鋼鐵企業煤氣管網傳感器數據采集服務設計與實現

張夢輝 姜紅 明平壽 高啟洋

(1.中冶集團武漢勘察研究院有限公司,湖北武漢 430080;2.寶武集團鄂城鋼鐵有限公司,湖北鄂州 436001)

0 引言

鋼鐵冶煉是一個復雜的物理、化學變化過程,從鐵礦石到成品鋼材的整個生產過程中,涉及多個生產工藝。煤氣作為這些生產工藝中最重要的能源,為鐵礦石的熔融提供了巨大的熱量。鋼鐵冶煉過程中,伴生或使用的煤氣有高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣和混合煤氣等[1-2]。各類煤氣在鋼鐵廠全廠范圍內通過不同的煤氣管網輸送到不同的生產環節中使用,或存儲在特定煤氣柜中作為備用。煤氣具有易燃性、易爆性、高毒性等特點[3],因此煤氣安全始終是鋼鐵行業安全生產重中之重。有效杜絕煤氣泄露事故和煤氣爆炸事故,建設智慧鋼廠,提升智能制造能力,是鋼鐵企業發展的重中之重[5-6]。如何自動化、智能化的檢測煤氣管網重點區域是否存在煤氣泄露是鋼鐵企業安全生產的重要內容[9-10]。

煤氣作為鋼鐵企業生產環節中必不可少的生產資料,但卻具有易燃、易爆、有毒的特點,因此防止煤氣泄露是安全生產過程中最重要的內容之一。本系統采用C/S架構,基于傳感器技術實現鋼鐵企業全廠煤氣管道重點區域煤氣濃度值自動采集[12]。實現對煤氣采集后的數據進行自動存儲,煤氣歷史數據查看,煤氣泄露自動報警等功能,為鋼鐵企業實現安全、智能化生產保駕護航。

圖1 煤氣管網傳感器數據采集服務架構圖

1 系統功能設計

遵循鋼鐵企業遵循集約化和節約化原則,統一規劃、分步實施[4,7]。在對鋼鐵企業全廠煤氣管道進行詳細調研的基礎之上,以數據采集,風險預警為主要功能開發煤氣管網傳感器數據自動采集服務系統,用以助力鋼廠中煉鐵、煉鋼、能源等多個生產部門安全生產的要求。為了增強煤氣采集服務程序的復用性[8],方便對已建設安全生產系統或在建安全管理系統擴展,避免系統建設冗余[11],煤氣管網傳感器數據采集服務具有共享、開放、可擴展的特點,方便未來升級安全可視化系統以及擴展可能存在的功能。煤氣管網傳感器數據采集服務系統架構模式如圖1所示。

煤氣管網傳感器數據采集服務架構主要包括基礎設施層、平臺服務層、可視化應用層。基礎設施層包括:服務器、通訊網絡、視頻監控攝像頭、煤氣管線傳感器等硬件設施。平臺服務層包括:基礎服務平臺、煤氣采集服務、視頻監控系統。其中,基礎服務平臺[7]是為可視化應用層提供重要的資源服務,如:三維地圖數據服務、接口服務、地理信息數據等;視頻系統可以為風險因素分析結果提供視頻監控服務,實現遠程視頻監控。可視化應用層通過煤氣采集數據進行分析,向用戶提供數據分析結果,為企業生產直接提供風險預警監測服務。

2 系統工作流程

2.1 煤氣風險數據采集

煤氣管網傳感器采集服務程序依賴于安裝在煤氣管網上的煤氣濃度監測傳感器。通過對全廠煤氣管網調查,掌握各傳感器的準確地理位置信息,存儲于地理信息數據庫中。增加煤氣管網傳感器的地理信息屬性,在煤氣風險預警中起到直觀顯示預警位置的作用;通過煤氣管網傳感器采集煤氣實時濃度,煤氣管網實時煤氣流量等數據。

2.2 煤氣風險因素分析

通過煤氣數據采集服務程序對煤氣濃度以及流量數據進行分析并存儲于數據庫中,運行風險監控機制,實現對煤氣風險因素實時分析,并將所有可能存在的風險因素進行報警,并存儲于風險報警數據庫中,可實現歷史報警查詢。

2.3 煤氣風險監測預警可視化

通過煤氣數據采集服務程序對煤氣傳感器采集到的數據進行實時分析,并關聯煤氣管網的地理信息屬性,在三維場景中可實時展示煤氣風險因素,通過與視頻服務聯動,實現全方位的煤氣風險可視化監控。

3 實際應用

煤氣管網傳感器數據采集服務程序已經在多個鋼鐵企業成功上線運行,為鋼鐵企業安全生產提供全方位的保障服務。本文以寶武集團鄂城鋼鐵煤氣安全可視化系統為例,說明煤氣管網傳感器數據采集服務程序的實際應用效果。鄂城鋼鐵煤氣管網傳感器數據采集服務程序經歷了實地調研、三維建模、程序開發、測試運營等多個階段,并與風險可視化平臺對接,實現了對全廠煤氣管網的實時監控。

煤氣風險可視化平臺中,通過采集煤氣流量、煤氣壓力等實時數據,對數據進行分析,并與傳感器地理信息屬性關聯,使煤氣管網關鍵位置風險因素一目了然(圖2)。

圖3展示了煤氣泄露監測數據,通過對全廠煤氣管網重點區域調研,使用煤氣泄露監測傳感器數據進行實時采集,通過煤氣數據采集服務進行分析,實現對煤氣泄露的實時預警,并隨時查看重點區域的實時監測數據。

圖2 煤氣管網流量、壓力示意圖

圖3 煤氣泄露監測

圖4展示了通過煤氣傳感器的地理信息屬性,關聯視頻監控服務,接入煤氣監測傳感器周邊的視頻監控攝像頭,隨時查看實時視頻監控,實現煤氣風險的全方位監測。

圖4 煤氣風險視頻聯動

4 總結

本文針對鋼鐵企業安全生產管理的需求,基于遍布全廠的煤氣管網,獲取全廠管線的地理信息數據,建立三維模型,利用物聯網技術,實現了鋼鐵企業煤氣管網傳感器數據采集服務程序的設計與應用。通過接入煤氣風險可視化平臺,實現視頻監控聯動,從而實現了鋼鐵企業全廠范圍內的煤氣風險因素監控。利用文中所設計的煤氣管網數據采集服務程序,使鋼鐵企業提升了安全生產風險監控能力,提高了風險決策能力。通過將煤氣管網的基礎地理信息及傳感器實時數據在三維場景中進行虛擬映射,實現了管理部門對所有數據信息的可視化管理,從而節約了企業管理成本。通過在直觀、真實的全比例三維模型中真實的展示數據采集服務程序的數據分析成果,為鋼鐵企業提供了安全管控支持,提高了管理效率,降低了企業生產中的安全風險。準確定位,實時了解,提高應急管理能力;縮短出現風險預警的響應時間,從而提高了應急救援的時效性;實現集中監測、實時掌控可能存在的煤氣風險隱患信息,為鋼鐵企業的安全生產保駕護航。