時可以生成各種數據報表、變化曲線，并可實現打印輸出，也可以對各種歷史數據和曲線進行查詢。系統具有強大的通訊功能，可以將高爐控制系統的組態軟件數據傳入本系統軟件，同時也可以將本系統數據通過工業標準接口（OPC）發布，供其他系統共享，為高爐專家系統或MES、ERP提供基礎數據。

2　高爐冷卻水熱負荷在線監測系統

2.1　系統整體性能

系統溫度測量精度為±0.05℃，流量測量精度為±0.2%，溫度測量范圍為-55～+130℃，流量測量范圍10～40 m3/h，通訊總線為LonWorks現場總線，通訊距離為1 800 m，數據開放支持標準OPC數據交換技術。高爐冷卻水溫度數字化智能系統見圖1。流量監測系統如圖2所示。

圖1　高爐冷卻水溫度數字化智能系統(TDCS)

圖2　流量監測系統

2.2　系統監測點設計

本著對紅河鋼鐵有限公司1 350 m3高爐重點部位重點監測的原則對系統進行設計，充分考慮監測需求，用較低的系統成本完成對冷卻水循環系統各點溫度進行全面的監測，并為建立冷卻壁熱流模型奠定基礎。具體監測點的布置如下。

溫度監測點共計270個：爐缸H1段入水支管設36個；爐缸H3段出水支管設36個；爐腹B2段入水支管設36個；爐腰B3段出水支管設36個；爐身S1段出水支管設36個；風口小套入水管設22個；風口小套回水管設22個；渣口小套入水管設1個；渣口小套出水管設1個；風口中套入水管設22個；風口中套出水管設22個。

流量監測點共計92個：風口中、小套渣口入、出水設流量監測點92個。

所有監測點傳感器安裝在冷卻壁出入水連管上。在連管上焊接特制溫度傳感器安裝座，將傳感器安裝在傳感器座上并加橡膠密封圈旋緊。

2.3　系統功能

對高爐冷卻水進行溫度和流量檢測，同時進行溫差、風口小套流量差計算和爐體的熱負荷計算及分析，在有可靠冷卻面積數據的情況下可進行熱流強度計算及分析，達到檢漏維護和指導高爐生產操作的目的。

系統除自身完善的功能外，還提供數據輸出接口，可以將溫度、溫差、流量和熱負荷（或熱流強度）等數據以工業標準數據接口輸出，提供給MES、ERP或高爐專家系統作為基礎參考數據。溫度、溫差、流量和熱流強度的實時顯示；水溫差報警，流量差報警，溫度超高報警；水溫差，流量差實時及歷史變化曲線，歷史數據查詢；顯示查詢與報警；熱流強度值作為橫斷面圓形曲線顯示；界面設計水溫差按爐形橫斷面設計；溫度和溫差直觀顯示；系統硬件設備的自檢。

建立數據庫，溫度數據庫按30 min錄入1次，數據庫存儲量維持1月以上（錄入時間可由客戶自由設定）；可任意選擇1～16冷卻壁及流量數據顯示對應的時/日平均歷史趨勢圖，可打印日月報表。歸檔數據處理，包括數據自動/手動導出（excel表格），按（網絡）指定路徑自動定時存盤，定時自動整理數據庫，保證系統正常運行。指定測量點的儀表在線參數設定（含權限），系統通訊診斷圖，可根據生產實際使用要求，對相關畫面進行增加或修改（超出軟件設計框架的除外）。

2.4　相關設備安裝

冷卻壁某部位示意圖及傳感器布點見圖1。

圖1　冷卻壁爐腹部位示意圖及傳感器布點

硬件部分的安裝首先要確認溫度傳感器監測點的安裝位置，安裝傳感器固定導管，然后安裝溫度傳感器（或與傳感器固定導管安裝同步進行），將傳感器電纜穿管、固定，接著可安裝總線連接器及其保護箱和采集器，最后進行布管、穿線和接線等工作。

1）傳感器固定導管安裝。確認溫度傳感器安裝位置后，根據高爐冷卻水系統的運行情況，選擇管內無水的情況下安裝。首先要在要安裝傳感器固定導管的地方對水管進行處理，包括去處表面油漆和銹質等；用電鉆在管上開孔（直徑7～9 mm）；用1個廢傳感器擰上傳感器固定導管后插入到所開的孔中，使傳感器固定導管頂在管壁上用電焊進行無縫隙焊接，擰下廢傳感器，用適量的水進行冷卻，將水管壁溫度冷卻到100℃以下。

2）溫度傳感器安裝。檢查溫度傳感器表面，確認沒有物理損壞；記錄溫度傳感器鋼印號；在溫度傳感器套好O型圈，擰在固定導管內，確認無泄漏后方可；記錄對應的安裝位置（如爐腹1層2號冷卻壁），與鋼印號對應；整理溫度傳感器連線（穿線），使線路盡可能避開高溫及電磁場干擾較強的區域。

3）溫度傳感器電纜布線。安裝好的溫度傳感器用金屬軟管從傳感器的尾部開始做一段距離的保護，將傳感器的電纜敷入電纜橋架至總線連接器，并在現場固定。

3　系統軟件

高爐冷卻水熱負荷在線監測系統軟件（版本V3.4）與溫度、流量采集系統相配套。通過工控計算機的串行接口（RS232），按照安全可靠的傳輸協議，與現場的數據采集系統進行通訊，獲得數據或發送控制命令，數據傳輸快捷、可靠，錯誤率低。軟件采用先進的ADO和ODBC數據庫訪問技術，可方便的對數據庫進行管理。本地數據庫采用標準數據庫，數據存儲安全，查詢快捷，界面直觀，操作簡單，數據的處理與分析都是在后臺運行。軟件具備如下功能：入水溫度、出水溫度的實時采集、顯示、存儲；流量自（手）動錄入，溫差、流量差、熱流計算；各種報警值人工設定；溫度高、低實時報警，溫差高實時報警，流量差異常報警，熱流高實時報警；歷史報警查詢；流量差實時曲線、溫差實時曲線，流量差、溫差、熱流歷史曲線；熱流切面分析；歷史曲線、熱流分析結果打印；系統參數導入和導出；硬件狀態監測；開放型數據庫，可以為其他系統（如高爐專家系統、MES、ERP等）提供相應數據。

高爐監測軟件V3.4與溫度及流量采集系統配套，通過計算機串行接口，與現場數據采集系統進行通訊，獲得數據或發送控制命令。本軟件采用先進的數據庫訪問技術，對本地的數據庫進行管理。界面直觀，操作簡單，數據的處理都在后臺運行。

4　結　語

高爐冷卻水熱負荷在線監測系統投入使用后，高爐操作人員在中控室里可以清楚地監控到每個中小套、冷卻壁冷卻水的流量情況，系統自動計算出流量差，設置流量差超過0.3 m3/h便報警，結合溫度變化曲線，判斷出是否存在設備損壞漏水情況，判斷后到現場進一步檢查，然后有計劃的進行處理。該系統投入使用后，避免了因小套漏水給高爐生產造成非計劃休風的情況出現，并給操作人員調整爐況起到很好的指導作用。