紅外測溫儀在制硫燃燒爐的應用

李雪梅，周鳳鳴，任禮道

慶陽石化公司儀電運行部，甘肅慶陽 745002

0 引言

紅外檢測技術(shù)是一種集光電成像技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)人在線監(jiān)測儀表，具有遠距離、非接觸、不取樣、準確、快速、直觀等優(yōu)點，廣泛應用于石油化工行業(yè)特殊性介質(zhì)溫度測量，有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。

制硫燃燒爐是硫磺回收裝置的關(guān)鍵設(shè)備，進入裝置的原料酸性氣在爐內(nèi)燃燒轉(zhuǎn)化成主要組份為硫化氫、二氧化硫等氣體的過程氣。過程氣正常操作溫度在1 300℃左右，最高溫度可高達2 000℃，所以制硫燃燒爐爐膛溫度測量、控制十分關(guān)鍵。慶陽石化公司3 000t/年硫磺回收裝置選用德國艾邦公司生產(chǎn)的紅外測溫儀和分度號為“B”型的熱電偶同時對制硫燃燒爐膛溫度進行測量，根據(jù)測量值對爐膛溫度進行控制并進安全儀表系統(tǒng)（SIS）參與聯(lián)鎖保護。

1 紅外測溫儀工作原理

溫度高于絕對零度的物體都在向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，紅外輻射能量的大小及其波長的分布與物體表面溫度有著十分密切的關(guān)系，理論根據(jù)是普朗克黑體輻射定律，它定量地給出了不同溫度的黑體在各個波長的電磁輻射能量的大小。黑體的表面溫度一定，它發(fā)射出某一波長的電磁輻射的能量就一定，通過檢測黑體發(fā)射出的電磁輻射能量的大小，就可以知道物體的表面溫度。由于黑體發(fā)射的電磁輻射的波長位于紅外線范圍，因此，把檢測黑體發(fā)射電磁輻射的測溫儀器稱為紅外測溫儀。

2 紅外測溫儀的組成

紅外測溫儀由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等單元組成。光學系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳碾娦盘?，該信號?jīng)過放大器和信號處理電路，并按照測溫儀內(nèi)部的算法和目標發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。當用紅外測溫儀測量溫度時，首先要測量出目標在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。

3 紅外測溫儀的優(yōu)點

1）響應速度快、便捷：紅外測溫儀可快速提供溫度測量，在用熱偶讀取一個滲漏連接點的時間內(nèi)，用紅外測溫儀幾乎可以讀取所有連接點的溫度；

2）精確度高： 紅外測溫儀通常精度都是 1 度以內(nèi)。這種性能在做預防性維護時特別重要，可及時檢測到溫度異常情況，確保安全生產(chǎn)；

3）安全可靠：紅外測溫儀能夠安全地讀取難以接近的或不可到達的目標溫度 ，可以在測溫儀所允許的范圍內(nèi)讀取目標溫度，測量精度不受影響。

4 紅外測溫儀選型

選擇紅外測溫儀可從以下幾個方面考慮：

1）性能指標方面：如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應時間、環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護附件等；

2）測溫范圍：測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標，每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此，被測溫度范圍一定要考慮準確、周全，既不要過窄，也不要過寬。根據(jù)黑體輻射定律，在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化，因此，測溫時應盡量選用短波較好；

3）確定目標尺寸：紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀(輻射比色測溫儀)。對于單色測溫儀，在進行測溫時，被測目標面積應充滿測溫儀視場，被測目標尺寸超過視場大小的50%為最佳；

4）光學分辨率：光學分辨率由測溫儀到目標之間的距離D與測量光斑直徑S之比確定的。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離目標之處，而又要測量小的目標，就應選擇高光學分辨率的測溫儀。光學分辨率越高，即增大D：S比值，測溫儀的成本也越高；

5）波長范圍：目標材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜響應或波長，在高溫區(qū)，測量金屬材料溫度的最佳波長是近紅外，可選用0.18μm～1.0μm波長。其他溫度區(qū)可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長。紅外能量會穿透的材料，如測量玻璃內(nèi)部溫度選用10μm、2.2μm和3.9μm(被測玻璃要很厚，否則會透過)波長；測量玻璃內(nèi)部溫度選用5.0μm波長；測低區(qū)選用8μm～14μm波長為宜；如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長，聚醋類選用4.3μm或7.9μm波長，厚度超過0.4mm選用8μm～14μm波長；如測火焰中的C02用窄帶4.24μm～4.3μm波長，測C0用窄帶4.64μm波長，測N02用4.47μm波長；

6）響應時間：新型紅外測溫儀響應時間可達1ms。對速度很快或測量快速加熱的目標時，易選用快速響應紅外測溫儀，否則達不到足夠的信號響應，從而降低測量精度。對于測量靜止或存在熱慣性目標時，測溫儀的響應時間就可放寬要求。因此，紅外測溫儀響應時間的選擇要和被測目標的情況相適應。

5 安裝示意圖及使用注意事項

5.1 安裝示意圖1

5.2 使用注意事項

1）在裝置停車時，需關(guān)閉紅外測溫儀根部球閥，防止有毒氣體泄漏，造成事故；

2）燃燒爐在初始烘爐階段，工藝系統(tǒng)溫度低于500℃時，該紅外測溫儀沒有指示，所以有工藝介質(zhì)溫度低于500℃時，應以現(xiàn)場熱電偶指示溫度為準。

6 結(jié)論

紅外測溫技術(shù)廣泛應用在石油、化工行業(yè)生產(chǎn)過程測量中，以其響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點在生產(chǎn)裝置產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設(shè)備在線故障診斷和安全保護以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

[1]程玉蘭.紅外診斷實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

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