CN2517747Y - 高炉冷却壁冷却水进出水温差的在线监测装置 - Google Patents

Abstract

高炉冷却壁的冷却水进出水温差的在线监测装置,属于高炉炼铁领域。其特点是:它由温度传感器、温差采集仪表、工业控制计算机等组成,温度传感器安装在高炉上的炉身、炉腹、炉缸三个断面上对应于冷却水管的进出水管,每一断面均匀对称安装至少4支温度传感器,智能温差采集仪与温度传感器和工业控制计算机连接,它可以在线、实时、直观地显示高炉各断面的冷却水温差分布情况,还可以利用冷却水温差的变化来判断冷却壁及高炉的工作状态。

Description

高炉冷却壁冷却水进出水温差的在线监测装置

所属领域

本实用新型属于高炉炼铁领域，可以应用在不同炉容级别的炼铁高炉，以及其它使用循环水冷却炉墙的高温窑炉，监测高炉冷却壁状态及高炉炉墙状态。

相关技术背景

高炉是一个庞大、密闭的高温反应容器。高炉操作人员十分迫切需要掌握与了解高炉运行时的炉内状态，以便对不同的炉况采取相应的操作措施，保证高炉冶炼顺行，实现高炉运行稳定、高产。

随着高炉冶炼强化水平不断提高，相应带来高炉炉衬损耗以及冷却壁损坏进程加快。冷却壁漏水引发高炉炉墙的不均匀粘结，以及没有及时采取相应措施造成高炉炉墙结厚、进而渣皮大面积脱落；布料不均以及边缘气流过分发展等等，都将会影响到高炉正常生产运行，甚至会严重影响生产，这不仅直接影响到高炉的生产效益，也对高炉的安全生产带来极大影响。尤其在高炉炉役中、后期，高炉炉腹、炉腰的砖衬损耗掉之后能够了解高炉炉内状况显得更为重要。

由于目前国内的高炉、尤其中、小高炉对炉体的检测手段并不是很完善，使高炉操作人员难以及时发现高炉炉墙结厚或减薄等影响高炉顺行的症状，从而造成处理滞后，难以有效地避免该类事故的发生。

目前对高炉炉墙状态的监测技术广泛采用的是用热电偶测量高炉整个炉身的温度，由操作人员根据温度值判断高炉温度场的分布。比较好的监测则利用计算机采集高炉炉身不同部位的温度数据，经过数据整理由软件***绘制出高炉炉身有关断面的温度场分布。然而铠装镍铬—镍硅热电偶长期工作温度是800℃，在高炉炉内的高温环境下其寿命有限，而且当热电偶损坏后不容易更换。没有了热电偶就不能反映出高炉温度场的分布，这时就需要操作人员去测量高炉炉皮的温度或人工测量冷却壁水管的进出水温差变化，通过这些测量结果来分析判断高炉的运行状况。但是人工测量不可能及时、准确、全面地反映出整个高炉的温度场变化趋势，比较难以准确及时采取有效的操作保证高炉顺行。

对冷却壁状态的监测目前国内普遍采用人工测量冷却壁的冷却水管进出水温差以及冷却水流量的变化实现的，人工测量局限性很大，不可能及时全面发现存在的问题从而导致处理滞后，有时等到冷却壁已经损坏才发现。

相关资料：(1)高炉结瘤的征兆与位置判断       《炼铁》1995年4月Vol.14，No2(2)高炉炉壁状况检出方法び装置    《公开特许公报(A)》平3-2491121991年11月7日(3)高炉炉壁の损耗量测定方法      《公开特许公报(A)》平1-3099101989年12月14日(4)高炉炉内炉壁部の温度测定装置  《公开特许公报(A)》平3-2491071991年11月7日

专利技术的目的

本实用新型的目的在于提供一种高炉冷却壁中冷却水进出温差的在线监测装置，它可以在线、实时、直观地显示高炉各断面的冷却水温差分布情况，还可以利用冷却水温差的变化来判断冷却壁冷却水管的正常与否，而且当排除了冷却壁冷却水管的故障后，冷却水的温差直接、可靠反映、描绘了整个高炉温度场的分布。从而可以根据实时监测的数据和历史数据分析判断若冷却水管的进出水温差异常形态，能够判断高炉操作中出现的问题。专利主要技术内容

本实用新型高炉冷却壁中冷却水进出温差的在线监测装置，其特征是：它由温度传感器、智能温差采集仪表、工业控制计算机等组成，温度传感器安装在高炉上的炉身、炉腹、炉缸三个断面上对应于冷却水管，每一断面均匀安装至少4支温度传感器，温度传感器选用Pt1000A级铂电阻、DS18B20数字温度传感器；智能温差采集仪表与温度传感器和工业控制计算机连接，温差采集仪表采用双回路补偿供电智能温差巡检仪；工业控制计算机的软件采用工控组态软件。

本实用新型的工作流程为：在高炉上安装温度传感器作为一次元件，通过温差采集仪表检测冷却壁的冷却水进出水温度，计算出水温差，使用计算机对采集到的温差数据，应用相关的软件根据高炉炉体各部位的冷却水温差以剖面图和梯型图的形式在线、实时、直观地显示高炉各断面的冷却水温差分布情况，实现对冷却壁状态和高炉状态的监测，

高炉冷却壁热面前端温度的变化在冷却水状态不变的情况下，冷却壁冷却水管中的进出水温差会相应发生变化，冷却壁进出水温差的变化能够间接而可靠真实地反映高炉温度场的变化。在线检测冷却水进出水温差可以准确判断冷却壁运行状况，本专利技术能够通过冷却壁冷却水进出水温差的在线监测，可以根据冷却水进出水温差的变化判断出冷却壁所承受热负荷的高低、运行是否正常、对出现问题的冷却水管提醒高炉操作人员及时处理，避免冷却壁过早损坏，从而达到延长冷却壁的寿命。

若配合实施在高炉的其它检测数据，则可以根据冷却水进出水温差的不同变化规律，得到高炉整个温度场的分布，能够准确判断出高炉工况运行时高炉炉墙实时状态和发展征兆，避免影响高炉生产的炉墙结厚、结瘤或渣皮大面积脱落等恶性炉况的的产生与发展。

本实用新型温度传感器性能及安装。

本实用新型的温度传感器使用Pt1000A级铂电阻、DS18B20数字温度传感器，它的特点是：测量精度高、元件外形尺寸小、抗热震性强、元件一致性好、热容小、热响应时间短、性能稳定。

安装在高炉冷却壁冷却水管上的温度传感器进水和出水相对应，测量进、出水点温度的热电阻温度传感器可以一对一相对应安装；也可以几个测量出水点的温度传感器与一个测量进水温度传感器相对应进行比较得出水温差。进水点的温度传感器可以共用是因为高炉冷却水进水温度在较短的管道内变化很微小；而出水的温度传感器应该每个测量点安装一个温度传感器，因为出水水温的温度差异较大。温度传感器安装的数量可以根据不同的高炉需要具体配置，安装数量基本原则：一是应覆盖高炉的炉缸、炉腹或炉腰、炉身，在高炉的圆周上最少应对称安装四个点才可以反映该断面的温度场；二是在热负荷最大部位的冷却壁的冷却水管上(至少一块冷却壁选择一根冷却水管)安装温度传感器，以便了解冷却壁的状态达到延长冷却壁寿命的目的。

所有安装在高炉冷却壁水管上的温度传感器使用三芯屏蔽导线接到高炉控制室仪表柜的端子排，由端子排再接到温差巡回检测仪。

软水总管流量计的信号接到控制室总管流量显示仪表；红外测温仪的信号接到控制室铁水温度显示仪表。

两台温差巡检仪和铁水温度表、总管流量表的输出信号经A/D转换通过光电隔离电路以RS-485信号输入到工业控制计算机，经过工控机对采集到的进出水温度、温差，软水总流量、温度与铁水温度信号进行处理，用两个主画面实时显示高炉各部位冷却水进出水的温差、实时软水总流量、高炉总热负荷及实时出铁温度曲线等。

巡检仪通过模拟多路开关对输入的温度传感器信号逐一进行切换采集、循环显示进水各点的实际温度并且与相应位置出水点温度传感器的温度值逐对进行比较，也循环显示出水点与相应进水点的温差值。

监测软件是一套基于Microsoft Windows95、98和Microsoft WindowsNT平台的全中文工控组态软件，可以进行从数据采集、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等工程检测、控制的组态软件。

监测软件基于实用、直观、界面友好、可以人机对话等功能进行进行编制，充分利用了Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能。***软件可以在进行即时数据采集、处理、设备驱动和异常处理的同时，还可以进行画面显示等非实时性任务，如打印数据一类的工作可运行于后台，进行脱机作业。

本监测装置的检测功能。

本监测装置可以根据热电阻安装的数量主要实时检测高炉炉缸、炉腹、炉身或高炉其它部位冷却壁冷却水进出水的温差、软水总流量状态、高炉炉体总热负荷，并且附带显示出铁过程的温度曲线等。

检测到的各点进出水温差显示在每个断面相应位置上，以相应的颜色或梯度的高低表示温差的高低。在主画面中同时显示软水总管的进水温度、出水温度、软水总管流量，并以此检测的数据计算出冷却壁冷却水管的实时平均水流速和近似计算出高炉总热负荷。铁水温度的检测信号来自安装在高炉炉前的红外测温仪。

***具有查询指定日期高炉各断面各点的冷却水进出水温差记录数据、日平均梯度、出铁记录、日出铁曲线及记录、冷却水流量变化、高炉总热负荷等功能。

本监测装置为了使有关人员更方便地了解、分析和指导现场高炉的操作，根据现场的条件增加了通讯功能，这可以使不在现场的有关人员浏览现场的高炉炉墙及冷却壁状态检测实时数据和前一天历史数据。***的通讯分为拨号远程通讯和本地局域网通讯，拨号远程通讯使用电话拨号对现场***运行进行浏览，只要具备电话不受地点限制，但同时只允许一个用户进行浏览。本地局域网通讯是利用使用该***单位的局域网实现，现场的数据传输到该单位局域网，凡是能够进入该单位局域网并同时安装了浏览版软件的用户，均可以浏览现场方的实时检测数据和前一天的历史数据。

优点

本监测装置可以在线、实时、直观地显示高炉各断面的冷却水温差分布情况，还可以利用冷却水温差的变化来判断冷却壁冷却水管的正常与否，而且当排除了冷却壁冷却水管的故障后，冷却水的温差直接、可靠反映、描绘了整个高炉温度场的分布。从而可以根据实时监测的数据和历史数据分析判断若冷却水管的进出水温差异常，能够判断高炉操作中出现的问题。(1)整体温差升高

在高炉投入运行后，随着高炉炉衬的损耗冷却水温差逐步升高。倘若在升高的过程中出现跳跃升高，高炉的其它操作正常说明此时炉衬损耗加剧。(2)一根或两根水管的进出水温差异常

当一根或两根冷却水管的进出水温差显示异常，在排除了温度传感器的故障外，应认为该冷却水管是否进水量偏少或者已经漏水。通过实时数据和历史数据表明该水管温差偏高后逐渐降低并使临近的冷却水管温差降低，说明该水管的漏水已经引起该部位结渣，应该及时对该部位的冷却水管进行处理。(3)部分或整体冷却水管温差异常

高炉操作正常时，部分或者整体的冷却水进出水温差逐渐降低，可能高炉炉墙粘结上渣皮，若温差持续降低，说明渣皮进一步增厚；待温差低到一定程度突然升高，首先判定的原因应该是渣皮脱落。

附图说明

图1为本实用新型在线监测装置的连接示意图。

图2为本实用新型在线监测装置的热电阻安装位置及编号示意图。

图1中1为温度传感器，2为温差巡检仪，3为工业控制计算机，4为显示器，5为打印机，6为高炉。

图2中，A为炉身，B为炉腹，C为炉缸，D为高炉炉身及炉腹进水测温热电阻安装位置及编号，E为高炉炉身出水测温热电阻安装位置及编号，F为高炉炉腹出水测温热电阻安装位置及编号，G为高炉炉缸进水测温热电阻安装位置及编号，H为高炉炉缸出水测温热电阻安装位置及编号。其中每一组测温热电阻的编号是根据现场的工装要求来编排的，因此编号不一定是连续的。

实施例

本装置经过了多次试验之后，已经于2001年6月开始在济南钢铁集团总公司一炼铁厂的6号高炉上进行工业应用试验。(该高炉热电阻安装数量及位置见图2)。至今运行三个多月的时间，对高炉冷却壁进出水温差的在线监测对高炉运行操作有良好的效果。在短短的时间中曾经发现一根冷却水管的进出水温差连续偏高，经现场检查发现导致温差偏高的原因是冷却水管因进入杂物堵塞，使用高压水之后才得以疏通，从而避免了该块冷却壁的过早损坏。

由于冷却水进出水温差分布反映了高炉温度场的分布，可以根据高炉温度场的变化进行操作，该高炉至今没有出现炉墙结厚、结瘤及渣皮大面积脱落等炉况。

实施例如下：

在6号高炉炉缸的断面上均匀对称安装4支进水测温热电阻和4支出水测温热电阻，在炉腹的断面上均匀对称安装8支进水测温热电阻和8支出水测温热电阻，在炉身的断面上均匀对称安装56支进水测温热电阻和56支出水测温热电阻。见附图2，图2表示了本实用新型在线监测装置的热电阻安装位置及编号示意图，其中每一组测温热电阻的编号是根据现场的工装要求来编排的，因此编号不一定是连续的。

本实施例采用的温度传感器、温差采集仪器、工业控制计算机软件如表1所示；采用的温度传感器性能如表2、3所示。

(1)由于在高炉上使用Pt1000(A级)铂电阻测量冷却水温差，往往测量点到仪表的距离相对比较远，必须考虑导线电阻以及线路中各接点接触电阻对测量的影响，本装置的巡检仪采用双回路恒流补偿法供电，克服了线路电阻对测量精度和一致性的的影响，使仪表允许导线电阻达到20Ω。

本装置所用仪表选用数字技术的智能仪表。具有自校准和人工校准功能，可以在工作过程中利用微处理机对测量误差进行自动修正，能够克服长时间使用和环境温度变化引起的误差、减小传感器误差，并且使用14位或16位A/D编码转换，从而提高了***的测量精度，测量冷却水的温差的误差可以≤0.2℃，分辨率达到0.02℃。(2)使用DS18B20数字温度传感器测量冷却水温差，传感器本身的误差是0.5℃、分辨率为0.0625℃。由于数字温度传感器是将检测到的信号以数字量传输，消除了传输线路电阻对测量精度的影响，而且可以通过巡检仪表对传感器的误差进行修正，而且可以使多个数字传感器的测量误差趋向一致性，从而使装置测量精度达到≤0.2℃。

6号高炉炉身、炉腹、炉缸的日平均进出水温差梯度表见表4、表5、表6。

表1本实用新型装置配置

	温度传感器	温度采集仪表	软件处理***
				1	P+1000A级铂电阻	双回路供电温差巡检仪	MCGS工控组态软件
2	DS18B20数字温度传感器	巡检仪	工控组态软件

表2 Pt1000(A级)铂电阻性能和参数

标称阻值	零度时电阻误差	温度系数	温度误差	工作温度	热响应时间
						1000Ω	+0.06％	3850PPM/℃	+(0.15+0.002|T|)℃	0～400℃	≤30s

注：表中的热响应时间参数是指铂电阻的保护套管为φ6mm、***介质的深度为套管直径的8～10倍。表3 DS18B20数字温度传感器性能和参数

工作温度	测量误差	分辨率	热响应时间
				-55～125℃	＜0.5℃	0.0625℃	≤50s

输入时间：2001年07月04日各部位日平均进出水温差梯度图表

Claims (1)

1、一种高炉冷却壁的冷却水进出温差的在线监测装置，在高炉上安装温度传感器作为一次元件，通过温差采集仪表检测冷却壁的冷却水进出温差，使用计算机对采集到的温差数据，应用相关的软件根据高炉炉体各部位的冷却水温差以剖面图和梯型图的形式在线、实时、直观地显示高炉各断面的冷却水温差分布情况，实现对冷却壁状态的监测，其特征是：它由温度传感器、智能温差采集仪表、工业控制计算机等组成，温度传感器安装在高炉上的炉身、炉腹、炉缸三个断面上对应于冷却水管的进、出水管，每一断面均匀对称安装至少4支温度传感器，温度传感器选用Pt1000A级铂电阻或DS18B20数字温度传感器；智能温差采集仪表与温度传感器和工业控制计算机连接，智能温差采集仪表采用双回路补偿供电智能巡检仪表；工业控制计算机的软件采用工控组态软件。

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