巡檢機器人在煉焦爐中的應用

史瑛迪 張春才

摘?要：本文敘述了焦爐巡檢機器人組成及特點，總結了焦爐地下室及煙道走廊采用智能巡檢機器人進行運維的主要優點。通過結合工程案例，闡述焦爐巡檢機器人主要設計內容，并對巡檢機器人在焦化廠運維方面的應用發展進行展望。

關鍵詞：巡檢機器人;焦爐地下室;煙道走廊;運行監測;環境監測

Application?of?Inspection?Robot?in?Coke?Oven

Shi?Yingdi?Zhang?Chuncai*

ACRE?Coking?&?Refractory?Engineering?Consulting?Corporation，MCC?LiaoningDalian?116085

Abstract：This?paper?introduces?the?composition?and?characteristic?of?inspection?robot?in?coke?oven，and?summarizes?the?main?advantages?of?using?intelligent?inspection?robot?for?O&M?of?coke?oven.Combined?with?engineering?cases，this?paper?expounds?the?main?contents?of?the?inspection?robot?in?coke?oven，and?looks?forward?to?the?development?of?the?inspection?robot?in?O&M?of?coke?oven.

Keywords：Inspection?Robot;Coke?Oven?Basement;Flue?Corridor;Function?Monitor;Environment?Monitor

隨著信息技術和人工智能技術不斷向各行各業融合滲透，新一輪科技革命和產業變革正在形成。目前，巡檢機器人已經在綜合管廊和石油開采上得到了成功的應用[12]。煉焦工業作為將煤炭轉化為冶金燃料和化工原料的流程工業，目前也在通過建設智慧工廠與智能化平臺，提升我國煉焦工業的智能化水平。

焦爐是煉焦工業的核心單元，現代水平室式煉焦爐的加熱煤氣管道布置于焦爐底部的地下室，焦爐加熱的交換系統及廢氣開閉器布置在焦爐地下室和煙道走廊。長期以來，焦爐加熱交換系統一直采用的是人工巡檢，不僅巡檢強度大，還要頻繁進入一級防爆區，巡檢人員存在嚴重的作業安全風險。為此，焦爐引入智能巡檢機器人運維管理系統，對焦爐地下室及煙道走廊的加熱煤氣管道、交換傳動裝置及廢氣開閉器的運行情況、有害氣體環境濃度等，進行智能化、集約化的統一巡檢，對巡檢機器人整個軌跡內的聲音、圖像、氣體等參數進行實時采集、回傳、存儲及分析，這些操作對于提升焦爐現場管理安全維護能力，確保焦化廠的安全、有效運行有非常重要的現實意義。

1?焦爐巡檢機器人簡介及功能

焦爐巡檢機器人搭載紅外熱成像傳感器、氣體傳感器、音頻傳感器、360度視頻儀等多種智能傳感器。焦爐巡檢機器人可通過操作人員設定的巡查任務，沿軌道自動或手動控制運行，到達指定檢測位置，能夠實時采集、存儲、傳輸現場的圖像、聲音、溫度、CO（一氧化碳）、H2（氫氣）濃度等數據，還可沿線播放安全教育音頻和遠程指揮喊話;焦爐巡檢機器人還能進一步通過對數據的分析，判斷是否存在設備故障以及故障位置，減輕工作人員的勞動強度、降低勞動風險，及時發現出現的問題，避免事故擴大化，大大降低生產過程中的非正常停機時間。

焦爐巡檢機器人采用先進的無線充電、無線數據傳輸等技術，可完全代替巡檢工，不僅能夠實現可靠巡檢、無線充電，也是無人值守系統的首選，能夠代替人工從事一些強度高、持續時間長的單調重復性工作，使工作人員從繁重的工作環境中解脫出來，既能提高工作效率，又可以保證人員的安全，實現危險工作區域的無人化、少人化作業。此外巡檢機器人還可以進入空間狹小、平常難以到達的區域，擴展作業的工作范圍。

針對焦爐地下室及煙道走廊，巡檢機器人能夠實時采集、存儲、傳輸現場的圖像、聲音、溫度等數據，還能夠通過數據處理分析，精準判斷交換旋塞、廢氣盤是否開閉到位，鏈條及其他設備是否潤滑到位，設備是否有跑冒滴漏，溫度、壓力、流量是否在合理區間，設備螺栓有無松動、有無異響，可及時發現故障，精準找到故障位置，完全替代人工巡檢，降低勞動風險，提升智能化管理水平。

2?焦爐巡檢機器人主要產品組成及特點

2.1?巡檢機器人的產品組成

JNX12防爆型智能巡檢機器人主要由移動巡檢平臺、無線通信系統、充電裝置、各種信號采集設備和軌道系統組成，如圖1所示。適用于大型焦化廠焦爐本體、化工產品回收、甲醇生產、煤焦油加氫、苯加氫、變電所、水泵房及帶式輸送機管廊等區域的移動巡檢。具備先進的無線充電、無線數傳等技術，實現了機器人在軌道自動或手動控制運行，對整個軌跡內的聲音、圖像、氣體等參數的實時采集、回傳、存儲及分析。

2.1.1?多參數移動巡檢本體

多參數移動巡檢本體是本系統的核心，從功能構成上分為行走模塊、充電控制模塊、中央控制模塊、多參數采集模塊、通信模塊等;通過物聯網技術的擴展應用，可實現視頻、煙霧、氣體、溫度、音頻、熱成像、揚聲播放、超聲避障等多參數的采集、判斷或監測的擴展，示意圖如圖2所示。

2.1.2?本安型移動巡檢子站

通信傳輸采用5G信號的網絡通信系統，以達到遠程移動監測實時將數據傳輸集中管理控制中心。

2.1.3?隔爆兼本安型電源箱

12V本質安全型電路，直流觸點保證現場使用安全;多參數移動巡檢裝置通過本體5Ah鋰電池供電，保證足夠的續航能力。采用分布式充電點結構，在運行軌道科學配置充電裝置，通過巡檢裝置自帶電量監控系統實現自主充電。

2.1.4?軌道系統

使用10#工字鋼做巡檢裝置軌道，表面經過特殊防銹處理，結實、耐用、不易侵蝕。軌道每只為6米長，覆蓋全部巡檢區域，是巡檢裝置運行的主要載體。

2.1.5?后臺軟件系統

采用C/S、B/S、移動客戶端APP結合的形式，模塊化架構清晰，外部接口齊備，具備對整個機房內各類輔助設備進行綜合管理、聯動、協調的能力。巡檢裝置采集數據通過WEB服務器對外接口向外共享，專用客戶端軟件可對移動巡檢裝置進行遙控、任務配置、視頻訪問、數據訪問等。

2.2?巡檢機器人的特點

（1）人工智能AI學習：利用計算機來模擬人類大腦思維的信息過程，借助大數據庫進行認知建模、機器感知、機器思維，構建計算機自己的知識體系，在使用過程中不斷進行自主學習。

（2）本安設計：機器人本體采用本安型設計，具有更高的電氣可靠性和穩定性，重量輕、體積小，可實施超長時間巡檢，運行更節能、更穩定。

（3）40度坡度行走：多輪緊箍設計可實現巷道大傾角多彎度復雜行走環境。

（4）掛軌式行進：掛軌式巡檢機器人按照設計施工時指定的路線運動，路徑相對固定，不影響工作人員的通行和其他設備的正常運行。

3?在焦爐中的實施方案

3.1?項目情況描述

該項目擬對某焦化廠2×60孔7米焦爐地下室及煙道走廊，配置固定軌道實現機器人自動巡檢。

主要實現對焦爐地下室及煙道走廊內圖像、聲音、溫度、CO（一氧化碳）、H2（氫氣）濃度，管道氣體泄漏、設備是否有跑冒滴漏，溫度、壓力、流量是否在合理區間，設備螺栓有無松動、有無異響，進行巡檢。焦爐地下室巡檢機器人用軌道布置在交換旋塞搬把的側面，采用吊軌的形式;焦爐煙道走廊巡檢機器人采用吊軌布置在操作臺下方，布置示意圖見圖3所示。

3.2?實施方案描述

方案一：

巡檢機器人行走軌道從焦爐地下室連續鋪設至煙道走廊，1臺機器人沿軌道對閥門閉合、氣體濃度、異常聲音、設備表面溫度巡檢、儀器儀表數據讀取等，與其他工作人員工作空間無沖突。鋪設示意圖如圖4所示，充電樁放置在軌道的首部和尾部，通信基站均勻分布在軌道處，保證整個空間的網絡覆蓋，智能化巡檢管理系統用于監測控制機器人運行。

方案二：

分別在焦爐地下室和煙道走廊鋪設工字鋼軌道，軌道不連續。兩臺機器人分別沿軌道對閥門閉合、氣體濃度、異常聲音、設備表面溫度巡檢、儀器儀表數據讀取等，與其他工作人員工作空間無沖突。鋪設示意圖如圖5所示，充電樁放置在軌道的首部，通信基站均勻分布在軌道處，保證整個空間的網絡覆蓋，智能化巡檢管理系統用于監測控制機器人運行。

3.3?控制中心安裝方案

遠程服務器安裝于地面調度室指定位置，選用框架式服務器，外形美觀。巡檢機器人共同使用一臺服務器來實現對機器人本體的控制及數據傳輸。

3.4?技術參數

4?結論

綜上所述，焦爐智能巡檢機器人在焦爐中的應用結論如下：

（1）焦爐巡檢機器人能夠以全自動運行方式，進行焦爐地下室及煙道走廊的自動巡檢，可完全代替傳統人工巡檢;

（2）巡檢機器人的作業內容包括：設備運行狀態、運行參數（溫度、壓力、流量）、語音播報與通話、環境監測等;

（3）焦爐巡檢機器人可對收集的數據進行分析和處理，形成的數據報表客觀準確，便于操作人員實現對整個工廠巡檢路線上設備狀態的掌握;

（4）焦爐巡檢機器人的應用不僅有效降低了操作人員的勞動強度和安全風險，而且大大提高了焦爐管理的智能化水平和生產組織效率。

5?展望

目前，焦化廠內焦爐本體、化工產品回收區、變電所、水泵房及帶式輸送機管廊等場所的巡視和檢修工作，大部分都由人工完成，這些場所的主要特點是：

（1）環境復雜、空間狹小、積水情況常見，對人工巡視造成非常大的阻礙;

（2）人工巡檢頻率低，間隔長，還存在設備運行過程中由于安全原因不能巡檢的情況;

（3）人工巡檢容易受到個人經驗和情緒、主觀意識的影響，人工獲取的數據也難以形成系統性，參考意義不高。

隨著焦化廠對安全高效生產的更高要求，以及行業機械化、自動化水平的不斷發展，焦化工業在安全生產方面已取得顯著性進步，在逐漸實現“機械化替人、自動化減人”階段性成果之后，工業機器人技術的飛速發展，促使焦化行業急需運用機器人技術，進一步提升焦化廠智能化管理水平，未來焦爐巡檢機器人是焦化廠智能化升級的必要措施。焦爐巡檢機器人是數字化、無人化、智能化生產的重要組成部分，應用該系統能夠最終實現“高產高效、少人無人”的企業建設目標。

參考文獻：

[1]季紹詩，陳峰，杜毅威，等.巡檢機器人在綜合管廊的設計與應用[J].建筑電氣，2021（11）：1619.

[2]涂學萬，吳飛，胡放軍，等.巡檢機器人在華慶油田的研究與應用[J].中國石油和化工標準與質量，2021（20）：9698.

作者簡介：史瑛迪（1983—?），男，漢族，遼寧北鎮人，碩士，高級工程師，研究方向：煉焦工藝及設備的研究與開發。

*通訊作者：張春才（1978—?），男，漢族，遼寧臺安人，碩士，高級工程師，研究方向：煉焦工藝及設備的研究與開發。