多點熱電偶安裝與調試

[摘要]永城20萬噸煤制乙二醇項目系以煤為原料,通過氣化、變換、凈化及分離提純后分別得到CO和H2,其中CO通過催化偶聯合成及精制生產草酸酯,再經與H2進行加氫反應并通過精制后獲得聚酯級乙二醇的過程。該工藝流程短，成本低,是目前國內受到關注最高的煤制乙二醇技術,加氫反應器在獲得聚酯級乙二醇的極短時間內完成升溫及轉化等一系列物理和化學過程,其溫度測量、控制尤為重要。加氫反應器具有溫度測點多、密集梯度小的特點,在此工藝條件下，多點熱電偶能夠很好的適用于這種溫度梯度不顯著,且同時測量多個位置或單個位置的多點測量,以便工藝操作人員對現場介質及加氫反應器內溫度及時掌控監視。本文主要介紹多點熱電偶的安裝與調試中出現的問題及解決方法。
1.引言
　　隨著科學技術的突飛猛進,生產自動化的水平正在不斷提高。溫度測量是生產過程和科學實驗中最普遍而重要的參數之一,生產中各種工藝過程都是在一定的溫度下進行的。熱電偶是以熱電效應為基礎的測溫儀表,它是由兩種不同的材質的導體A和B焊接而成焊接的一端插人被測介質中，感受被測溫度,另一端通過補償導線引至控制室與電子電位差計連接構成一個測量回路,由于回路兩端溫度不同、熱電偶導體材質不同,所以產生電動勢(熱電效應)。所測電壓值經過數據處理轉換為溫度值在DCS系統中進行顯示,便于我們對現場介質溫度進行實時監視。
2.多點熱電偶安裝
　　多點熱電偶系高壓22點柔性熱電偶，由22支鎧裝熱電偶元件和1臺接線箱組成,熱電偶型號為K型(鎳鉻鎳硅),此熱電偶是安裝在加氫反應器下反應層床底部,用子測量介質在層床底部各分布區域的溫度,22支熱電偶元件測量點分布情況如圖1所示。
 
安裝步驟如下:
(1)確定加氫反應器內部層床及填料安裝完畢
(2)確定反應器內部腳手架搭接完畢。
(3)確定反應器內部施工用照明安裝完畢。
(4)依據22點熱電偶檢測元件分布圖(如圖1)及反應器內部情況,對此多點熱電偶檢測元件專用卡子進行安裝:首先專業工程師依據熱電偶檢測元件走向對專用卡子固定位置進行標記,然后由專業焊工對卡子進行焊接(氬弧焊)固定并進行防腐處理。
(5)22點熱電偶吊裝及緊固件固定。
(6)22點熱電偶檢測元件敷設:根據每支檢測元件的位號及多點熱電偶檢測點分布圖,運用彎管器對熱電偶檢測元件進行敷設,最終固定在事先焊接好的專用卡子上。.
(7)拆卸腳手架及臨時照明.并清理反應器內部垃圾,經監理、甲方、業主三方確認合格后,對反應器進行封頂。
　　經過以上步驟,熱電偶已經安裝完畢,可以接線進行回路調試。
3.多點熱電偶測原理
　　我們都知道兩個不同材質的導體連接,由于兩個導體內的自由電子密度不同,所以在節點處高密度的自由電子會向低密度自由電子導體擴散,最終在節點處形成電位差(節點溫度不同電位差也不同),而熱電偶就是基于此種原理制作而成,用于測量現場介質溫度產生電位差。因此熱電偶回路形成電位差是有條件的:(1)必須是閉合的回路;(2)兩個連接的熱偶絲材質不同;(3)兩個接點溫度不同。下面我們對多點熱電偶測量溫度的原理進行分析(以Q點熱偶為例如圖2):
　　其中t是現場介質溫度,tl是a點和b點接線端子溫度,t0是控制室熱電偶冷端補償溫度,補償導線是熱電偶的延伸,其材質和熱電偶材質-致,所以a節點處材質相同,此點不會產生電位差(b節點同a節點),那么Q點所形成的電動勢為eQ,Q1點所形成的電動勢為eQ1(t0),點和b點電動勢為0,那么電位差計Q1所測電動勢為:EQ1(t,t0)=eQ(t)-eQ1(t0),即eQ(t)=EQ1(t,t0)+eQ1(t0),其中EQ1(t,t0)為電位差計Q1電動勢，另外可以通過熱電偶分度表查出eQ1(t0)的數值(t0是冷端補償溫度為恒定值),那么我們就得到eQ(t)的數值,然后通過熱電偶分度表查出其所對應的溫度值,這樣我們就得到了Q點介質的溫度(其余點測溫原理與Q點一樣)。
4.調試中常見測量故障及解決方法
　　在設備投用前要對多點熱電偶進行系統調試,在系統調試過程中，如果遇到DCS溫度顯示中其中一支熱電偶的測量溫度比實際溫度偏低,首先應考慮接線是否正確。經過現場檢查發現僅熱電偶端補償導線正負極接反,然后將補償導線正確連接,從而消除儀表故障狀態。現在讓我們來具體分析以下補償導線在熱電偶端反接為什么會出現DCS溫度顯示偏低的情況。
　　圖為A點一支熱電偶檢測回路圖,我們假設其補償導線僅在熱電偶端反接。由于此熱電偶為K型熱電偶,所以其熱電偶絲和補償導線材質為鎳鉻~鎳硅,其中鎳鉻材料制作而成的導體為正極,鎳硅材料制作而成的導體為負極,根據以上回路我們可以將回路圖修改為標準電路回路圖(如圖1所示).E,(t)是A點電動勢;ea(t1)是熱電偶接線端子a點電動勢;E(t,t0)是回路總電動勢eA1(t0)是冷端補償電動勢;e(t1)是熱電偶接線端子b點電動勢;那么我們可以根據圖4得出E(t,t0)=ea(t1)+eb(t1)-eA,(t)-eA1(t0),由于a點和b點溫度相同且連接導體材質相同,我們可以得出ea(t1)=eb(t1),那么可以得到E(t,t0)=2ea(t1)-eA(t)-eA1(t0),即eA(t)=2ea(t1)-E(t,t0)-eA1{(t0)①;而DCS組態時eA(t)=E(t,t0)+eA1(t0)②,那么②-①=2E(t,t0)+2eA1(t0)-2ea(t1),其中①式溫度為熱電偶實際檢測溫度,②式溫度為DCS顯示溫度,我們知道反應器在投用時一般溫度在200度至300度之間，即200<t<300,而t1是現場環境溫度(此表投用時是在10月份,當時溫度大約為17度左右),是控制室溫度保持在25度(即t=25度),那么我們根據以上公式可以得出E(t,t0)遠遠小于0mv,而2eA1(5)--2ea(t1)略大于0mv,所以我們可以得出②-①=2E(t,t0)+2eA1(t0)-2ea(t1)<0(比0mv小很多)這樣我們可以確認補償導線在熱電偶端反接會造成指示值偏低。
5.總結
　　高壓22點柔性熱電偶在原理上是22支單支熱電偶的組合形式，它們都是基于熱電效應這一-原理制作而成。對于測量塔、罐、容器等大型靜設備內部介質反應溫度,多點熱電偶安裝相對來說比較方便。在工作中遇到的熱電偶故障問題多種多樣,但是解決分析問題的方法大致相同,通過此次熱電偶故障分析,能夠加深我們對熱電偶的深人了解,并運用科學方法及時解決其出現的各種問題。