張夢輝 姜紅 明平壽 高啟洋

(1.中冶集團武漢勘察研究院有限公司,湖北武漢 430080;2.寶武集團鄂城鋼鐵有限公司,湖北鄂州 436001)

0 引言

鋼鐵冶煉是一個復雜的物理、化學變化過程,從鐵礦石到成品鋼材的整個生產(chǎn)過程中,涉及多個生產(chǎn)工藝。煤氣作為這些生產(chǎn)工藝中最重要的能源,為鐵礦石的熔融提供了巨大的熱量。鋼鐵冶煉過程中,伴生或使用的煤氣有高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和混合煤氣等[1-2]。各類煤氣在鋼鐵廠全廠范圍內(nèi)通過不同的煤氣管網(wǎng)輸送到不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中使用,或存儲在特定煤氣柜中作為備用。煤氣具有易燃性、易爆性、高毒性等特點[3],因此煤氣安全始終是鋼鐵行業(yè)安全生產(chǎn)重中之重。有效杜絕煤氣泄露事故和煤氣爆炸事故,建設智慧鋼廠,提升智能制造能力,是鋼鐵企業(yè)發(fā)展的重中之重[5-6]。如何自動化、智能化的檢測煤氣管網(wǎng)重點區(qū)域是否存在煤氣泄露是鋼鐵企業(yè)安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容[9-10]。

煤氣作為鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必不可少的生產(chǎn)資料,但卻具有易燃、易爆、有毒的特點,因此防止煤氣泄露是安全生產(chǎn)過程中最重要的內(nèi)容之一。本系統(tǒng)采用C/S架構(gòu),基于傳感器技術(shù)實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)全廠煤氣管道重點區(qū)域煤氣濃度值自動采集[12]。實現(xiàn)對煤氣采集后的數(shù)據(jù)進行自動存儲,煤氣歷史數(shù)據(jù)查看,煤氣泄露自動報警等功能,為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)安全、智能化生產(chǎn)保駕護航。

圖1 煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集服務架構(gòu)圖

1 系統(tǒng)功能設計

遵循鋼鐵企業(yè)遵循集約化和節(jié)約化原則,統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施[4,7]。在對鋼鐵企業(yè)全廠煤氣管道進行詳細調(diào)研的基礎之上,以數(shù)據(jù)采集,風險預警為主要功能開發(fā)煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)自動采集服務系統(tǒng),用以助力鋼廠中煉鐵、煉鋼、能源等多個生產(chǎn)部門安全生產(chǎn)的要求。為了增強煤氣采集服務程序的復用性[8],方便對已建設安全生產(chǎn)系統(tǒng)或在建安全管理系統(tǒng)擴展,避免系統(tǒng)建設冗余[11],煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集服務具有共享、開放、可擴展的特點,方便未來升級安全可視化系統(tǒng)以及擴展可能存在的功能。煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集服務系統(tǒng)架構(gòu)模式如圖1所示。

煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集服務架構(gòu)主要包括基礎設施層、平臺服務層、可視化應用層?；A設施層包括:服務器、通訊網(wǎng)絡、視頻監(jiān)控攝像頭、煤氣管線傳感器等硬件設施。平臺服務層包括:基礎服務平臺、煤氣采集服務、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其中,基礎服務平臺[7]是為可視化應用層提供重要的資源服務,如:三維地圖數(shù)據(jù)服務、接口服務、地理信息數(shù)據(jù)等;視頻系統(tǒng)可以為風險因素分析結(jié)果提供視頻監(jiān)控服務,實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控?？梢暬瘧脤油ㄟ^煤氣采集數(shù)據(jù)進行分析,向用戶提供數(shù)據(jù)分析結(jié)果,為企業(yè)生產(chǎn)直接提供風險預警監(jiān)測服務。

2 系統(tǒng)工作流程

2.1 煤氣風險數(shù)據(jù)采集

煤氣管網(wǎng)傳感器采集服務程序依賴于安裝在煤氣管網(wǎng)上的煤氣濃度監(jiān)測傳感器。通過對全廠煤氣管網(wǎng)調(diào)查,掌握各傳感器的準確地理位置信息,存儲于地理信息數(shù)據(jù)庫中。增加煤氣管網(wǎng)傳感器的地理信息屬性,在煤氣風險預警中起到直觀顯示預警位置的作用;通過煤氣管網(wǎng)傳感器采集煤氣實時濃度,煤氣管網(wǎng)實時煤氣流量等數(shù)據(jù)。

2.2 煤氣風險因素分析

通過煤氣數(shù)據(jù)采集服務程序?qū)γ簹鉂舛纫约傲髁繑?shù)據(jù)進行分析并存儲于數(shù)據(jù)庫中,運行風險監(jiān)控機制,實現(xiàn)對煤氣風險因素實時分析,并將所有可能存在的風險因素進行報警,并存儲于風險報警數(shù)據(jù)庫中,可實現(xiàn)歷史報警查詢。

2.3 煤氣風險監(jiān)測預警可視化

通過煤氣數(shù)據(jù)采集服務程序?qū)γ簹鈧鞲衅鞑杉降臄?shù)據(jù)進行實時分析,并關(guān)聯(lián)煤氣管網(wǎng)的地理信息屬性,在三維場景中可實時展示煤氣風險因素,通過與視頻服務聯(lián)動,實現(xiàn)全方位的煤氣風險可視化監(jiān)控。

3 實際應用

煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集服務程序已經(jīng)在多個鋼鐵企業(yè)成功上線運行,為鋼鐵企業(yè)安全生產(chǎn)提供全方位的保障服務。本文以寶武集團鄂城鋼鐵煤氣安全可視化系統(tǒng)為例,說明煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集服務程序的實際應用效果。鄂城鋼鐵煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集服務程序經(jīng)歷了實地調(diào)研、三維建模、程序開發(fā)、測試運營等多個階段,并與風險可視化平臺對接,實現(xiàn)了對全廠煤氣管網(wǎng)的實時監(jiān)控。

煤氣風險可視化平臺中,通過采集煤氣流量、煤氣壓力等實時數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行分析,并與傳感器地理信息屬性關(guān)聯(lián),使煤氣管網(wǎng)關(guān)鍵位置風險因素一目了然(圖2)。

圖3展示了煤氣泄露監(jiān)測數(shù)據(jù),通過對全廠煤氣管網(wǎng)重點區(qū)域調(diào)研,使用煤氣泄露監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)進行實時采集,通過煤氣數(shù)據(jù)采集服務進行分析,實現(xiàn)對煤氣泄露的實時預警,并隨時查看重點區(qū)域的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖2 煤氣管網(wǎng)流量、壓力示意圖

圖3 煤氣泄露監(jiān)測

圖4展示了通過煤氣傳感器的地理信息屬性,關(guān)聯(lián)視頻監(jiān)控服務,接入煤氣監(jiān)測傳感器周邊的視頻監(jiān)控攝像頭,隨時查看實時視頻監(jiān)控,實現(xiàn)煤氣風險的全方位監(jiān)測。

圖4 煤氣風險視頻聯(lián)動

4 總結(jié)

本文針對鋼鐵企業(yè)安全生產(chǎn)管理的需求,基于遍布全廠的煤氣管網(wǎng),獲取全廠管線的地理信息數(shù)據(jù),建立三維模型,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)煤氣管網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)采集服務程序的設計與應用。通過接入煤氣風險可視化平臺,實現(xiàn)視頻監(jiān)控聯(lián)動,從而實現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)全廠范圍內(nèi)的煤氣風險因素監(jiān)控。利用文中所設計的煤氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集服務程序,使鋼鐵企業(yè)提升了安全生產(chǎn)風險監(jiān)控能力,提高了風險決策能力。通過將煤氣管網(wǎng)的基礎地理信息及傳感器實時數(shù)據(jù)在三維場景中進行虛擬映射,實現(xiàn)了管理部門對所有數(shù)據(jù)信息的可視化管理,從而節(jié)約了企業(yè)管理成本。通過在直觀、真實的全比例三維模型中真實的展示數(shù)據(jù)采集服務程序的數(shù)據(jù)分析成果,為鋼鐵企業(yè)提供了安全管控支持,提高了管理效率,降低了企業(yè)生產(chǎn)中的安全風險。準確定位,實時了解,提高應急管理能力;縮短出現(xiàn)風險預警的響應時間,從而提高了應急救援的時效性;實現(xiàn)集中監(jiān)測、實時掌控可能存在的煤氣風險隱患信息,為鋼鐵企業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護航。