項目背景
熱風(fēng)爐作為煉鐵廠煉鐵流程中至關(guān)重要的設(shè)備，一般一座高爐配有3-4座熱風(fēng)爐，兩座或者三座加熱，一座送風(fēng)。高爐煉鐵是需要在1500℃的環(huán)境下將氧化鐵還原成鐵元素，如果吹入常溫空氣進入爐內(nèi)，則會使?fàn)t內(nèi)溫度瞬間下降，不利于煉鐵過程的進行。因此在高爐煉鐵過程中需要向高爐內(nèi)部持續(xù)不斷地提供1000℃-1300℃的高溫?zé)犸L(fēng)，以此促進爐內(nèi)燒結(jié)礦的還原反應(yīng)，將鐵礦石還原成鐵水。
高溫?zé)犸L(fēng)是通過鼓風(fēng)機向熱風(fēng)爐內(nèi)吹入常溫空氣然后在爐內(nèi)進行加熱，經(jīng)由熱風(fēng)閥向高爐內(nèi)部源源不斷地輸送熱風(fēng)。熱風(fēng)爐主要依靠燃燒閥和熱風(fēng)閥的開合控制著向高爐輸送熱風(fēng)的風(fēng)量以及溫度，如果出現(xiàn)漏風(fēng)、斷風(fēng)或者溫度不足的問題，則可能會導(dǎo)致高爐爐料崩塌甚至出現(xiàn)大灌渣，嚴重則會導(dǎo)致高爐休風(fēng)。因此熱風(fēng)爐的正常運行是保障煉鐵作業(yè)順利進行的關(guān)鍵。
燃燒閥控制著加熱爐向送風(fēng)爐輸送熱風(fēng)通道的開閉，熱風(fēng)閥連接熱風(fēng)爐和熱風(fēng)管道負責(zé)控制送風(fēng)爐向高爐輸送熱風(fēng)，在出現(xiàn)燃燒閥和熱風(fēng)閥內(nèi)部耐火材料脫落或者未關(guān)嚴等造成熱風(fēng)泄露的情況時，高溫?zé)犸L(fēng)會從閥口噴出，并且熱風(fēng)爐地處煤氣區(qū)域，極易發(fā)生爆炸事件，造成巨大的安全事故以及經(jīng)濟財產(chǎn)損失。燃燒閥和熱風(fēng)閥的正常工作決定著高爐煉鐵流程的健康運轉(zhuǎn)。人孔是停爐檢修的人工通道，因其結(jié)構(gòu)的特殊性極易受到高溫侵蝕影響。熱風(fēng)管是連接高爐與熱風(fēng)爐的通道，在經(jīng)過高溫?zé)犸L(fēng)的長時間侵蝕，會使得內(nèi)部耐火材料軟化、強度降低，逐漸變薄、脫落。一旦殘厚到達臨界點時，會導(dǎo)致管道破損，高溫?zé)犸L(fēng)吹出。此前寶鋼熱風(fēng)爐短管爆裂漏風(fēng)事故就是因為內(nèi)部耐材脫落造成。
針對目前冶煉流程的安全防護管理，急需一套行之有效的在線溫度監(jiān)控系統(tǒng)用于熱風(fēng)爐的燃燒閥、熱風(fēng)閥、人孔、拱頂以及熱風(fēng)管道區(qū)域，以此提升高爐煉鐵流程的安全性及風(fēng)險預(yù)警能力。
項目現(xiàn)狀
經(jīng)過現(xiàn)場勘查，目前現(xiàn)場情況如下：
- 熱風(fēng)爐分為兩種爐體，7#-10#是內(nèi)燃式、11#-14#是外燃式，各區(qū)域分別有4座熱風(fēng)爐對應(yīng)一座高爐，合計32座熱風(fēng)爐；
- 熱風(fēng)爐現(xiàn)場處于露天環(huán)境。冬天環(huán)境溫度最低在-10℃-20℃、夏季現(xiàn)場環(huán)境溫度根據(jù)以前項目經(jīng)驗判斷最高可能超過40℃甚至達到50℃；
- 熱風(fēng)爐地處煤氣區(qū)域，這就要求紅外熱像儀必須同時滿足高、低溫和防爆要求；
- 現(xiàn)場熱風(fēng)爐外壁區(qū)域均存在一定程度的脫落情況，和現(xiàn)場人員溝通了解到是由于部分區(qū)域溫度過高，高溫經(jīng)由耐火材料傳遞到表層，在長時間的烘烤作用下使外層爐皮發(fā)生皴裂以致脫落；
- 使用紅外熱像儀進行溫度測量時發(fā)現(xiàn)表皮脫落區(qū)域溫度均高于正常區(qū)域，燃燒閥和熱風(fēng)閥接壤處溫度也均高于其他區(qū)域；
- 根據(jù)現(xiàn)場素材來看，整個熱風(fēng)爐運轉(zhuǎn)情況良好，未發(fā)現(xiàn)明顯高溫異常區(qū)域；
- 通過對關(guān)鍵位置的溫度熱圖分析，確實如現(xiàn)場工人所說情況一致，特定位置區(qū)域，例如破損區(qū)、接壤處等溫度要高于附近區(qū)域。如果不采取措施對關(guān)鍵點區(qū)域進行實時溫度監(jiān)控，一旦發(fā)生超溫情況，現(xiàn)場工人無法及時得知，那么就會存在巨大的安全隱患；
根據(jù)此前項目經(jīng)驗可知，熱風(fēng)爐溫度在線監(jiān)控系統(tǒng)需滿足以下需求：
- 對熱風(fēng)爐關(guān)鍵點位進行全面、精準的非接觸式測溫，設(shè)備安裝、運行過程以及施工不影響熱風(fēng)爐正常工作；
- 設(shè)備具備防爆功能，并能在低溫-20℃和高溫+60℃正常穩(wěn)定運行，防爆護罩具備IP68防護等級；
- 風(fēng)險預(yù)警與火災(zāi)報警：對監(jiān)測點位進行實時全景溫度監(jiān)控，系統(tǒng)需具備高靈敏度特點，可對超溫區(qū)域?qū)崿F(xiàn)快速報警和精準定位；
- 所有采集點視頻圖像可全程或報警觸發(fā)錄像存儲，并可以對以往的歷史圖像進行查詢和回放，報警記錄與圖像同步存儲在系統(tǒng)內(nèi)特定位置，存儲位置可根據(jù)業(yè)主需求隨時更改；
- 電源供給在全天候的環(huán)境下，保證系統(tǒng)不間斷供電；
- 在工程設(shè)計和實現(xiàn)的過程中，始終把客戶的實際需求放在首位，結(jié)合熱風(fēng)爐區(qū)域工藝特點以及現(xiàn)場環(huán)境的特殊性設(shè)計出系統(tǒng)操作簡便，現(xiàn)場工作人員可即學(xué)即用的智能化管理平臺；
系統(tǒng)特征
熱風(fēng)爐溫度在線監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，是鋼鐵冶煉行業(yè)安全管理升級的重要體現(xiàn)。根據(jù)深耕冶金行業(yè)多年的經(jīng)驗，為解決以上需求，本系統(tǒng)應(yīng)具備以下特征：
- 后端算法對圖像采用無損壓縮的方式，實時傳輸溫度流數(shù)據(jù)，畫面更加流暢的同時可以獲取到任意位置的溫度數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的靈敏性和報警精準度。
- 針對現(xiàn)場特殊的環(huán)境情況，選用具備防爆特征的紅外熱像儀，設(shè)備內(nèi)部探測器采用具有國際先進技術(shù)水平的法國進口ULIS非制冷式焦平面紅外探測器，其工作壽命可達8-10年，在可以實現(xiàn)110592個像素點溫度的實時探測的同時，可充分保證設(shè)備運行的穩(wěn)定性。
- 系統(tǒng)采用紅外數(shù)字圖像細節(jié)增強（DDE）技術(shù)，用高速處理器先對原始目標信息進行分析，提取出有用灰度信息分布和無用灰度信息分布，然后大比例壓縮無用信息灰度，小比例壓縮甚至拉伸有用信息灰度，得到接近實際層次豐富的圖像。
- 設(shè)備整機在+70℃的高低溫試驗箱內(nèi)進行老化試驗及標定過程。通過現(xiàn)場實地勘察充分了解設(shè)備防范需求及環(huán)境情況。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境實際特點采用防爆護罩，可滿足惡劣環(huán)境下的運行要求，以此保證設(shè)備的耐久實。
- 溫度在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計之初便留有豐富的接口，便于后期硬件和軟件的更新以及升級工作。為此，設(shè)備采用模塊式結(jié)構(gòu)，可通過相關(guān)接口接入其他硬件。后臺監(jiān)控管理平臺采用模塊化算法，可通過網(wǎng)絡(luò)升級或者本地固件升級等方式，以此提高系統(tǒng)的可塑性及多樣性。
- 云平臺合理利用云計算與超融合的架構(gòu)，以統(tǒng)一的軟件定義計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)的框架，兼顧中心云計算和邊緣計算的訴求，充分利用云端、邊緣端以及設(shè)備端全路徑的智能異構(gòu)數(shù)據(jù)資源為客戶提供強大的數(shù)據(jù)資產(chǎn)治理能力。
總結(jié)
綜上所述，熱風(fēng)爐溫度在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)從產(chǎn)品特點、環(huán)境特征、業(yè)務(wù)需求、安裝方式和施工布局等全方位考慮，在最終效果上實現(xiàn)穩(wěn)定、及時、精準的風(fēng)險預(yù)警功能，以此保障高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程的安全、健康運行。
環(huán)境特征：現(xiàn)場冬天低溫、夏天高溫，并屬于煤氣區(qū)域；
產(chǎn)品特點：采用高性能探測器、搭配行業(yè)內(nèi)先進的紅外圖像處理算法，使得設(shè)備展示出的紅外畫面具有更好的細節(jié)增強效果和更高的測溫精準性；外殼采用定制防爆護罩，內(nèi)置恒溫模塊，抵抗現(xiàn)場惡劣環(huán)境影響；
業(yè)務(wù)需求：實時、在線、全面性、高精度測溫；
安裝方式：關(guān)鍵點監(jiān)測位采用壁掛式和立桿式兩種方式；
施工布局：設(shè)備安裝前、后和施工過程不影響熱風(fēng)爐的正常工作，并且材料均按照室外、防爆、耐高溫要求選型。
- 產(chǎn)品功能特性：
- 納米級隱形雨刷，不沾水、不沾油，排斥灰塵；
- 高硬度特種碳鋼經(jīng)氟碳高溫噴考或不銹鋼拋光/鈍化等工藝處理，可防爆、防塵、防水、防銹；
- 配有半導(dǎo)體可控硅溫控組件，實現(xiàn)自動加熱和散熱功能；
- 針對現(xiàn)場不同監(jiān)測對象搭配不同視場角鏡頭，變更靈活；
- 設(shè)備具有IP68高防護等級，充分滿足現(xiàn)場惡劣環(huán)境要求；
- 測溫精準，成像清晰：設(shè)備整機出廠前經(jīng)過高性能黑體溫度校正，同時采用自主研發(fā)的高性能圖像算法，讓設(shè)備在不同環(huán)境下均能展現(xiàn)有優(yōu)異的精度和場景細微差異。
- 功能豐富，經(jīng)濟適用：設(shè)備均采用標準的機芯接口，方便集成的同時具有更高的實用性。
防爆筒型紅外熱像儀外觀
防爆筒型紅外熱像儀適用于工廠具有IIA、IIB、IIC級T1~T6組可燃性氣體、蒸氣與空氣形成的爆炸性混合物的0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)場所以及可燃性粉塵與空氣混合形成的20區(qū)、21區(qū)、22區(qū)爆炸危險場所。如石油、化工、碼頭、油庫、輪船、鉆井平臺、加油站、礦井、港口、竣工、鋼鐵、花炮生產(chǎn)、機械、糧食加工儲存等場所。
表一 設(shè)備參數(shù)
| 型號 | SS-EX-X384D |
| 紅外分辨率 | 384*288 |
| 像素尺寸 | 17um |
| 幀頻 | 50Hz |
| 工作波段 | 8～14um |
| 測溫范圍 | 60℃～600℃ |
| 數(shù)據(jù) | |
| 單幀溫度 | 帶溫度信息的JPG圖片格式 |
| 溫度流 | 全輻射溫度信息存儲 |
| 視頻 | H.264標準視頻格式，兼容通用視頻播放軟件 |
| 電氣接口 | |
| 電源 | DC9～15V，典型功耗2.5W@25℃ |
| 模擬視頻 | NTSC/PAL |
| 以太網(wǎng) | 100/1000Base，支持TCP、UDP、IP、DHCP、RTSP、ONVIF等協(xié)議，內(nèi)置Web Server，兼容主流NVR產(chǎn)品，提供SDK開發(fā)包 |
| 串口 | RS485，支持Pelco云臺控制協(xié)議 |
| 電動鏡頭 | 支持12V電動鏡頭 |
| GPIO | 1路磁隔離輸入，1路繼電器輸出 |
| 環(huán)境參數(shù) | |
| 工作溫度 | -10～+60℃ |
| 儲存溫度 | -40oC～+85℃ |
| 濕度 | 非冷凝10%～95% |
| 外殼防護 | IP68 |
| 抗沖擊性 | 25G |
| 抗振動性 | 2G |
| 安裝 | 1個1/4 UNC-20、4個M3螺紋安裝孔 |
平臺介紹
客戶端軟件采用C/S模式與B/S模式相結(jié)合的開發(fā)模式，包括實時、數(shù)據(jù)兩大常用功能模塊和測溫對象、設(shè)備、用戶管理、告警、云臺、錄制管理六大相關(guān)基礎(chǔ)管理模塊。與此同時，提供組件化、標準化的Web API開放平臺接口供其他系統(tǒng)使用，為客戶提供強大且靈活的業(yè)務(wù)集成和數(shù)據(jù)集成能力。客戶端軟件的紅外實時畫面監(jiān)測采用了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的紅外圖像處理算法，使得設(shè)備展示出的紅外畫面具有更好的細節(jié)增強效果和更高的畫面可調(diào)節(jié)精準性。此外，客戶端軟件可將相關(guān)配置數(shù)據(jù)實時同步云端，在云端對數(shù)據(jù)進行管理和分析，用戶可通過云平臺自定義設(shè)置異常的通知方式與通知聯(lián)系人，通過客戶端軟件與云端應(yīng)用相結(jié)合實現(xiàn)了智能化的控制體系，為邁向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)智慧化決策打下堅實的基礎(chǔ)。
平臺功能介紹
熱風(fēng)爐紅外熱圖
具體功能與技術(shù)目標如下：
- 在線測溫功能：所有視頻圖像可全程錄像存儲，并可以對以往的歷史圖像進行查詢和回放。
- 風(fēng)險預(yù)警：實時全景監(jiān)控與高靈敏度特點，發(fā)現(xiàn)異常高溫時可實現(xiàn)毫秒級報警。
- 報警類型：分為高溫報警和溫升報警。高溫報警即被測區(qū)域超過預(yù)設(shè)值時報警，溫升報警即被測區(qū)域溫度在某一時間段內(nèi)出現(xiàn)異常溫升時報警，具體數(shù)值可根據(jù)實際情況設(shè)定。
- 溫度補償：設(shè)備可根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境溫度自動進行溫度補償，以滿足不同溫度環(huán)境下的測溫需求。
- 痕跡管理：對現(xiàn)場所測溫度實時寫入數(shù)據(jù)庫，并自動生成報表與溫度曲線。調(diào)取歷史溫度信息和報警記錄，方便于出現(xiàn)問題后進行故障跟蹤及事故分析。
- 非接觸測溫：在不需要人力巡檢的情況下完成溫度獲取。
- 報警日志：報警記錄與圖像同步存儲系統(tǒng)。
- 記錄自動清除：當(dāng)檢測到系統(tǒng)存儲空間不滿10G時系統(tǒng)自動刪除最開始歷史記錄，避免硬盤空間不足導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法存儲。
- 實時顯示全輻射熱圖：值班人員可通過鼠標查看畫面任意位置的瞬時溫度，對異常情況進行錄制、拍照、分析。
- 高溫追蹤：自動對熱像圖整個畫面或特定區(qū)域進行溫升趨勢分析，提早發(fā)現(xiàn)隱患區(qū)域。
- 溫度曲線分析：軟件監(jiān)測料坑底部各區(qū)域裝置外壁溫度時可實時顯示最高溫曲線，通過曲線的變化趨勢用于判定此時料坑各個區(qū)域是否異常。
- 自定義報警閾值：系統(tǒng)可自定義不同報警閾值和等級，協(xié)助工作人員對隱患發(fā)生的緊急程度和發(fā)展態(tài)勢作出評估。
- 自動診斷：設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)中斷自動檢測恢復(fù)功能，當(dāng)設(shè)備因斷電或者斷網(wǎng)導(dǎo)致工作異常，待線路正常后可自行排查問題進行恢復(fù)。
- 遠程通知：現(xiàn)場搭載云平臺服務(wù)器，可第一時間將現(xiàn)場報警信息通過短信和公眾號的方式推送到相應(yīng)人員手機上，第一時間掌握現(xiàn)場情況；
- 用戶權(quán)限管理：軟件登錄界面需要特定的賬號密碼，防止現(xiàn)場工人的誤操作。
平臺界面
云平臺目前主要針對以下需求點：
（1）支持企業(yè)中部門、人員、角色管理；
（2）支持報警規(guī)則的添加、報警模板的添加、報警聯(lián)系人的添加、報警推送的添加、報警記錄查看；
（3）財務(wù)管理支持賬戶線下交易、線上購買增值服務(wù)及索取發(fā)票功能；
（4）支持云平臺綁定多款軟件，進行數(shù)據(jù)同步；
（5）支持短信通知、微信通知、郵箱通知等實時告警服務(wù)。
平臺首頁
報警聯(lián)系人界面
報警記錄界面
遠程消息推送
（1）微信推送報警信息—關(guān)注格物優(yōu)信熱像儀專家即刻接收報警信息推送。
?公眾號消息推送
（2）短信推送報警信息。
短息推送