磁力泵溫度測量的改進(jìn)

俞錢輝

（上海高橋捷派克石化工程建設(shè)有限公司，上海 201507）

0 引言

在化工生產(chǎn)中，一些企業(yè)需要用泵來實(shí)現(xiàn)液體物料傳送，而磁力泵因結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)用的非常廣泛，它把泵軸的旋轉(zhuǎn)部分，葉輪內(nèi)磁轉(zhuǎn)子等封閉在隔離罩內(nèi)，使泵內(nèi)液體與外界完全隔離達(dá)到了無泄漏的目的，磁力泵因其固有的特點(diǎn)，解決了石化企業(yè)液體介質(zhì)傳輸中“跑、冒、滴、漏”等問題，減少了環(huán)境污染，而得到了廣泛應(yīng)用。磁力泵雖然實(shí)現(xiàn)了無泄漏，但它最大缺點(diǎn)就是磁性材料受工作溫度影響，溫度一但過高，磁力傳動(dòng)器（內(nèi)外轉(zhuǎn)子）就可能因高溫退磁失效,為了提高磁力泵安全可靠性，溫度測量顯得尤為重要。

1 磁力泵測溫系統(tǒng)構(gòu)成及熱電偶的原理

磁力泵由泵、磁力傳動(dòng)器、電機(jī)三部分組成.關(guān)鍵部件磁力傳動(dòng)器由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及不導(dǎo)磁的隔離罩組成[1]。磁力泵應(yīng)在規(guī)定的溫度下運(yùn)行，嚴(yán)禁溫度超標(biāo)，在磁力泵隔離罩表面裝設(shè)熱電偶溫度檢測裝置，檢測外轉(zhuǎn)子與隔離罩環(huán)隙區(qū)域溫度，以便在溫度超標(biāo)時(shí)報(bào)警或停機(jī)。磁力泵一般情況下只用于溫度不高于100°C，排出壓力低于1.6MPa的液體物料輸送。

而我們現(xiàn)場用來測溫的熱電偶是一種感溫元件，它測量溫度的基本原理：是由兩種導(dǎo)體（不同成份的材質(zhì)）組成一個(gè)閉合回路，一但它們兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，電流產(chǎn)生后，兩端之間就存在熱電動(dòng)勢。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體，溫度較高的一端作為工作端，溫度較低的一端作為自由端，一般自由端會(huì)處于某個(gè)恒定的溫度下。

1.1 測量溫度系統(tǒng)的工作原理

現(xiàn)場磁力泵的測溫系統(tǒng)由合金絲、熱電芯、與不銹鋼隔離罩，熱偶外殼組成熱電偶測量回路。合金絲一端被焊在不銹鋼隔離罩上，另一端與熱電偶外殼連接起來，整個(gè)隔離罩作為熱偶測量回路組成部分，所以測得是隔離罩上合金絲焊點(diǎn)處的局部溫度。例如：兩種不同的金屬導(dǎo)體A和B接觸時(shí)，有溫差時(shí)，在它們的交界處會(huì)形成電動(dòng)勢，這就是熱電動(dòng)勢，熱電動(dòng)勢的大小與溫度高低有關(guān)，溫度越高，熱電動(dòng)勢越大。

熱電勢等于熱電偶兩接點(diǎn)電勢的代數(shù)和，當(dāng)A、B導(dǎo)體材料確定后，熱電勢就是接電溫度的函數(shù)差。如果一端溫度保持不變，即為常數(shù)；則熱電勢就成為另一端溫度T的單值函數(shù)了。

1.2 現(xiàn)場磁力泵測溫系統(tǒng)構(gòu)成

磁力泵測溫系統(tǒng)傳感部分(如圖二)由內(nèi)外二部分組成：內(nèi)部80mm合金長絲頭部點(diǎn)焊在隔離罩中間表面，合金絲與隔離罩表面之間用絕緣層隔離，合金絲緊密粘貼在隔離罩表面，延伸至A點(diǎn)，合金絲作為熱電偶負(fù)端，不銹鋼隔離罩作為熱電偶正端，外部由溫度變送器與熱電偶組成，熱電偶芯是活動(dòng)的,設(shè)備里面有彈簧和合金絲，由ф12大小的螺紋設(shè)備擰入泵體至A點(diǎn)，依靠彈簧彈力與合金絲連接組成熱電偶負(fù)端，熱電偶外殼也依靠彈簧彈力與隔離罩表面連接組成熱電偶正端，一但這兩部溫度不同，則在回路內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢。而配置的溫度變送器為德國產(chǎn)的隨機(jī)產(chǎn)品,沒有詳細(xì)資料,也不支持HART通訊器，以現(xiàn)有的條件無法判斷熱電偶的分度號(hào)[2]。如圖1、圖2 、圖3所示。

圖1 磁力泵測溫系統(tǒng)的示意圖

圖2 一體化溫度傳感變送器

圖3 磁力泵不銹鋼隔離罩

2 磁力泵測量溫度系統(tǒng)缺陷

本公司的現(xiàn)場裝置是從美國DOW化學(xué)公司引進(jìn)，2006年11月建成投產(chǎn)，目前裝置共有各類型號(hào)磁力泵21臺(tái)，全部為德國制造，溫度測量系統(tǒng)是隨機(jī)設(shè)備，同樣也是德國產(chǎn)品，在日常儀表維護(hù)工作中，磁力泵溫度測量故障較多，表現(xiàn)為：溫度指示與實(shí)際值偏差大，波動(dòng)頻繁，有時(shí)甚至溫度指示超標(biāo)，引起聯(lián)鎖起跳，導(dǎo)致泵無法運(yùn)行，裝置非計(jì)劃停車[3]。對(duì)于這些故障，我們經(jīng)過分析研究，并對(duì)發(fā)生溫度指示故障的泵進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)，引起磁力泵溫度指示不準(zhǔn)的故障原因有以下幾點(diǎn)：

1）溫度變送器老化，穩(wěn)定性變差

磁力泵測溫系統(tǒng)傳感器與溫度變送器系是一體化的，且不支持HART通訊，無法對(duì)其校驗(yàn)檢修，不能用其它獨(dú)立的溫度變送器替代，只能整套更換。

2）隔離罩與外磁轉(zhuǎn)子間內(nèi)有異物

隔離罩與外磁轉(zhuǎn)子間內(nèi)有異物，發(fā)生摩擦造成熱偶絲斷裂，從而引起測量回路斷路.經(jīng)咨詢供應(yīng)商，可以修復(fù)，但需送至德國生產(chǎn)廠修理。

3）接觸點(diǎn)A點(diǎn)部位有垃圾油污粘附

接觸點(diǎn)有垃圾或者油污，使得接觸接觸不良，引起溫度忽上忽下，特別在夏天，會(huì)引起設(shè)備聯(lián)鎖起跳。

4）安裝上的原因

由于外部熱電偶與合金絲連接依靠彈簧彈力，測量設(shè)備擰得過緊或過松，會(huì)引起測量回路開路和測量不準(zhǔn)。

5）泵體本身震動(dòng)，也會(huì)引起接觸不良

泵體本身使用過久會(huì)引起震動(dòng)，使得測量接觸不良，測溫不準(zhǔn)。

由于以上原因的存在，特別在夏季室外環(huán)境溫度可達(dá)40-50°C時(shí)候。而磁力泵溫度控制指標(biāo)：55°C時(shí)候DCS報(bào)警，60°C聯(lián)鎖啟動(dòng)停泵。泵的指示溫度一波動(dòng)，馬上會(huì)引起DCS報(bào)警，直至聯(lián)鎖停泵，對(duì)裝置安全生產(chǎn)帶來了很大的影響，成為夏季生產(chǎn)“老大難”問題。針對(duì)這種情況，經(jīng)過不斷摸索，研究及試驗(yàn)，對(duì)磁力泵溫度測量系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

3 磁力泵溫度測量系統(tǒng)改造

3.1 熱電偶的制作

磁力泵測溫點(diǎn)在隔離罩表面，外磁轉(zhuǎn)子與隔離罩之間間隙，經(jīng)測量只有0.8—1mm，且外磁轉(zhuǎn)子是高速旋轉(zhuǎn)的，現(xiàn)有偏平式及鎧裝式熱偶都無條件安裝，只有自制熱電偶方式來測量隔離罩溫度(放棄以前彈簧式接觸的測量方式)。

熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)（0～100°C）的一對(duì)各自帶有絕緣層的導(dǎo)線，補(bǔ)償導(dǎo)線實(shí)際上就是熱電偶的延長，所以用補(bǔ)償導(dǎo)線來制作熱電偶是一個(gè)可行的辦法[4-5]。

T型（銅，銅鎳）熱電偶是所有廉價(jià)金屬熱電偶精度最高，通常用來測量300°C以下的溫度，.經(jīng)過對(duì)比選擇T型（銅，銅鎳）補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線.型號(hào)為：TXHFF多股線芯，單股線徑為0.2mm來制作分度號(hào)為T型熱電偶。

首先清潔隔離罩表面，用細(xì)砂紙打磨，隨后用單股線徑為0.2mm補(bǔ)償導(dǎo)線正端（銅）和補(bǔ)償導(dǎo)線負(fù)端（銅鎳）分別焊接在隔離罩中間表面作為熱電阻正負(fù)極，為了減少傳熱誤差和滯后，焊接要求接觸良好，牢固，焊接點(diǎn)盡量小。如圖4所示。

圖4 改造后熱電偶實(shí)際圖

把熱偶絲緊密地用專用絕緣膠帶粘在隔離罩表面，延伸至泵體外的儀表接線盒，連接溫度變送器(ROSEMOUNT廠家的248),儀表接線盒內(nèi)長約250mm，正負(fù)偶絲與隔離罩要很好的絕緣，防止短路。如圖5所示。

圖5 改造后磁力泵測溫變送器系統(tǒng)實(shí)際圖

3.2 自制熱電偶標(biāo)定校驗(yàn)

自制熱電偶配套溫度變送器選用本公司廣泛使用ROSEMOUNT 248HAI5NONS溫度變送器。根據(jù)磁力泵運(yùn)行的工況條件，溫度變送器量程設(shè)置0—100°C，分度號(hào)選擇T，標(biāo)定校驗(yàn)設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)精密溫度計(jì)，24V穩(wěn)壓電源，250歐姆標(biāo)準(zhǔn)電阻，HART375通訊器[6]。如圖6所示。

圖6 自制熱電偶校驗(yàn)標(biāo)定示意圖

在不銹鋼隔離罩分別加入冰水和熱水使其溫度恒定在某一值（0°C.10°C.20°C......），觀察記錄標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)溫度指示值及375顯示溫度輸出電流及相對(duì)應(yīng)的溫度，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溫度與被校溫度對(duì)照表

經(jīng)過反復(fù)多次標(biāo)定校驗(yàn)，自制熱電偶反應(yīng)靈敏，穩(wěn)定性好，線性及精度符合裝置使用的技術(shù)指標(biāo)。

3.3 實(shí)際應(yīng)用情況

今年9月改造后的兩臺(tái)磁力泵投入運(yùn)行，經(jīng)受了幾十天的連續(xù)高溫天考驗(yàn)，測溫系統(tǒng)運(yùn)行正常，無一起故障發(fā)生，而其他未改造過測溫系統(tǒng)的磁力泵溫度指示故障頻發(fā)。今后在條件允許的情況下，決定逐步對(duì)裝置所有磁力泵測溫系統(tǒng)進(jìn)行改造。經(jīng)過測算，改造一套磁力泵測溫系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用僅為1800人民幣左右，（ROSEMOUNT 248溫度變送器1800元左右，因自制熱電偶只需少許補(bǔ)償導(dǎo)線，價(jià)格忽略不計(jì)）[7]。相比更換原先的測溫系統(tǒng)每套可以節(jié)約5萬元.而且過去碰到偶絲斷裂等故障時(shí)，由于無備件，往往束手無策，巧婦難為無米之炊，自制熱電偶工藝簡單，價(jià)格低廉，技術(shù)指標(biāo)符合要求，對(duì)進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化具有積極意義，做了一次有意義的嘗試。

4 結(jié)束語

磁力泵測溫系統(tǒng)的改造，由于摒棄了中間彈簧力接觸點(diǎn)測量方式，多年以來困擾磁力泵正常運(yùn)行的“老大難”問題迎刃而解，又可為企業(yè)節(jié)約大量資金，降低生產(chǎn)成本，取得了顯著效果，為今后工作開拓了新思路。□

[1]歷玉鳴.化工儀表及自動(dòng)化.化學(xué)工業(yè)出版社.2007.

[2]李梅喜,徐漢生,童存祥等.檢維修服務(wù)指南.中國石化建安檢維修專業(yè)協(xié)會(huì),中國建筑業(yè)協(xié)會(huì)石化建設(shè)分會(huì)檢維修專業(yè)委員會(huì).2012.

[3]王強(qiáng),史瑞生,孫寶慈等.石油化工職業(yè)技能培訓(xùn)教材.中國石化出版社.2010.

[4]姜仁杰.儀表維修工.化學(xué)工業(yè)出版社.1996.

[5]葉昭駒.化工自動(dòng)化基礎(chǔ).化學(xué)工業(yè)出版社.1984.

[6]陳洪全.儀表工程施工手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社.2005.

[7]蔡夕忠.化工儀表化學(xué)工業(yè)出版社.2004.