輸煤皮帶紅外熱成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄭大興，陳壽輝

(廣東粵電集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519050)

輸煤皮帶紅外熱成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄭大興，陳壽輝

(廣東粵電集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519050)

因珠海發(fā)電廠貯煤場(chǎng)的來煤煤種較多，有許多高揮發(fā)分的煤容易自燃，易造成運(yùn)輸皮帶損壞。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察，利用紅外熱成像技術(shù)來監(jiān)測(cè)輸煤皮帶。這一設(shè)計(jì)有利于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)皮帶發(fā)熱燃燒、撕裂等隱患，確保輸煤皮帶及皮帶沿線輔助設(shè)備的安全。

紅外成像；監(jiān)測(cè)；皮帶噴淋；消防報(bào)警

0 引言

珠海發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)負(fù)責(zé)珠海、金灣2廠的燃煤供應(yīng)，其貯煤場(chǎng)為露天布置，分A，B，C，D 4個(gè)區(qū)。2套堆取料機(jī)分別通過C4A，C4B皮帶將煤場(chǎng)存煤輸送到鍋爐原煤倉(cāng)，沿輸煤皮帶及轉(zhuǎn)運(yùn)塔設(shè)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)GB 50229—2006《火力發(fā)電廠及變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中“燃用褐煤或易自燃的高揮發(fā)分煤種時(shí)，從貯煤設(shè)施取煤的第1條膠帶機(jī)上應(yīng)設(shè)置明火煤監(jiān)測(cè)裝置”，需在煤場(chǎng)皮帶C4A，C4B處各加裝1套紅外熱成像監(jiān)測(cè)裝置。

1 輸煤皮帶紅外熱成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該電廠輸煤皮帶紅外熱成像防火報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的紅外焦平面紅外成像技術(shù)，無須掃描就可以對(duì)整個(gè)平面成像，每秒可向后臺(tái)分析軟件傳送高達(dá)30幀、420×315像素甚至更高的紅外溫度圖像，對(duì)輸煤皮帶上傳送的煤炭進(jìn)行全天候的溫度監(jiān)測(cè)和防火報(bào)警。

2 紅外熱成像原理

紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的特性。在自然界，紅外線輻射普遍存在，溫度在絕對(duì)零度以上的物體都會(huì)因自身的分子運(yùn)動(dòng)不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，分子運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量越大，反之則越小。由于物體紅外輻射能量的大小及輻射波長(zhǎng)的分布與物體表面溫度密切相關(guān)，因此通過熱成像技術(shù)測(cè)量物體自身輻射的紅外能量，可以準(zhǔn)確地測(cè)定物體的表面溫度。

通過分析、處理熱像探頭采集到的紅外信息，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤場(chǎng)中潛伏的火災(zāi)源頭或事故隱患，并能準(zhǔn)確定位他們的位置，生成可視化圖像，還能對(duì)火災(zāi)隱患嚴(yán)重程度做出定量判定。

與傳統(tǒng)方案相比，采用紅外熱成像監(jiān)測(cè)設(shè)備具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

(1) 在初期萌芽狀態(tài)檢測(cè)火災(zāi)；

(2) 快速準(zhǔn)確定位煤炭的“熱斑”位置，找到自燃點(diǎn)；

(3) 能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、智能分析；

(4) 全天候、全時(shí)段監(jiān)控火情隱患；

(5) 實(shí)時(shí)生成可視化圖像；

(6) 圖像420×315像素，幀頻30幀/s；

(7) 對(duì)火情嚴(yán)重程度做出定量判定；

(8) 能透過煙霧發(fā)現(xiàn)問題；

(9) 可以現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程報(bào)警。

3 紅外熱成像監(jiān)控系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由以下3部分組成。

(1) 紅外熱成像攝像機(jī)。珠海發(fā)電廠煤場(chǎng)分A，B，C，D 4個(gè)區(qū)域，因?yàn)镃4A皮帶屬于A，B煤場(chǎng)上煤的第1條皮帶，C4B皮帶屬于C，D煤場(chǎng)上煤的第1條皮帶，所以系統(tǒng)配有2臺(tái)紅外熱成像攝像機(jī)，分別安裝在C4A和C4B輸煤帶前端，用于監(jiān)測(cè)輸煤皮帶上煤的實(shí)時(shí)溫度變化。

(2) 監(jiān)控配電箱。監(jiān)控配電箱與紅外熱成像攝像機(jī)配套使用，主要用于光纖收發(fā)器、電源適配器、電源空開等設(shè)備的統(tǒng)一管理。

(3) 監(jiān)控機(jī)柜。監(jiān)控機(jī)柜安裝在煤控樓的監(jiān)控室內(nèi)，柜內(nèi)設(shè)有服務(wù)器、硬盤錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖收發(fā)器、電源空開、適配器等設(shè)備，通過顯示器能實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)輸煤皮帶的溫度變化情況。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.2 實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控要求

C4A皮帶單程長(zhǎng)度779 m，C4B皮帶單程長(zhǎng)度732 m，1，2號(hào)堆取料機(jī)分別位于C4A和C4B皮帶上方。機(jī)組上煤時(shí)，通過堆取料機(jī)將煤場(chǎng)上的堆煤放置在C4A和C4B皮帶上，C4A皮帶將煤輸送至C6A和C6B皮帶，C4B皮帶將煤輸送至C5A和C5B皮帶。在C4A和C4B皮帶前端安裝紅外熱成像攝像機(jī)，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于皮帶刮水器處，該處位于皮帶頭部與堆取料機(jī)行走前限位之間，是機(jī)組上煤必經(jīng)之處，可以對(duì)運(yùn)行皮帶上的煤溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。攝像頭所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)和畫面通過光纖上傳到煤控樓的監(jiān)控機(jī)柜，由后臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和處理，完成整體的監(jiān)控要求。C4A皮帶紅外成像現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖2所示。

為實(shí)現(xiàn)與皮帶頭部噴淋控制系統(tǒng)的報(bào)警聯(lián)動(dòng)，將C4A和C4B處的熱成像攝像頭的報(bào)警信號(hào)通過RS485通信線接到TT5轉(zhuǎn)運(yùn)塔(位于C4A頭部)水抑塵通信箱內(nèi)。當(dāng)攝像頭監(jiān)測(cè)到輸煤皮帶上的煤溫度高于預(yù)先設(shè)定值時(shí)，可將報(bào)警信號(hào)上傳到后臺(tái)管理中心及消防管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)C4A和C4B頭部水噴淋動(dòng)作噴水與消防控制系統(tǒng)的報(bào)警功能。

3.3 電氣接線原理

系統(tǒng)電氣接線的原理如圖3所示。由原理圖可知，該接線方式能實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能。

圖2 C4A皮帶紅外成像現(xiàn)場(chǎng)安裝

(1) 可將TT5轉(zhuǎn)運(yùn)塔PLC的(programmable logic controller，可編程邏輯控制器)信號(hào)傳輸?shù)捷斆褐醒肟刂剖?，?dāng)溫度超過報(bào)警值時(shí)，報(bào)警提示值班人員。

(2) 配電箱及紅外成像攝像機(jī)位于皮帶旁，檢測(cè)皮帶上煤流的溫度。

(3) 主機(jī)柜位于輸煤中央控制室，可實(shí)時(shí)監(jiān)控皮帶上煤流的溫度變化。

(4) 溫度超過報(bào)警值時(shí)啟動(dòng)皮帶頭部水噴淋裝置，對(duì)皮帶上的煤進(jìn)行噴灑降溫滅火。

(5) 消防控制箱控制每條皮帶頭部所對(duì)應(yīng)的消防系統(tǒng)，在煤溫度超過報(bào)警值時(shí)啟動(dòng)消防報(bào)警。由于該項(xiàng)功能會(huì)涉及消防聯(lián)動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)塔噴水，而第4項(xiàng)功能已能實(shí)現(xiàn)消防噴水，故現(xiàn)在電氣線路已進(jìn)入消防控制箱，但沒有接入報(bào)警點(diǎn)。

3.4 皮帶頭部水噴淋邏輯

皮帶頭部水噴淋電磁閥開啟條件增加了C4A頭部紅外成像報(bào)警信號(hào)，邏輯如圖4所示。對(duì)該程序說明如下。

(1) 皮帶運(yùn)行時(shí)，選擇好皮帶線路后，遠(yuǎn)程啟動(dòng)C6A，C4A皮帶。當(dāng)皮帶上有煤時(shí)，觸發(fā)C6A尾部噴淋，C4A頭部噴淋即時(shí)啟動(dòng)噴水。

(2) 若C4A皮帶上的煤溫度高，則在高溫煤經(jīng)過紅外成像攝像頭監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，觸發(fā)紅外成像報(bào)警信號(hào)，觸發(fā)C4A皮帶頭部噴淋。紅外報(bào)警信號(hào)復(fù)位后，C4A皮帶頭部噴淋會(huì)延續(xù)30 s。由于紅外成像檢測(cè)點(diǎn)在噴淋處之前90 m，根據(jù)皮帶速度3.15 m/s，可算好預(yù)噴淋時(shí)間，保證報(bào)警點(diǎn)前后的煤充分被噴淋到。如果紅外報(bào)警一直有，噴淋會(huì)一直持續(xù)，當(dāng)上煤煤種粉塵大時(shí)也可以選擇手動(dòng)噴淋。

圖3 電器接線的原理

圖4 C4A皮帶頭部水噴淋邏輯

C4B皮帶紅外成像系統(tǒng)及頭部噴淋原理與C4A相同。

4 運(yùn)行效果

珠海發(fā)電廠煤場(chǎng)儲(chǔ)存煤種有神華煤與印尼煤。由于印尼煤含硫量大、揮發(fā)分高，在上印尼煤時(shí)，紅外成像攝像頭檢測(cè)到印尼煤表面溫度普遍偏高(白天90 ℃)，最高時(shí)為204 ℃(煤自燃的溫度)，且溫度變化很大。經(jīng)過多次觀察，會(huì)同生產(chǎn)技術(shù)部及運(yùn)行負(fù)責(zé)人員同意，將溫度預(yù)警值設(shè)定為125 ℃。當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度超過125 ℃時(shí)，電腦人機(jī)界面立即有報(bào)警顯示，并啟動(dòng)聯(lián)鎖噴淋。

本套紅外熱成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測(cè)皮帶上煤時(shí)煤的實(shí)時(shí)溫度，并有效防止皮帶上煤時(shí)煤發(fā)生自燃，保護(hù)了輸煤皮帶及皮帶沿線輔助設(shè)備的安全。

1 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB 50229—2006火力發(fā)電廠及變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

2 邱東曉，陳永根，劉 偉，等.影響帶電設(shè)備紅外檢測(cè)及診斷的因素[J].電力安全技術(shù)，2011，13(9)：62-63.

3 車 凱.在線監(jiān)測(cè)紅外熱成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].成都：成都電子科技大學(xué)，2016.

2016-12-28；

2017-03-08。

鄭大興(1979—)，男，助理工程師，主要從事燃料電氣維修技術(shù)工作，email：56330455@qq.com。

陳壽輝(1974—)，男，工程師，主要從事燃料運(yùn)行、維修技術(shù)管理工作。