多點熱電偶安裝與調(diào)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(lián)合成及精制生產(chǎn)草酸酯,再經(jīng)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(nèi)受到關(guān)注最高的煤制乙二醇技術(shù),加氫反應器在獲得聚酯級乙二醇的極短時間內(nèi)完成升溫及轉(zhuǎn)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(xiàn)場介質(zhì)及加氫反應器內(nèi)溫度及時掌控監(jiān)視。本文主要介紹多點熱電偶的安裝與調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法。
1.引言
　　隨著科學技術(shù)的突飛猛進,生產(chǎn)自動化的水平正在不斷提高。溫度測量是生產(chǎn)過程和科學實驗中最普遍而重要的參數(shù)之一,生產(chǎn)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(chǔ)的測溫儀表,它是由兩種不同的材質(zhì)的導體A和B焊接而成焊接的一端插人被測介質(zhì)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(gòu)成一個測量回路,由于回路兩端溫度不同、熱電偶導體材質(zhì)不同,所以產(chǎn)生電動勢(熱電效應)。所測電壓值經(jīng)過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換為溫度值在DCS系統(tǒng)中進行顯示,便于我們對現(xiàn)場介質(zhì)溫度進行實時監(jiān)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(zhì)在層床底部各分布區(qū)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(nèi)部層床及填料安裝完畢
(2)確定反應器內(nèi)部腳手架搭接完畢。
(3)確定反應器內(nèi)部施工用照明安裝完畢。
(4)依據(jù)22點熱電偶檢測元件分布圖(如圖1)及反應器內(nèi)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(yè)工程師依據(jù)熱電偶檢測元件走向?qū)Ｓ每ㄗ庸潭ㄎ恢眠M行標記,然后由專業(yè)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(shè):根據(jù)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(shè),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(nèi)部垃圾,經(jīng)監(jiān)理、甲方、業(yè)主三方確認合格后,對反應器進行封頂。
　　經(jīng)過以上步驟,熱電偶已經(jīng)安裝完畢,可以接線進行回路調(diào)試。
3.多點熱電偶測原理
　　我們都知道兩個不同材質(zhì)的導體連接,由于兩個導體內(nèi)的自由電子密度不同,所以在節(jié)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(jié)點處形成電位差(節(jié)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(xiàn)場介質(zhì)溫度產(chǎn)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(zhì)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(xiàn)場介質(zhì)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(zhì)和熱電偶材質(zhì)-致,所以a節(jié)點處材質(zhì)相同,此點不會產(chǎn)生電位差(b節(jié)點同a節(jié)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(shù)值(t0是冷端補償溫度為恒定值),那么我們就得到eQ(t)的數(shù)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(zhì)的溫度(其余點測溫原理與Q點一樣)。
4.調(diào)試中常見測量故障及解決方法
　　在設(shè)備投用前要對多點熱電偶進行系統(tǒng)調(diào)試,在系統(tǒng)調(diào)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(jīng)過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)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(tài)。現(xiàn)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(xiàn)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(shè)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(zhì)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(jù)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(jù)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(zhì)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(tài)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(xiàn)場環(huán)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(jù)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(jié)
　　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(shè)備內(nèi)部介質(zhì)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(xiàn)的各種問題。