高炉高效长寿监测监控专家系统文件

项目名称高炉高效长寿专家监测监控保障系统2011年技术创新计划项目可行性报告编写单位：上海隆缔电子设备有限责任公司2011一：国内相关产品与技术发展水平、现状目前国内外高炉高效长寿的实践及经验,一般都在软、硬两方面进行实施；硬件方面，在建设或大修高炉时多采用灰铸铁构筑炉底、炉缸冷却壁，采用高韧性球墨铸铁构筑炉腹、冷镶烧成铝碳砖构筑炉身冷却壁，炉底、炉体通冷却水强制冷却；软件方面，在高炉运行中采用一系列精料技术、操作技术以及科学管理等方面的规程、规章、和经验法则，多年来国内外高炉的生产运行实践证明，这些软、硬两方面措施的实施是有效的和成熟的，基本保障了高炉的安全生产和正常运行；但是，由于受历史及技术因素制约，落后的监测和监控仪器、仪表对高炉的日常管理、护理等软件措施方面的支持和校验却显得比较落后，致使上述软硬两方面的措施得不到有效的和全面的监测和监控，跟不上现代高炉高效、长寿理念及实际需要，（1987年某公司2#高炉爆炸大祸和2004年某公司5#高炉热风炉爆炸事件就是因监测、监控不力引起）。现代高炉在建筑或大修过程中，硬件材料的选择和使用由于采购和储运都具备一定的组织和渠道，其质量基本都能具有较好的保证，但是，在高炉投入生产运行后，其高效长寿运行还需要运行管理方面的软件措施给予切实保障，如何将运行管理做得实实在在，使高效长寿安全运行万无一失，高炉冷却壁及炉型的监测、监控和护理是最关键的关注重点，尤其是怎样发现或预先发现某处冷却壁蚀损严重或出现破损，或者怎样能预先发现及预见某处冷却壁即将有严重蚀损或破损，是需要高炉工作者及专家们精心研究的重要课题。由于高炉在建筑或大修后的正常生产过程中，炉缸和炉身冷却壁是处于一种慢性磨损、腐蚀和物料碰撞的状态，在冷却壁完好状态下，炉内冶炼高温被冷却壁隔绝，反映到处于最外层—炉皮的温升应该是很低和均匀的，但随着高炉运行时间的逐渐延长，冷却壁受到的磨损、腐蚀和物料碰撞程度逐渐加深，又由于这些磨损、腐蚀和物料的碰撞又有很大的不规则性，有时往往越是磨损、腐蚀程度有所加快的部位则越是性质薄弱，磨损、腐蚀程度以非线性态势恶性发展，最终有可能使炉壁此部位保温层变薄或破损，如不能及时发现和处理，则可能导致炉内热量的过多散失、烧红炉壁甚至发生其它重大事故。目前，国内外的高炉炉壁监测措施大多采用在高炉各层置入一定数量的测温热电偶进行炉壁测温，还有些厂家采用了测量循环水温差及热流强度的计算机系统；但是，这些测量方法和设备在高炉这种特殊环境下的使用和运行状况都存在一定的不利因素和缺点，例如：（一）、每座高炉往往需要很多只价格昂贵的热电偶及其信号传输导线和配套仪表，项目投资性价比较高，有时花了不少钱还收不到好的使用效果；（二）、很多信号导线在高炉周围特殊复杂恶劣现场敷设，故障率太高，日常维护用工太多，材料消耗量也较大；（三）、因高炉四周都有很多各种高温高压管道等设备，所以有些非常重要的测温点有时无法实施安装；（四）、安装热电偶还需要在炉壁开孔，一旦密封防漏处理欠佳，还会造成漏气故障或隐患；（五）、还有些厂家采用传统的简单仪表人工检测冷却水温差的方法，计算高炉各层冷却壁水温差和热流强度，这种方法既原始又费工费力，受仪表本身、环境、天气、人为等因素影响，经常出现较大测量误差，使监测制度及监测结果得不到理想的保障，难以形成可靠的、连贯的、可察的历史记录数据、报表或责任文件。二：新技术情况LD-RXCW3高炉高效长寿专家监测监控保障系统技术说明一、技术原理人类科学研究发现：自然界中,每种物体只要它的表面温度高于绝对零度（-273.15·C），都会自然地产生光线辐射，辐射中包含可见光谱和（人眼看不见的）红外光谱两部分；物体的温度不同,辐射的光谱成份也不相同,不同的物体（因其分子结构不同）辐射的光谱也各不相同，表面温度较高的物体（800·C以上）辐射的光谱多为强烈的可见光，当温度低至600·C时，辐射的可见光已所剩无几，这时物体辐射的光谱多为靠近可见光边缘的（短波）红外光，被称作近红外光；物体表面温度低至300·C以下时，近红外光谱辐射也将严重衰减，最后仅剩有趋向长波的(中红外、远红外)光谱辐射，只是更难于观测到它罢了；研究还证明，物体的温度越高，光线的辐射(率)强度就越大，只要检测到了物体的光线辐射（率）强度，就可以计算出它的温度，所以如果检测到物体各部位所发出的热辐射强度不同，则表明被探测到的物质类别或其物理形状以及分布的温度也不相同；而更进一步，只要把很多个检测点的结果严格按照它原来的位置再次排列画图表示出来，就可以得到清晰的被测物体的可视图象和温度分布图谱．二：系统基本结构和功能上海隆缔电子设备公司研发的LD-RXCW3高炉高效长寿专家监测监控保障系统，采用特殊热成像器件，配备用特殊材料制作的红外光学物镜，可检测到低温物体非可见光谱段的光谱辐射，由动态电子扫描模块相配合，在不接触的情况下将获取的低温物体的热辐射红外光谱信号，转变为可对应编码复原的相应电信号，经信号电缆馈送至计算机系统进行信息处理、复原和再现，从而把处在低温或黑暗环境中的被测物体转换为在显示屏可看见的清晰图象，同时获取被测物体所携带的温度信息，经量化处理后显示出被监测物体的温度特征。由于此红外热像测温记录系统探测到的是目标自身发出的“称作热辐射的红外线辐射”，摄取的是原本发自被测物体自身物理状态和温度状态的重要信息，它可以显现并表明设备或物体的表面形状和温度分布，是一种特别理想的“非接触无损检测工具”，像X射线摄影一样，能以不同于普通视觉感受的方式提供黑暗中的物体信息，从而揭示黑暗中的设备和物体不能被查觉的或异常的状态，在完成监视功能的同时还可以实现测温功能。此系统作为一种低温状态下（含高温状态）设备和物体的可视再现及温度检测工具。使高温炉窑的监测范围从高温可见光谱段及近红外光谱段真正扩展到了低温中红外光和远红外光谱段，实现了高温炉窑内部景物全时空、全天候、不间断可视监控。称得上是一种全息的红外摄象测温记录系统！三：系统硬件结构的两种型号区别该系统的实际应用产品共开发有LD-RXCW3G型热像测温传感器（固定安装定点使用方式）和LD-RXCW3W型热像测温仪（可携带移动使用方式）两种型号（实物照片分别由图（2）、图（3）示出，其中LD-RXCW3G型热像测温传感器是通过信号电缆传送监测信号，适合对有固定位置切容易缚设电缆的重点目标进行监测监控，例如高炉炉顶内部料面监控、高炉出铁铁水温度检测等；LD-RXCW3W型热像测温仪则是一种可携带的任意选点使用的设备，它通过无线电传输方式传输测温和图象信号，适合应用于有多个分布广泛切分散或零散的监测目标，例如对高炉冷却壁进行多点温度监测等。插图（1）LD-RXCW3W（无线传输）型热像测温仪侧视照片插图（2）LD-RXCW3W（无线传输）型热像测温仪俯视照片插图（3）LD-RXCW3G(有线传输)型热像测温传感器实物照片四：系统技术性能设备在一定距离外以非接触、非干扰式的感应和摄取炉壁温度分布景象、得到炉壁重要监测部位热像图，计算测量部位温度;它具有全天候的特点，炉壁温度低至摄氏零度以下时甚至绝对黑暗时也能清晰显现炉壁的温度分布状况。彩色图像温度分布图：计算机对炉壁各监控重点部位的温度进行数据处理，用彩图像形式表达炉壁各区域实际温度。绘制具有空间分辨率和温度分辨率的炉壁或设备的物理形状和温度场的两维图形;炉壁温度坐标曲线：以坐标形式显示以测温点为中心的温度扩散向量趋势图，纵向和横向坐标轴可有24点或32点阿拉伯数字的数据显示。图像全屏显示功能：鼠标点击菜单调用高分辨率全屏幕图像显示。历史录象和调用功能：系统随机在线形成以测温顺序或固定编号的监测过程及有时间标识的历史录象，存入可察历史数据库，进行长器保存，历史数据库可在日后的任何时间调用察看，无剪辑历史记录和温度分布图象在计算机显示器以画中画的方式进行重播，真实再现炉壁温度的历史演化工况。五、系统技术参数：热成像温度：〈摄氏0。C；摄像扫描速度：30场/S；作用距离：0。2M—20M；系统供电电源：计算机AC220V/50HZ，热像仪DC12V可充锂电池；系统运行方式：全天候24小时连续运行；插图（5）LD-RXCW3G型热像测温传感器拍摄的热像图插图（6）LD-RXCW3G型热像测温传感器拍摄的热像图插图（8）LD-RXCW3W型热像测温仪拍摄的热像图T1:64.5T2:25.5T3:32.3T1.2:208.3T2:180.5T3:196.5T4:37.7T5:25.2T6:29T7:25.2T4:138.4T5:139.7T6:108.2T7:87图1：主蒸汽管道图2：汽轮机上缸保温层插图（9）LD-RXCW3W型热像测温仪拍摄的热像图 1T1:176.4T2:142.3T3:117.3T1.2.5:82.6T2:42.3T3:58T4:208.6T5:146.1T6:111.3T4:54.5T6:39T7:46.5T8:51.5图3：上缸阀门图4：中压缸出汽管道插图（4）LD-RXCW3W型高炉高效长寿专家监测监控系统计算机三、项目必要性“LD-RXCW3高炉高效长寿专家监测监控保障系统”可应用于对高炉炉壁、热风炉炉壁、热风管道等的内损耗检查和炉底表面温度检测。高炉炉壁虽有炉皮、炉衬、冷却壁、填料、碳砖等多层，低温热辐射红外成象系统仍可以准确地捕捉到故障区温度的异常信息，推断出炉衬剩余厚度的变化，显示出高炉炉壁的破损部位及破损程度，在日常的制度化监测过程中，能提早发现故障隐患，达到发现在之前、防范于未然的目的！进而实现和保障高炉安全生产、高效、长寿；，利用定期检测到的炉身或炉底重要部位的温度趋势，配合温度图象信息，建立智能化专家信息分析评判系统，纳入降低炉衬单耗的管理制度，进行早期预测、预警或预报，避免故障扩大或过剩维修，起到有效的增产、增效、炉体长寿的作用，可收到很大的经济效益本系统还可以应用到炼铁厂的其它很多方面和设备，开发多项智能软件、专家管理系统等，例如监测和诊断热风炉炉衬或热风输送管道的绝热或热散失情况，相关设备、重要电机等的负荷及发热情况，大容量电力电缆尤其是接点、接头处的发热情况等等，都可以在计算机中建立符合安全标准的热像图，对在线运行中的生产设备，进行定期巡回检测，将检测结果于标准热像图进行比较，根据其热像图演化的温度变化程度，判断设备是否正常或可能发生故障并准确提示出故障的部位及可能的原因，发出具备预见性的及时的处理意见或方法。上述应用对制定相应设备的（例如高炉炉衬及其它隔热材料的磨损、蝕损等）材料损耗表，利用录像形成的历史记录，将特别需要关注的部位进行预防性综合分折，进行整体评价,作为年度大修时检查更换的依据。仅充分利用设备和材料安全使用期限，以及故障早发现早处理等重要科目，就可收到很大的经济效益和社会效益。应用本系统还可对关键设备的保温状况和热散失情况做定期巡检，为合理选用绝热材料提供参考，以减少热损耗。也可收到显著节能减排的直接经济效益。四、实施方案引进上海隆缔电子设备有限责任公司生产的“LD-RXCW3高炉高效长寿专家监测监控保障系统”和LDRXCW-3W型热像仪及其高炉长寿专家系统软件。由炼铁厂检测班定期（例如每7天检测一次或每三天一次，重要监测部位一天一次）、定时（例如早班8点）用LDRXCW-3W型热像仪对高炉XXXX等重要部位进行定期巡回检测，将检测结果在计算机监视器形成在线监测温度曲线，合成历史温度报表，预报和提示未来发展趋势和可能引伸的问题，预防可能引发的问题或事故。插图（10）LD-RXCW3W型热像测温系统在邯郸使用现场五、技术经济指标、效益分析1、引入“LD-RXCW3高炉高效长寿专家监测监控保障系统”和LDRXCW-3W型热像仪以及LD-RXCW3W型高炉炉衬蚀损监测管理软件后，可节约热电偶消耗费用50万元/年；2、由于引入此种设备和专家智能系统，高炉炉衬蚀损情况得以有效监测和控制，最终结果体现在高炉使用寿命从3。5年/一个周期提高到4。5年/一个周期，收到的直接经济效益可达8千万元。3、由于应用了测温新技术，引入了智能化数据分析判断专家系统，对研究高炉炉衬以及保温材料的耐蚀、耐磨及其保温性能等重要参数能得到第一手可靠的数据资料，对选用、购置和储备下一次大修用材提供可靠的性价依据，达到合理选择，正确搭配绝热材料，达到减少大修费用、增加和延长高炉使用寿命的目的。六、项目资金预算及使用合理性七、上海隆缔电子设备有限公司简介上海隆缔电子设备有限公司是一家专业从事冶金行业（尤其特殊环境下）工业自动化控制工程、多媒体电视监控工程、高温（高炉出铁、炼焦炉、炼钢炉、铝电解槽等）炉窑在线检测、红外遥测等温度检测工程等高科技术企业性公司。公司拥有一批长期从事工业自动化、电视监控工程设计、自动测温工程设计、制造及施工的专业技术人员；其中还有曾受到国家劳动部重点表彰、国家领导接见的有突出技术贡献的人员，多年来实施了很多工业自动化控制、电视监控工程、自动测温工程及项目，其中有宝钢1#高炉出铁温度连续测量记录系统，宣钢１＃和２＃高炉炉顶摄象系统．邯钢１＃２＃３＃６＃高炉炉顶摄象系统以及马钢四铁1#高炉出铁温度连续自动检测记录系统、马钢二铁1#高炉出铁温度连续自动检测记录系统等多项工程、莱钢、青钢都已实施安装多项上海隆缔电子设备有限