Коксохимическое производство — один из важнейших этапов металлургического цикла. Именно здесь каменный уголь превращается в кокс, необходимый для выплавки чугуна. Однако этот процесс связан с высокими температурами и выделением газов — и требует строгого контроля. Утечка коксового газа через неплотно закрытые двери печей может увеличивать эмиссию и снижать эффективность производства.
О том, как машинное зрение позволило автоматизировать этот контроль, рассказывает Антон Еремеев, руководитель проектов управления промышленной экологии НЛМК.
Как работают коксовые батареи и почему важен контроль герметичности
Коксовые батареи — это комплекс из десятков вертикальных печей, в которых уголь в течение нескольких часов нагревается до 1050 °C без доступа воздуха. После завершения коксования специальные машины открывают двери печей: с одной стороны расположена машина, которая выталкивает кокс, с другой — аналогичная техника, принимающая его в вагон для дальнейшей транспортировки.
Система должна работать четко и слаженно: любой дефект двери ведет к утечке газа. С одной стороны, это влияет на экологическую обстановку. В Группе НЛМК стремятся полностью избавиться от газований, и в этом помогают современные системы контроля, позволяющие отслеживать эмиссию в реальном времени и разрабатывать корректирующие меры.
Газование снижает КПД печи: коксовый газ, образующийся в процессе коксования, может быть полезен. Все зависит от того, как с ним обращаются: позитивный сценарий предполагает полную очистку газа и его повторное использование.
Для этого на предприятии реализован экологически эффективный замкнутый цикл, в котором коксовый газ проходит многоступенчатую систему очистки. Сначала его охлаждают, затем очищают от туманообразной смолы, аммиака, бензола и нафталина. Полученные в результате побочные продукты — сульфат аммония, бензол и нафталин — становятся продукцией, востребованной в сельском хозяйстве и химической промышленности.
Лишенный примесей газ затем возвращается в производственный процесс и используется для отопления коксовых батарей. А также подается на ТЭЦ, где из него вырабатывается электроэнергия.
Таким образом, побочный продукт превращается во вторсырье, которое обеспечивает и экономическую выгоду, и снижение экологического ущерба.
Как машинное зрение решает проблему утечек на НЛМК
Исторически обнаружение утечек было задачей дежурного рабочего — дверевого. Он обходил батарею, визуально оценивал герметичность дверей, устранял мелкие дефекты и принимал решение о ремонте. Однако этот процесс был медленным и не всегда эффективным: осмотреть более 500 дверей за смену физически невозможно, а некоторые утечки носили периодический характер и могли оставаться незамеченными.
В какой-то момент экологи НЛМК поставили перед инженерами задачу наладить контроль за источниками эмиссий. Первым шагом стало развертывание системы видеонаблюдения. Однако, как только появились первые камеры, стало очевидно: отслеживать эмиссию вручную также неэффективно.
Решением обеих проблем стала автоматизация процессов с помощью машинного зрения. Теперь на батареях установлены камеры, которые фиксируют весь процесс работы печей. Информация оттуда поступает на специальный софт, искусственный интеллект в котором обучен на большой выборке с различными видами эмиссий.
Система построена на видеоплатформе аналитики, развернутой в ЦОДе предприятия. Видеокамеры установлены напротив батареи, алгоритмы в режиме реального времени анализируют картинку и определяют утечку газа по характерному внешнему виду. Нагретый газ при комнатной температуре видно даже невооруженным глазом.
Каждая камера обслуживает порядка двадцати дверей. Для точной работы алгоритма потребовалась дополнительная выборка данных. Специалисты предприятия собрали десятки тысяч примеров с эмиссией в разных условиях.
В результате модель дообучили с учетом влияния времени, погодных условий, ветра и частичных перекрытий потоков газа от двух соседних дверей. Кроме того, нейросеть научилась игнорировать потоки газа от открытой или приоткрытой двери, поскольку это норма производственного процесса.
На основе собранных данных система детектирует эмиссию, обводит ее на изображении и автоматически создает тревожный сигнал. Он поступает в кабину машиниста коксовыталкивающей машины, где бригада сразу получает информацию о проблемных местах.
Кроме того, со временем данные о состоянии батареи накапливаются и позволяют принимать более взвешенное решение о ремонте — например, стоит ли ремонтировать дверь на месте или проще поставить новую.
Результаты и перспективы технологии
Внедрение видеоаналитики позволило значительно сократить время утечек — в пять раз по сравнению с ручным контролем. Теперь утечки фиксируются мгновенно, а их устранение занимает считанные минуты.
Также появилась возможность систематически анализировать состояние каждой из 552 дверей, что позволило перераспределить приоритеты ремонтов и избежать незапланированных простоев оборудования.
Экологи получили инструмент, который позволяет не просто фиксировать эмиссию, но и контролировать ее, а также оперативно реагировать на все инциденты. А ремонтные службы теперь работают точечно, заменяя только те двери, которые действительно требуют ремонта. В результате повысилась не только экологическая безопасность предприятия, но и его производственная эффективность.
Контроль газования с использованием машинного зрения — это лишь один из примеров того, как современные технологии помогают решать реальные промышленные и экологические задачи. Благодаря внедрению системы на коксовых батареях удалось значительно сократить эмиссию, улучшить условия работы персонала и оптимизировать производственные процессы.
Но камеры и нейросети, которые анализируют картинку, уже используют и в других сценариях автоматизации. Так, с их помощью на предприятии контролируют качество лома или следят за состоянием тележек, необходимых для обжига кокса.
В будущем подобные системы могут быть масштабированы и на другие участки металлургического производства — и таким образом сделают его еще более технологичным и устойчивым.