XDB-WRKK-A新型表面測(cè)溫?zé)犭娕荚跉饣癄t的應(yīng)用

劉洪波

（大慶石化公司 化工二廠，大慶163714）

氣化爐是合成氣裝置的關(guān)鍵設(shè)備，爐內(nèi)氣化反應(yīng)劇烈，溫度可高達(dá)1350℃，壓力4.0 MPa，若爐膛內(nèi)部襯磚發(fā)生脫落，則有極大的安全隱患。因此需對(duì)整個(gè)氣化爐外壁進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，爐膛內(nèi)局部襯磚一旦脫落，對(duì)應(yīng)爐壁部分的溫度就會(huì)升高，系統(tǒng)會(huì)給出指示并報(bào)警，及時(shí)提醒操作人員采取相應(yīng)的措施，從而可以有效地避免事故的發(fā)生。

1 原測(cè)溫系統(tǒng)問題

原表面測(cè)溫系統(tǒng)是WALTER KIDDE公司的產(chǎn)品，由負(fù)阻值特性熱電阻通過溫度變送器接入DCS組成表面測(cè)溫系統(tǒng)。其一次元件是具有負(fù)阻值特性的熱敏電阻，通過其阻值的改變來檢測(cè)溫度變化。隨著溫度的升高，熱敏電阻的阻值劇烈下降，再通過溫度變送器轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號(hào)送至DCS指示并報(bào)警。它分別顯示氣化爐表面8個(gè)區(qū)域的最高溫度，該系統(tǒng)自1986年合成氣裝置開工投用至2015年，運(yùn)行時(shí)間29年。經(jīng)過多年的運(yùn)行，系統(tǒng)的使用性能逐漸下降，調(diào)校困難，投用時(shí)造成的指示誤差較大。如表1所示，2013年檢修投用后偏差達(dá)100℃，已無法為工藝提供準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，給氣化爐的安全運(yùn)行帶來極大的隱患。此外，所用的傳統(tǒng)表面熱電偶測(cè)溫，無法全面測(cè)量燃燒室表面溫度，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)，監(jiān)測(cè)氣化爐表面過熱情況可靠性差。

表1 原測(cè)溫系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)Tab.1 Original temperature monitoring system related data

2 改造方案確定

溫度檢測(cè)根據(jù)測(cè)量時(shí)傳感器是否與設(shè)備接觸，有接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫之分[1]。就氣化爐爐壁的表面測(cè)溫系統(tǒng)而言，接觸式測(cè)溫主要有傳統(tǒng)的表面熱電偶和氣化爐表面電纜測(cè)溫2種；非接觸式測(cè)溫有輻射溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色高溫計(jì)和紅外線測(cè)溫儀[2]。

根據(jù)目前測(cè)溫系統(tǒng)運(yùn)行的狀況及存在的問題，改造方案在表面電纜測(cè)溫和紅外線熱像儀2個(gè)方案中選擇。紅外線熱像儀，利用紅外輻射測(cè)量?jī)x器測(cè)量氣化爐爐壁向周圍空間發(fā)出的紅外輻射能力，根據(jù)所測(cè)量能量的高低來確定氣化爐外殼的表面溫度。熱像儀檢測(cè)角度要求嚴(yán)格，與測(cè)量爐壁之間不能有遮擋等諸多限制，加之東北地區(qū)冬季極端氣溫較低，這些因素都將導(dǎo)致其測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定[3]。測(cè)溫電纜與普通熱電偶的不同之處在于熱接點(diǎn)不固定，始終與電纜上的最高溫度相對(duì)應(yīng)，能夠及時(shí)對(duì)氣化爐爐壁超溫進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，成本較低[4]。

綜合上述諸多因素，本次改造選用XDB-WRKKA型表面測(cè)溫?zé)犭娕?。該熱電偶具有以下特點(diǎn)：①熱電偶分度號(hào)為K型，自身產(chǎn)生毫伏級(jí)信號(hào)，無須外接電源；②熱電偶外表材料為Inconel 600鎳基合金，具有耐高溫、抗物理磨損和化學(xué)腐蝕的特性；③XDB-WRKK-A新型表面測(cè)溫?zé)犭娕际翘貏e設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的，日常使用中在150～425℃溫度下?lián)碛凶畲笫褂脡勖?；④相比原測(cè)溫系統(tǒng)，新系統(tǒng)的設(shè)備組成簡(jiǎn)單，僅有一次元件和隔離安全柵，與原溫度變送器相比均為可靠使用周期長(zhǎng)的設(shè)備。

3 新測(cè)溫系統(tǒng)

3.1 工作原理

XDB-WRKK-A新型表面測(cè)溫?zé)犭娕急环Q為表面測(cè)溫電纜，又稱“連續(xù)”熱電偶或“尋熱”熱電偶，它利用熱電效應(yīng)原理，連續(xù)產(chǎn)生與其長(zhǎng)度所及范圍內(nèi)之最高溫度相對(duì)應(yīng)的毫伏級(jí)信號(hào)。與普通熱電偶不同，表面測(cè)溫?zé)犭娕嫉臒峤狱c(diǎn)不固定，但始終與線纜上的最高溫度點(diǎn)相對(duì)應(yīng)[5]。其測(cè)溫原理如圖1所示。

圖1 XDB-WRKK-A新型測(cè)溫?zé)犭娕荚鞦ig.1 Principle of XDB-WRKK-A new temperature measuring thermocouple

當(dāng)XDB-WRKK-A線纜上任何一點(diǎn)T1的溫度高于其他部分時(shí)，該處熱電偶導(dǎo)線之間的絕緣電阻R降低，導(dǎo)致出現(xiàn)“臨時(shí)”熱電偶接頭，其作用與常規(guī)單接點(diǎn)熱電偶接頭相同。當(dāng)線纜上另外一點(diǎn)T2的溫度高于T1點(diǎn)時(shí)，該處熱電偶導(dǎo)線之間的絕緣電阻會(huì)變得低于T1點(diǎn)的電阻，導(dǎo)致出現(xiàn)新的“臨時(shí)”熱電偶接頭。表面熱電偶產(chǎn)生毫伏級(jí)信號(hào)，接入DCS進(jìn)行指示并報(bào)警。

3.2 系統(tǒng)組成

2015年7月公司對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行了更新。更新后的氣化爐表面測(cè)溫系統(tǒng)，由8個(gè)XDB-WRKK-A表面測(cè)溫?zé)犭娕己?個(gè)MTL5081隔離安全柵組成。其中，XDB-WRKK-A的分度號(hào)為K型，通過MTL5081隔離安全柵接入DCS組成新的測(cè)溫系統(tǒng)，分別顯示氣化爐表面8個(gè)區(qū)域的最高溫度，溫度測(cè)量范圍為150～350℃。8個(gè)熱電偶中，長(zhǎng)度24 m的3條，長(zhǎng)度30 m的5條。TI-4114-1回路的連接如圖2所示。

圖2 TI-4114-1回路Fig.2 TI-4114-1 loop

圖2中，S為熱電偶的起始端即START端；E為熱電偶的末端即END端；補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)為KX HFP 2×0.8，高溫型耐溫260℃。S端和E端與高溫型補(bǔ)償導(dǎo)線通過圖3所示的高溫陶瓷插件相連接。高溫陶瓷插件具有高溫絕緣性，既能夠保護(hù)電纜，又能夠確保信號(hào)的傳輸，對(duì)比原系統(tǒng)采用的金屬連接插件，解決了其絕緣性不佳的問題。

圖3 高溫陶瓷插件Fig.3 High temperature ceramic insert

S端和E端的補(bǔ)償導(dǎo)線在接線箱內(nèi)用壓線端子并聯(lián)后，再通過普通型補(bǔ)償導(dǎo)線連接至控制室的安全柵柜。普通型補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)為KCBR-GS-2×1.5。因XDB-WRKK-A表面測(cè)溫?zé)犭娕嫉碾娮杓s為1 MΩ，而HONEYWELL公司DCS系統(tǒng)TPS的FTA卡輸入電阻不能大于1000 Ω。為此，通過MTL5081隔離安全柵將電阻降至60 Ω后，再接入DCS，構(gòu)成一測(cè)溫回路。氣化爐表面測(cè)溫系統(tǒng)的8個(gè)溫度回路均按圖2所示接線。

3.3 應(yīng)用效果

新系統(tǒng)投用后，經(jīng)過一段時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，該系統(tǒng)運(yùn)行指示準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠確保氣化爐安全運(yùn)行。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 新測(cè)溫系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.2 New temperature measurement system monitoring data

4 結(jié)語

系統(tǒng)改造后運(yùn)行至今已超過一年。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，新型表面測(cè)溫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，指示精確，能夠?yàn)楣に囂峁?zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，保證了氣化爐的安全運(yùn)行，進(jìn)而保證合成氣裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)；運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)故障率低，與原系統(tǒng)相比，每年可節(jié)省材料費(fèi)及維修費(fèi)約10萬元，員工的勞動(dòng)強(qiáng)度隨也之大幅度降低；系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，改造成本較低。系統(tǒng)改造升級(jí)的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于同類裝置具有借鑒意義。

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