热风炉关键位置红外在线监控系统技术方案

项目背景

热风炉作为炼铁厂炼铁流程中至关重要的设备，一般一座高炉配有3-4座热风炉，两座或者三座加热，一座送风。高炉炼铁是需要在1500℃的环境下将氧化铁还原成铁元素，如果吹入常温空气进入炉内，则会使炉内温度瞬间下降，不利于炼铁过程的进行。因此在高炉炼铁过程中需要向高炉内部持续不断地提供1000℃-1300℃的高温热风，以此促进炉内烧结矿的还原反应，将铁矿石还原成铁水。

高温热风是通过鼓风机向热风炉内吹入常温空气然后在炉内进行加热，经由热风阀向高炉内部源源不断地输送热风。热风炉主要依靠燃烧阀和热风阀的开合控制着向高炉输送热风的风量以及温度，如果出现漏风、断风或者温度不足的问题，则可能会导致高炉炉料崩塌甚至出现大灌渣，严重则会导致高炉休风。因此热风炉的正常运行是保障炼铁作业顺利进行的关键。

燃烧阀控制着加热炉向送风炉输送热风通道的开闭，热风阀连接热风炉和热风管道负责控制送风炉向高炉输送热风，在出现燃烧阀和热风阀内部耐火材料脱落或者未关严等造成热风泄露的情况时，高温热风会从阀口喷出，并且热风炉地处煤气区域，极易发生爆炸事件，造成巨大的安全事故以及经济财产损失。燃烧阀和热风阀的正常工作决定着高炉炼铁流程的健康运转。人孔是停炉检修的人工通道，因其结构的特殊性极易受到高温侵蚀影响。热风管是连接高炉与热风炉的通道，在经过高温热风的长时间侵蚀，会使得内部耐火材料软化、强度降低，逐渐变薄、脱落。一旦残厚到达临界点时，会导致管道破损，高温热风吹出。此前宝钢热风炉短管爆裂漏风事故就是因为内部耐材脱落造成。

针对目前冶炼流程的安全防护管理，急需一套行之有效的在线温度监控系统用于热风炉的燃烧阀、热风阀、人孔、拱顶以及热风管道区域，以此提升高炉炼铁流程的安全性及风险预警能力。

项目现状

经过现场勘查，目前现场情况如下：

热风炉分为两种炉体，7#-10#是内燃式、11#-14#是外燃式，各区域分别有4座热风炉对应一座高炉，合计32座热风炉；
热风炉现场处于露天环境。冬天环境温度最低在-10℃-20℃、夏季现场环境温度根据以前项目经验判断最高可能超过40℃甚至达到50℃；
热风炉地处煤气区域，这就要求红外热像仪必须同时满足高、低温和防爆要求；
现场热风炉外壁区域均存在一定程度的脱落情况，和现场人员沟通了解到是由于部分区域温度过高，高温经由耐火材料传递到表层，在长时间的烘烤作用下使外层炉皮发生皴裂以致脱落；
使用红外热像仪进行温度测量时发现表皮脱落区域温度均高于正常区域，燃烧阀和热风阀接壤处温度也均高于其他区域；
根据现场素材来看，整个热风炉运转情况良好，未发现明显高温异常区域；
通过对关键位置的温度热图分析，确实如现场工人所说情况一致，特定位置区域，例如破损区、接壤处等温度要高于附近区域。如果不采取措施对关键点区域进行实时温度监控，一旦发生超温情况，现场工人无法及时得知，那么就会存在巨大的安全隐患；

根据此前项目经验可知，热风炉温度在线监控系统需满足以下需求：

对热风炉关键点位进行全面、精准的非接触式测温，设备安装、运行过程以及施工不影响热风炉正常工作；
设备具备防爆功能，并能在低温-20℃和高温+60℃正常稳定运行，防爆护罩具备IP68防护等级；
风险预警与火灾报警：对监测点位进行实时全景温度监控，系统需具备高灵敏度特点，可对超温区域实现快速报警和精准定位；
所有采集点视频图像可全程或报警触发录像存储，并可以对以往的历史图像进行查询和回放，报警记录与图像同步存储在系统内特定位置，存储位置可根据业主需求随时更改；
电源供给在全天候的环境下，保证系统不间断供电；
在工程设计和实现的过程中，始终把客户的实际需求放在首位，结合热风炉区域工艺特点以及现场环境的特殊性设计出系统操作简便，现场工作人员可即学即用的智能化管理平台；

系统特征

热风炉温度在线监控系统的建设，是钢铁冶炼行业安全管理升级的重要体现。根据深耕冶金行业多年的经验，为解决以上需求，本系统应具备以下特征：

后端算法对图像采用无损压缩的方式，实时传输温度流数据，画面更加流畅的同时可以获取到任意位置的温度数据，提高系统的灵敏性和报警精准度。
针对现场特殊的环境情况，选用具备防爆特征的红外热像仪，设备内部探测器采用具有国际先进技术水平的法国进口ULIS非制冷式焦平面红外探测器，其工作寿命可达8-10年，在可以实现110592个像素点温度的实时探测的同时，可充分保证设备运行的稳定性。
系统采用红外数字图像细节增强（DDE）技术，用高速处理器先对原始目标信息进行分析，提取出有用灰度信息分布和无用灰度信息分布，然后大比例压缩无用信息灰度，小比例压缩甚至拉伸有用信息灰度，得到接近实际层次丰富的图像。
设备整机在+70℃的高低温试验箱内进行老化试验及标定过程。通过现场实地勘察充分了解设备防范需求及环境情况。根据现场环境实际特点采用防爆护罩，可满足恶劣环境下的运行要求，以此保证设备的耐久实。
温度在线监控系统设计之初便留有丰富的接口，便于后期硬件和软件的更新以及升级工作。为此，设备采用模块式结构，可通过相关接口接入其他硬件。后台监控管理平台采用模块化算法，可通过网络升级或者本地固件升级等方式，以此提高系统的可塑性及多样性。
云平台合理利用云计算与超融合的架构，以统一的软件定义计算、存储、网络的框架，兼顾中心云计算和边缘计算的诉求，充分利用云端、边缘端以及设备端全路径的智能异构数据资源为客户提供强大的数据资产治理能力。

总结

综上所述，热风炉温度在线监控系统应从产品特点、环境特征、业务需求、安装方式和施工布局等全方位考虑，在最终效果上实现稳定、及时、精准的风险预警功能，以此保障高炉炼铁生产工艺流程的安全、健康运行。

环境特征：现场冬天低温、夏天高温，并属于煤气区域；

产品特点：采用高性能探测器、搭配行业内先进的红外图像处理算法，使得设备展示出的红外画面具有更好的细节增强效果和更高的测温精准性；外壳采用定制防爆护罩，内置恒温模块，抵抗现场恶劣环境影响；

业务需求：实时、在线、全面性、高精度测温；

安装方式：关键点监测位采用壁挂式和立杆式两种方式；

施工布局：设备安装前、后和施工过程不影响热风炉的正常工作，并且材料均按照室外、防爆、耐高温要求选型。

产品功能特性：
纳米级隐形雨刷，不沾水、不沾油，排斥灰尘；
高硬度特种碳钢经氟碳高温喷考或不锈钢抛光/钝化等工艺处理，可防爆、防尘、防水、防锈；
配有半导体可控硅温控组件，实现自动加热和散热功能；
针对现场不同监测对象搭配不同视场角镜头，变更灵活；
设备具有IP68高防护等级，充分满足现场恶劣环境要求；
测温精准，成像清晰：设备整机出厂前经过高性能黑体温度校正，同时采用自主研发的高性能图像算法，让设备在不同环境下均能展现有优异的精度和场景细微差异。
功能丰富，经济适用：设备均采用标准的机芯接口，方便集成的同时具有更高的实用性。

防爆筒型红外热像仪外观

防爆筒型红外热像仪适用于工厂具有IIA、IIB、IIC级T1~T6组可燃性气体、蒸气与空气形成的爆炸性混合物的0区、1区、2区场所以及可燃性粉尘与空气混合形成的20区、21区、22区爆炸危险场所。如石油、化工、码头、油库、轮船、钻井平台、加油站、矿井、港口、竣工、钢铁、花炮生产、机械、粮食加工储存等场所。

表一设备参数

型号	SS-EX-X384D
红外分辨率	384*288
像素尺寸	17um
帧频	50Hz
工作波段	8～14um
测温范围	60℃～600℃
数据
单帧温度	带温度信息的JPG图片格式
温度流	全辐射温度信息存储
视频	H.264标准视频格式，兼容通用视频播放软件
电气接口
电源	DC9～15V，典型功耗2.5W@25℃
模拟视频	NTSC/PAL
以太网	100/1000Base，支持TCP、UDP、IP、DHCP、RTSP、ONVIF等协议，内置Web Server，兼容主流NVR产品，提供SDK开发包
串口	RS485，支持Pelco云台控制协议
电动镜头	支持12V电动镜头
GPIO	1路磁隔离输入，1路继电器输出
环境参数
工作温度	-10～+60℃
储存温度	-40ºC～+85℃
湿度	非冷凝10%～95%
外壳防护	IP68
抗冲击性	25G
抗振动性	2G
安装	1个1/4 UNC-20、4个M3螺纹安装孔

平台介绍

客户端软件采用C/S模式与B/S模式相结合的开发模式，包括实时、数据两大常用功能模块和测温对象、设备、用户管理、告警、云台、录制管理六大相关基础管理模块。与此同时，提供组件化、标准化的Web API开放平台接口供其他系统使用，为客户提供强大且灵活的业务集成和数据集成能力。客户端软件的红外实时画面监测采用了业内领先的红外图像处理算法，使得设备展示出的红外画面具有更好的细节增强效果和更高的画面可调节精准性。此外，客户端软件可将相关配置数据实时同步云端，在云端对数据进行管理和分析，用户可通过云平台自定义设置异常的通知方式与通知联系人，通过客户端软件与云端应用相结合实现了智能化的控制体系，为迈向工业互联网数据智慧化决策打下坚实的基础。