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(fù)荷在線監(jiān)測系統(tǒng)利用先進的計算機技術(shù)、電子技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、數(shù)字化溫度、流量傳感器技術(shù)，在線實時監(jiān)測高爐冷卻壁進出水溫度及相關(guān)部位的水流量，并在值班室監(jiān)測計算機顯示畫面上顯示測量結(jié)果，同時記錄溫度、溫差、流量差和熱流的實時數(shù)據(jù)，以便查詢相應(yīng)的歷史曲線和分析熱流分布及變化趨勢。本系統(tǒng)的計算及分析結(jié)果對于高爐冷卻壁實時監(jiān)測、風(fēng)口小套監(jiān)測和分析高爐冶煉過程中的爐況，具有重要作用。通過熱負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映冷卻壁溫度、溫差和熱流的變化情況；摒棄傳統(tǒng)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(zhǔn)確性；工長還能通過流量、流量差的測量結(jié)果，根據(jù)高爐狀況實時調(diào)整冷卻水量，從而做到監(jiān)測和預(yù)警風(fēng)口小套損壞的指導(dǎo)效果，降低了生產(chǎn)成本。更重要的是通過高爐冷卻壁的水溫監(jiān)測及熱流量計算，對高爐生產(chǎn)操作起指導(dǎo)作用。

系統(tǒng)采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)。該技術(shù)采用了總線式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的測溫傳感器為進口，精度高并且系統(tǒng)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(tài)軟件，系統(tǒng)畫面美觀實用，人機界面友好，測量數(shù)據(jù)自動存入數(shù)據(jù)庫，同時可以生成各種數(shù)據(jù)報表、變化曲線，并可實現(xiàn)打印輸出，也可以對各種歷史數(shù)據(jù)和曲線進行查詢。系統(tǒng)具有強大的通訊功能，可以將高爐控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件數(shù)據(jù)傳入本系統(tǒng)軟件，同時也可以將本系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口（OPC）發(fā)布，供其他系統(tǒng)共享，為高爐專家系統(tǒng)或MES、ERP提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2　高爐冷卻水熱負(fù)荷在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1　系統(tǒng)整體性能

系統(tǒng)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(xiàn)場總線，通訊距離為1 800 m，數(shù)據(jù)開放支持標(biāo)準(zhǔn)OPC數(shù)據(jù)交換技術(shù)。高爐冷卻水溫度數(shù)字化智能系統(tǒng)見圖1。流量監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

圖1　高爐冷卻水溫度數(shù)字化智能系統(tǒng)(TDCS)

圖2　流量監(jiān)測系統(tǒng)

2.2　系統(tǒng)監(jiān)測點設(shè)計

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

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

流量監(jiān)測點共計92個：風(fēng)口中、小套渣口入、出水設(shè)流量監(jiān)測點92個。

所有監(jiān)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(tǒng)功能

對高爐冷卻水進行溫度和流量檢測，同時進行溫差、風(fēng)口小套流量差計算和爐體的熱負(fù)荷計算及分析，在有可靠冷卻面積數(shù)據(jù)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(dǎo)高爐生產(chǎn)操作的目的。

系統(tǒng)除自身完善的功能外，還提供數(shù)據(jù)輸出接口，可以將溫度、溫差、流量和熱負(fù)荷（或熱流強度）等數(shù)據(jù)以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口輸出，提供給MES、ERP或高爐專家系統(tǒng)作為基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)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(shè)計水溫差按爐形橫斷面設(shè)計；溫度和溫差直觀顯示；系統(tǒng)硬件設(shè)備的自檢。

建立數(shù)據(jù)庫，溫度數(shù)據(jù)庫按30 min錄入1次，數(shù)據(jù)庫存儲量維持1月以上（錄入時間可由客戶自由設(shè)定）；可任意選擇1～16冷卻壁及流量數(shù)據(jù)顯示對應(yīng)的時/日平均歷史趨勢圖，可打印日月報表。歸檔數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)自動/手動導(dǎo)出（excel表格），按（網(wǎng)絡(luò)）指定路徑自動定時存盤，定時自動整理數(shù)據(jù)庫，保證系統(tǒng)正常運行。指定測量點的儀表在線參數(shù)設(shè)定（含權(quán)限），系統(tǒng)通訊診斷圖，可根據(jù)生產(chǎn)實際使用要求，對相關(guān)畫面進行增加或修改（超出軟件設(shè)計框架的除外）。

2.4　相關(guān)設(shè)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(rèn)溫度傳感器監(jiān)測點的安裝位置，安裝傳感器固定導(dǎo)管，然后安裝溫度傳感器（或與傳感器固定導(dǎo)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(dǎo)管安裝。確認(rèn)溫度傳感器安裝位置后，根據(jù)高爐冷卻水系統(tǒng)的運行情況，選擇管內(nèi)無水的情況下安裝。首先要在要安裝傳感器固定導(dǎo)管的地方對水管進行處理，包括去處表面油漆和銹質(zhì)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(dǎo)管后插入到所開的孔中，使傳感器固定導(dǎo)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(rèn)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(dǎo)管內(nèi)，確認(rèn)無泄漏后方可；記錄對應(yīng)的安裝位置（如爐腹1層2號冷卻壁），與鋼印號對應(yīng)；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(qū)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(xiàn)場固定。

3　系統(tǒng)軟件

高爐冷卻水熱負(fù)荷在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件（版本V3.4）與溫度、流量采集系統(tǒng)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(xié)議，與現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行通訊，獲得數(shù)據(jù)或發(fā)送控制命令，數(shù)據(jù)傳輸快捷、可靠，錯誤率低。軟件采用先進的ADO和ODBC數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，可方便的對數(shù)據(jù)庫進行管理。本地數(shù)據(jù)庫采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)存儲安全，查詢快捷，界面直觀，操作簡單，數(shù)據(jù)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(shè)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(jié)果打印；系統(tǒng)參數(shù)導(dǎo)入和導(dǎo)出；硬件狀態(tài)監(jiān)測；開放型數(shù)據(jù)庫，可以為其他系統(tǒng)（如高爐專家系統(tǒng)、MES、ERP等）提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。

高爐監(jiān)測軟件V3.4與溫度及流量采集系統(tǒng)配套，通過計算機串行接口，與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行通訊，獲得數(shù)據(jù)或發(fā)送控制命令。本軟件采用先進的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，對本地的數(shù)據(jù)庫進行管理。界面直觀，操作簡單，數(shù)據(jù)的處理都在后臺運行。

4　結(jié)　語

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