一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置及异常分析方法与流程

本发明涉及炼焦，尤其涉及一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置及异常分析方法。

背景技术：

1、在传统的焦炉“九温五压”管理制度下，采用人工手动测温的方式，排查焦炉交换及废气系统设备故障，通常会花费4个小时(4小时测量一次直行温度)，甚至更长时间(1个月测量一次小烟道温度)，且存在人为误差，对焦炉的生产管理极为不利；采用人工定期巡检方式，检查焦炉交换及废气系统设备故障，存在废气交换开闭器异常(掉砣、卡砣)无法分辨的问题，不能全方位排查故障，且工作强度大。

2、焦化企业普遍采用光栅检测和巡检机器人技术来取代人工定期烟道巡检，判断焦炉交换系统是否正常工作。然而光栅检测和巡检机器人技术存在一定缺陷，只能检测废气交换开闭器外部的断链和丢交换故障，无法检测废气交换开闭器内部的掉砣、卡砣故障，也无法分析针对贫煤气加热炉型中废气交换开闭器密封不严、短路下火、针对贫煤气加热炉型中煤气与空气流量配比不合理、针对富煤气加热炉型中蓄热不均异常生产情况。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置及异常分析方法，根据焦炉小烟道连接管内气流温度在不同交换周期内的变化规律，快速、准确诊断焦炉交换及废气系统故障位置，取代人工定期烟道巡检和人工手动测量烟道温度，辅助焦炉热工管理。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置，包括小烟道、小烟道连接管、废气交换开闭器，焦炉的机侧和焦侧设置有若干个小烟道，每个小烟道与相应的废气交换开闭器之间通过相应的小烟道连接管连接，还包括温度传感器、盖板、安装底座，温度传感器的测量杆包括冷端和工作端，冷端和工作端之间固定设置有固定件，固定件设置有外螺纹，安装底座设置有内螺纹，安装底座与固定件螺纹连接，每个小烟道连接管的顶部与盖板螺栓连接，盖板上设置有安装孔，温度传感器的工作端插入安装孔内，并且安装底座与安装孔连接，温度传感器通过端口与就近设置的仪表柜连接。

4、每个仪表柜内均设置有控制单元，每个控制单元包括电源模块、通讯模块、模拟量输入模块，电源模块用于提供工作电源，电源模块、通讯模块、模拟量输入模块通过端口连接，温度传感器通过端口与模拟量输入模块连接，通讯模块通过端口与plc主站或操作站连接。

5、安装底座为锥形，安装孔为锥形，安装底座与安装孔之间通过石棉密封。

6、固定件的侧面设有螺纹孔，螺纹孔螺纹连接有张紧螺纹杆，固定件通过张紧螺纹杆与测量杆连接。

7、温度传感器用于检测小烟道连接管内的气流温度，仪表柜分别设置在焦炉机焦两侧烟道走廊外墙非防爆区域，并且沿焦炉直行方向均匀分布。

8、控制单元为plc从站。

9、焦炉交换及废气系统异常分析方法，实时采集焦炉小烟道连接管内气流温度和交换信号，根据交换信号划分规律周期，设定计算周期，计算每个周期内所有小烟道连接管内气流温度的特征值，采用同比、环比的方式对不同规律周期内计算出的特征值进行对比分析，具体包括以下内容：

10、1)划分规律周期：规律周期为相邻两次交换开始或交换结束信号的时间间隔，计算公式如下：

11、t＝tn-tn-1  ①

12、公式①中，t表示规律周期，tn表示第n次交换开始或交换结束时间，tn-1表示-第n-1次交换开始或交换结束时间；

13、2)设定计算周期：计算周期包括短计算周期和长计算周期，短计算周期的取值范围为：1～5分钟，长计算周期取规律周期；

14、3)采用同比变化率、环比变化率的方式对不同规律周期内计算出的特征值进行对比同比变化率：与同废气交换开闭器异侧测温点同计算周期数据对比，计算公式如下：

15、

16、公式②中，δa(i|n)'表示特征值i在第n规律周期的同比变化率，a(i|n)表示第n规律周期的特征值i，a(i|n)'表示第n规律周期的同废气交换开闭器异侧测温点特征值i；

17、环比变化率：与同测温点历史数据对比，计算公式如下：

18、

19、公式③中，δa(i|n)表示特征值i在第n规律周期的环比变化率，a(i|n)表示第n规律周期的特征值i，a(i|n-1)表示第n-1规律周期的特征值i；

20、4)当任何一个特征值在第n规律周期的同比变化率或环比变化率大于限定值时，判定为设备故障；

21、5)将对比分析结果与故障类型进行局部与整体匹配，对匹配一致的故障类型进行报警提示。

22、故障类型包括掉砣、卡砣、断链、丢交换，以及废气交换开闭器密封不严、短路下火、煤气与空气流量配比不合理、蓄热不均。

23、报警提示为人工语音循环播报和文字提示。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、1、温度传感器与就近设置的仪表柜连接，节省控制电缆敷设数量及节省控制电缆敷设桥架数量，省时省力，节约生产维护成本；

26、2、每个仪表柜内均设置有plc从站，plc从站通过通讯模块与plc主站或操作站连接，节省控制电缆，接线量少，维护方便，故障查询时间短；

27、3、小烟道连接管盖板为焦炉原有标准设备，拆卸困难，为方便温度传感器安装，温度传感器安装底座设计为与盖板中心的安装孔一致的锥形结构，安装底座与安装孔之间通过石棉密封，如果温度传感器出现故障，维护人员能够直接插拔温度传感器，操作简单，维护方便；

28、4、每个小烟道连接管内均设置有温度传感器，连续监测焦炉所有小烟道连接管内气流温度，当某个废气交换开闭器发生故障时，相应的小烟道连接管位置的温度异常，特征值变化率超限且与某一个故障类型完全匹配，系统报警提示故障位置与故障类型，相对人工巡检方式、光栅检测、巡检机器人技术，能够快速、准确判断焦炉交换及废气系统故障位置，故障监测直观，安全可靠。

技术特征：

1.一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置，包括小烟道、小烟道连接管、废气交换开闭器，焦炉的机侧和焦侧设置有若干个小烟道，每个小烟道与相应的废气交换开闭器之间通过相应的小烟道连接管连接，其特征在于，还包括温度传感器、盖板、安装底座，温度传感器的测量杆包括冷端和工作端，冷端和工作端之间固定设置有固定件，固定件设置有外螺纹，安装底座设置有内螺纹，安装底座与固定件螺纹连接，每个小烟道连接管的顶部与盖板螺栓连接，盖板上设置有安装孔，温度传感器的工作端插入安装孔内，并且安装底座与安装孔连接，温度传感器通过端口与就近设置的仪表柜连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置，其特征在于，每个仪表柜内均设置有控制单元，每个控制单元包括电源模块、通讯模块、模拟量输入模块，电源模块用于提供工作电源，电源模块、通讯模块、模拟量输入模块通过端口连接，所述的温度传感器通过端口与模拟量输入模块连接，通讯模块通过端口与plc主站或操作站连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置，其特征在于，所述的安装底座为锥形，所述的安装孔为锥形，安装底座与安装孔之间通过石棉密封。

4.根据权利要求1所述的一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置，其特征在于，所述的固定件的侧面设有螺纹孔，螺纹孔螺纹连接有张紧螺纹杆，固定件通过张紧螺纹杆与测量杆连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置，其特征在于，所述的温度传感器用于检测小烟道连接管内的气流温度，所述的仪表柜分别设置在焦炉机焦两侧烟道走廊外墙非防爆区域，并且沿焦炉直行方向均匀分布。

6.根据权利要求2所述的一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置，其特征在于，所述的控制单元为plc从站。

7.根据权利要求1-6任意一项所述装置的焦炉交换及废气系统异常分析方法，其特征在于，实时采集焦炉小烟道连接管内气流温度和交换信号，根据交换信号划分规律周期，设定计算周期，计算每个周期内所有小烟道连接管内气流温度的特征值，采用同比、环比的方式对不同规律周期内计算出的特征值进行对比分析，具体包括以下内容：

8.根据权利要求7所述的焦炉交换及废气系统异常分析方法，其特征在于，所述的故障类型包括掉砣、卡砣、断链、丢交换，以及废气交换开闭器密封不严、短路下火、煤气与空气流量配比不合理、蓄热不均。

9.根据权利要求7所述的焦炉交换及废气系统异常分析方法，其特征在于，所述的报警提示为人工语音循环播报和文字提示。

技术总结本发明涉及一种用于焦炉交换及废气系统的故障监测装置及异常分析方法，实时采集焦炉小烟道连接管内气流温度和交换信号，根据交换信号划分规律周期，设定计算周期，计算每个周期内所有小烟道连接管内气流温度的特征值，采用同比、环比的方式对不同规律周期内计算出的特征值进行对比分析。本发明的优点是：每个小烟道连接管内设置有温度传感器，连续监测焦炉所有小烟道连接管内气流温度，当某个废气交换开闭器发生故障时，相应的小烟道连接管位置的温度异常，特征值变化率超限且与某一个故障类型完全匹配，系统报警提示故障位置与故障类型，相对人工巡检方式、光栅检测、巡检机器人技术，能快速、准确判断焦炉交换及废气系统故障位置。技术研发人员：王慧璐,党平,何鸥,周鹏,欧阳嘉艺,魏春满,马岱农,闫明召,金钰博,彭磊受保护的技术使用者：中冶焦耐自动化有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/24