首鋼京唐5 500 m3高爐水溫差監測系統的應用

魏曉偉， 張少偉， 丁立軒

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司 煉鐵作業部， 河北 唐山 063020）

首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司（以下簡稱首鋼京唐鋼）鐵廠是納入國家“十一五”規劃綱要的重點工程，京唐5 500 m3高爐生產過程中采用必要的手段在線監測高爐關鍵部位爐缸段冷卻壁的熱負荷，及時預報對高爐爐缸、冷卻壁等重點部位的水溫差對高爐的安全、長壽和順行有實際意義[1]。冷卻水系統的熱負荷是判斷冷卻水系統運行狀態的數據基礎[2]，在這些冷卻器的進水管和出水管上安裝在線式溫度傳感器和電磁流量計，通過其進水溫度、出水溫度、水流量實現對其熱負荷的在線監測。

1 系統構成

水溫差在線監測系統主要包括由硬件系統和軟件系統。

硬件系統由水溫差傳感器、接收器、交換機、計算機及配套設備組成，在水溫差監測點安裝水溫差傳感器，用接收器接收水溫差傳感器的信號，并通過交換機傳送至計算機。計算機的溫度數據從二級系統中采集，建立水溫差數據庫，作為冷卻壁安全監測、爐底爐缸安全監測的數據基礎。

軟件系統由操作系統、數據庫、數學模型和應用程序組成，通過采集程序實時采集水溫差、水流量數據，建立數據庫，連續在線監測的爐缸段冷卻壁的熱負荷，建立集安全預警、操作爐型監測和掛渣厚度監測功能于一次的熟悉模型，并開發應用程序（見圖1）。

圖1 監控畫面

2 系統特點

水溫傳感器包括安裝底座、阻隔器、二片式球閥。這種組合結構是為了可以在線安裝或更換，不必為了在冷卻水管道上安裝或更換傳感器而停水。底座與管道采用焊接方式，與底座相連的球閥可以保證管路可靠的關閉，阻隔器能夠實現傳感器帶水帶壓在線安裝或更換。

為確保系統的穩定性，本系統的配電和網絡均采用星形架構，單支水溫差傳感器故障（短路、斷路等）不會影響接收器其他通道以及接收器的正常運行，每臺接收器通過獨立的空開供電，單臺接收器的電源短路或斷路不會影響其他接收器的正常供電，每臺接收器的信號線與其他接收器的信號線隔離，單臺接收器的信號線短路或斷路不會影響其他接收器的信號傳輸。

由于高爐現場高溫、粉塵、水汽的工況條件，為保系統的安全性、穩定性和可靠性而增加安全防護措施，每支傳感器的線纜都要通過穿線管進行防護，穿線管為鍍鋅鋼管，確保所有線纜無裸露。傳感器的出口帶螺紋，傳感器與穿線管傳感器之間通過不銹鋼波紋管進行連接，傳感器-波紋管-穿線管之間通過金屬螺紋進行連接。接收器及其保護箱盡量遠離高爐本體，安裝在設備構筑物可靠處避開高溫、水汽區域，并方便日常點檢和檢修維護。

該系統提供為開放式接口和通訊協議，一次監測數據可通過以太網同時傳送到上位機、PLC系統、服務器，即監測數據可實時傳送至高爐一級系統，保證數據的實時性和真實性。現場傳感器與接收器數據傳輸用采用有線形式，接收器與上位機、PLC之間的通訊采用RS485通訊協議。

3 系統功能

水溫差監控系統在線監測爐缸段冷卻壁熱負荷的主要目的不僅是監測冷卻器本身的安全狀態，更重要的是依據高爐煉鐵工藝特點和冶金傳輸原理開發專業的數學模型，通過冷卻器熱負荷的變化對爐底爐缸耐材的侵蝕程度、爐底爐缸侵蝕的原因進行在線監測和預警。

該系統主要功能有：實時采集各冷卻壁進出水管溫度監測點的溫度數據，以冷卻壁展開圖、數字總覽、數據表格等形式形象的實時顯示爐缸冷卻壁的進水溫度、出水溫度、水溫差及熱負荷，建立以一代爐役為存儲周期的數據庫。當水溫差、水流量、熱負荷異常時系統自動發出預警（預警標準可以設定修改），預警記錄存入數據庫。實時監測每個風口小套的水溫差、流量差、熱負荷，并根據監測數據的變化及其正態分布對風口小套漏水情況進行預警和報警；提供設備狀態自動巡檢功能，并對設備故障進行自動報警，設備故障記錄存入數據庫，提供功能完善的歷史數據查詢功能，包括進水溫度、出水溫度、水流量、水溫差、熱負荷、自動預警記錄、設備故障記錄查詢以及掛渣厚度和操作爐型的歷史查詢與圖像重現功能，并提供統計報表功能，查詢結果和統計報表可以導出或打印。趨勢曲線如圖2所示。

圖2 趨勢曲線圖

4 結語

本文介紹的水溫差檢測系統在首鋼京唐公司2座高爐安裝使用，有助于冷卻水系統的安全、長壽和順行，而且能夠及時發現水溫差超值變化，及時采取相應的護爐措施。為生產能夠準確判斷高爐冷卻水系統的運行狀態，預防高爐爐缸燒穿、爆炸等重大生產事故，保障高爐安全、長壽的順穩運行有重要意義。