巡检机器人在炼焦炉中的应用

史瑛迪 张春才

摘 要：本文叙述了焦炉巡检机器人组成及特点，总结了焦炉地下室及烟道走廊采用智能巡检机器人进行运维的主要优点。通过结合工程案例，阐述焦炉巡检机器人主要设计内容，并对巡检机器人在焦化厂运维方面的应用发展进行展望。

关键词：巡检机器人;焦炉地下室;烟道走廊;运行监测;环境监测

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

随着信息技术和人工智能技术不断向各行各业融合渗透，新一轮科技革命和产业变革正在形成。目前，巡检机器人已经在综合管廊和石油开采上得到了成功的应用[12]。炼焦工业作为将煤炭转化为冶金燃料和化工原料的流程工业，目前也在通过建设智慧工厂与智能化平台，提升我国炼焦工业的智能化水平。

焦炉是炼焦工业的核心单元，现代水平室式炼焦炉的加热煤气管道布置于焦炉底部的地下室，焦炉加热的交换系统及废气开闭器布置在焦炉地下室和烟道走廊。长期以来，焦炉加热交换系统一直采用的是人工巡检，不仅巡检强度大，还要频繁进入一级防爆区，巡检人员存在严重的作业安全风险。为此，焦炉引入智能巡检机器人运维管理系统，对焦炉地下室及烟道走廊的加热煤气管道、交换传动装置及废气开闭器的运行情况、有害气体环境浓度等，进行智能化、集约化的统一巡检，对巡检机器人整个轨迹内的声音、图像、气体等参数进行实时采集、回传、存储及分析，这些操作对于提升焦炉现场管理安全维护能力，确保焦化厂的安全、有效运行有非常重要的现实意义。

1 焦炉巡检机器人简介及功能

焦炉巡检机器人搭载红外热成像传感器、气体传感器、音频传感器、360度视频仪等多种智能传感器。焦炉巡检机器人可通过操作人员设定的巡查任务，沿轨道自动或手动控制运行，到达指定检测位置，能够实时采集、存储、传输现场的图像、声音、温度、CO（一氧化碳）、H2（氢气）浓度等数据，还可沿线播放安全教育音频和远程指挥喊话;焦炉巡检机器人还能进一步通过对数据的分析，判断是否存在设备故障以及故障位置，减轻工作人员的劳动强度、降低劳动风险，及时发现出现的问题，避免事故扩大化，大大降低生产过程中的非正常停机时间。

焦炉巡检机器人采用先进的无线充电、无线数据传输等技术，可完全代替巡检工，不仅能够实现可靠巡检、无线充电，也是无人值守系统的首选，能够代替人工从事一些强度高、持续时间长的单调重复性工作，使工作人员从繁重的工作环境中解脱出来，既能提高工作效率，又可以保证人员的安全，实现危险工作区域的无人化、少人化作业。此外巡检机器人还可以进入空间狭小、平常难以到达的区域，扩展作业的工作范围。

针对焦炉地下室及烟道走廊，巡检机器人能够实时采集、存储、传输现场的图像、声音、温度等数据，还能够通过数据处理分析，精准判断交换旋塞、废气盘是否开闭到位，链条及其他设备是否润滑到位，设备是否有跑冒滴漏，温度、压力、流量是否在合理区间，设备螺栓有无松动、有无异响，可及时发现故障，精准找到故障位置，完全替代人工巡检，降低劳动风险，提升智能化管理水平。

2 焦炉巡检机器人主要产品组成及特点

2.1 巡检机器人的产品组成

JNX12防爆型智能巡检机器人主要由移动巡检平台、无线通信系统、充电装置、各种信号采集设备和轨道系统组成，如图1所示。适用于大型焦化厂焦炉本体、化工产品回收、甲醇生产、煤焦油加氢、苯加氢、变电所、水泵房及带式输送機管廊等区域的移动巡检。具备先进的无线充电、无线数传等技术，实现了机器人在轨道自动或手动控制运行，对整个轨迹内的声音、图像、气体等参数的实时采集、回传、存储及分析。

2.1.1 多参数移动巡检本体

多参数移动巡检本体是本系统的核心，从功能构成上分为行走模块、充电控制模块、中央控制模块、多参数采集模块、通信模块等;通过物联网技术的扩展应用，可实现视频、烟雾、气体、温度、音频、热成像、扬声播放、超声避障等多参数的采集、判断或监测的扩展，示意图如图2所示。

2.1.2 本安型移动巡检子站

通信传输采用5G信号的网络通信系统，以达到远程移动监测实时将数据传输集中管理控制中心。

2.1.3 隔爆兼本安型电源箱

12V本质安全型电路，直流触点保证现场使用安全;多参数移动巡检装置通过本体5Ah锂电池供电，保证足够的续航能力。采用分布式充电点结构，在运行轨道科学配置充电装置，通过巡检装置自帶电量监控系统实现自主充电。

2.1.4 轨道系统

使用10#工字钢做巡检装置轨道，表面经过特殊防锈处理，结实、耐用、不易侵蚀。轨道每只为6米长，覆盖全部巡检区域，是巡检装置运行的主要载体。

2.1.5 后台软件系统

采用C/S、B/S、移动客户端APP结合的形式，模块化架构清晰，外部接口齐备，具备对整个机房内各类辅助设备进行综合管理、联动、协调的能力。巡检装置采集数据通过WEB服务器对外接口向外共享，专用客户端软件可对移动巡检装置进行遥控、任务配置、视频访问、数据访问等。

2.2 巡检机器人的特点

（1）人工智能AI学习：利用计算机来模拟人类大脑思维的信息过程，借助大数据库进行认知建模、机器感知、机器思维，构建计算机自己的知识体系，在使用过程中不断进行自主学习。

（2）本安设计：机器人本体采用本安型设计，具有更高的电气可靠性和稳定性，重量轻、体积小，可实施超长时间巡检，运行更节能、更稳定。

（3）40度坡度行走：多轮紧箍设计可实现巷道大倾角多弯度复杂行走环境。

（4）挂轨式行进：挂轨式巡检机器人按照设计施工时指定的路线运动，路径相对固定，不影响工作人员的通行和其他设备的正常运行。

3 在焦炉中的实施方案

3.1 项目情况描述

该项目拟对某焦化厂2×60孔7米焦炉地下室及烟道走廊，配置固定轨道实现机器人自动巡检。

主要实现对焦炉地下室及烟道走廊内图像、声音、温度、CO（一氧化碳）、H2（氢气）浓度，管道气体泄漏、设备是否有跑冒滴漏，温度、压力、流量是否在合理区间，设备螺栓有无松动、有无异响，进行巡检。焦炉地下室巡检机器人用轨道布置在交换旋塞搬把的侧面，采用吊轨的形式;焦炉烟道走廊巡检机器人采用吊轨布置在操作台下方，布置示意图见图3所示。

3.2 实施方案描述

方案一：

巡检机器人行走轨道从焦炉地下室连续铺设至烟道走廊，1台机器人沿轨道对阀门闭合、气体浓度、异常声音、设备表面温度巡检、仪器仪表数据读取等，与其他工作人员工作空间无冲突。铺设示意图如图4所示，充电桩放置在轨道的首部和尾部，通信基站均匀分布在轨道处，保证整个空间的网络覆盖，智能化巡检管理系统用于监测控制机器人运行。

方案二：

分别在焦炉地下室和烟道走廊铺设工字钢轨道，轨道不连续。两台机器人分别沿轨道对阀门闭合、气体浓度、异常声音、设备表面温度巡检、仪器仪表数据读取等，与其他工作人员工作空间无冲突。铺设示意图如图5所示，充电桩放置在轨道的首部，通信基站均匀分布在轨道处，保证整个空间的网络覆盖，智能化巡检管理系统用于监测控制机器人运行。

3.3 控制中心安装方案

远程服务器安装于地面调度室指定位置，选用框架式服务器，外形美观。巡检机器人共同使用一台服务器来实现对机器人本体的控制及数据传输。

3.4 技术参数

4 结论

综上所述，焦炉智能巡检机器人在焦炉中的应用结论如下：

（1）焦炉巡检机器人能够以全自动运行方式，进行焦炉地下室及烟道走廊的自动巡检，可完全代替传统人工巡检;

（2）巡检机器人的作业内容包括：设备运行状态、运行参数（温度、压力、流量）、语音播报与通话、环境监测等;

（3）焦炉巡检机器人可对收集的数据进行分析和处理，形成的数据报表客观准确，便于操作人员实现对整个工厂巡检路线上设备状态的掌握;

（4）焦炉巡检机器人的应用不仅有效降低了操作人员的劳动强度和安全风险，而且大大提高了焦炉管理的智能化水平和生产组织效率。

5 展望

目前，焦化厂内焦炉本体、化工产品回收区、变电所、水泵房及带式输送机管廊等场所的巡视和检修工作，大部分都由人工完成，这些场所的主要特点是：

（1）环境复杂、空间狭小、积水情况常见，对人工巡视造成非常大的阻碍;

（2）人工巡检频率低，间隔长，还存在设备运行过程中由于安全原因不能巡检的情况;

（3）人工巡检容易受到个人经验和情绪、主观意识的影响，人工获取的数据也难以形成系统性，参考意义不高。

随着焦化厂对安全高效生产的更高要求，以及行业机械化、自动化水平的不断发展，焦化工业在安全生产方面已取得显著性进步，在逐渐实现“机械化替人、自动化减人”阶段性成果之后，工业机器人技术的飞速发展，促使焦化行业急需运用机器人技术，进一步提升焦化厂智能化管理水平，未来焦炉巡检机器人是焦化厂智能化升级的必要措施。焦炉巡检机器人是数字化、无人化、智能化生产的重要组成部分，应用该系统能够最终实现“高产高效、少人无人”的企业建设目标。

参考文献：

[1]季绍诗，陈峰，杜毅威，等.巡检机器人在综合管廊的设计与应用[J].建筑电气，2021（11）：1619.

[2]涂学万，吴飞，胡放军，等.巡检机器人在华庆油田的研究与应用[J].中国石油和化工标准与质量，2021（20）：9698.

作者简介：史瑛迪（1983— ），男，汉族，辽宁北镇人，硕士，高级工程师，研究方向：炼焦工艺及设备的研究与开发。

*通讯作者：张春才（1978— ），男，汉族，辽宁台安人，硕士，高级工程师，研究方向：炼焦工艺及设备的研究与开发。