提高玉鋼高爐熱風測溫熱電偶使用壽命方法

摘要：通過對玉鋼高爐熱風總管中的管道熱風流體的雷諾指數(shù)(Re)計算分析,確定熱風總管的熱風為紊流流體,測量管道中的熱風溫度時,可采用淺插式熱電偶安裝方式進行熱風溫度的測量,熱電偶使用壽命得到明顯提高。
1前言
　　高爐熱風爐的作用是為高爐持續(xù)不斷的提供1000℃以上的高溫熱風，熱風溫度是煉鐵工藝中的一項關鍵參數(shù)。在熱風爐與高爐連接總管.上安裝兩套鉑銠10-鉑熱電偶測溫裝置進行熱風溫度測量，兩套測溫裝置互為備用。在高爐熱風高溫、高壓和高流速環(huán)境條件下，熱電偶存在使用壽命短，更換成本高(需停風造成工藝中斷)，容易發(fā)生泄漏等問題，熱電偶平均壽命只有1~2個月。為此玉鋼對高爐熱風溫度測量用熱電偶(WRP--130,鉑銠10-鉑,L=1.1m)進行了改進，縮短熱電偶長度，采用淺插式熱電偶安裝方式，使熱電偶使用壽命達到5個月以上。
2基本概況
　　玉鋼煉鐵高爐有效容積1080m³,熱風總管長度60m，正常情況下熱風溫度1100℃，熱風流速3312m/min,熱風流量2600Nm³/min，熱風壓力0.28MPa。
　　熱風總管外徑2.2m，由外而內(nèi)鋪砌針剌纖維毯(保溫層)、輕質磚(保溫層)、高鋁磚(耐火層),耐火保溫層總厚度0.6m,流通直徑1.0m(半徑0.5.m)，如圖1所示。
 
　　熱風溫度測量方法改進前熱電偶(WRP-130,鉑銠10-鉑)長度1.1m,插人管徑中心點，直接測.量熱風總管中心溫度，與熱風接觸長度0.5m。插人熱電偶受高溫、高壓、高流速的熱風不斷沖刷著，使熱電偶保護套管在熱風作用下空隙率逐步增大，很快就失去熱電偶保護套管的保護作用，高溫氣體滲透到了保護套管內(nèi)部，鉑銠鉑熱電偶的偶絲在高溫、高壓和有害介質條件下工作，很快會變脆、損壞，平均壽命只有1~2個月。針對測量環(huán)境惡劣，檢測元件易損、故障率高、使用壽命短等問題，同時也為了減小保護套管對流體的阻力和防止保護套在流體用下發(fā)生斷裂，償試了淺插式熱電偶安裝方式，減少熱電偶與熱風的接觸長度，從而減小了熱電偶與熱風的接觸面積，使熱電偶壽命得到了提高。
　　工藝流程及熱風溫度檢測點如圖2所示:
 
3提高玉鋼高爐熱風溫度測量熱電偶壽命的方法
　　基于熱電偶的損壞原因，為提高使用壽命，首先可以選用好的保護套管，比如高純氧化鋁(耐溫:1800℃)或氧化鎂(耐溫:2000℃)保護套管等，但成本高，其次可以減小熱電偶與熱風的接觸面積，即采用，縮短熱電偶長度，既節(jié)約成本(可降低每支熱電偶的購買成本)，又簡單易行。但縮短了長度檢測端不能到達工藝管道中心線，是否會影響測量的準確度是該方法是否可行的關鍵。
3.1淺插式熱電偶安裝方式的理論依據(jù)
　　理論上，流體在管道中沿直徑方向的溫度場是隨著流體流速不同而改變的。當流體的流速較低、雷諾指數(shù)(Re)低于臨界值(2200)時，流體的流動為層流狀態(tài)。管道內(nèi)的流體流速以管道中心為最高，離開中心線后流速會很快的降低并沿管道直徑方向呈拋物線形變化。而管道截面上的溫度分布情況與流速分布情況相似，也是管道中心溫度最高，越接近管壁，溫度就越低。其溫度場也類似拋物線形，如圖3中的(a)所示。因此，在層流流體的管道中測量溫度時，必須將熱電偶的熱點準確安置在管道中心。
 
　　當管道中的流體流速較高、其雷諾指數(shù)超過臨界值時，流體的流動為紊流狀態(tài)。這時，管道內(nèi)流體分子相互作用加強，以至只有緊靠管壁的一薄層流體還保持著層流特性。流體大部分截面上的流速幾乎是相同的，而管道內(nèi)溫度場的情況也類似，如圖五中的(b)所示。因此，在紊流流體的管道中測量溫度時，只需將熱電偶的熱點插人流體的等溫區(qū)就可以準確地測量出流體的溫度，而插人深度完全無需達到管道的中心。
公式(1)為雷諾數(shù)計算公式2。
Re=0.354Q/(V·D).....(1)
式中Q----體積流量,Nm³/h;
運動粘度固，Nm²/s(熱風:14.5x10^-6Nm²/s)
D---管道內(nèi)徑，mm;
　　正常生產(chǎn)時，玉鋼煉鐵高爐熱風總管熱風基本參數(shù)為:體積流量Q----600Nm³/min(156000Nm³/h),流通直徑D----1000mm,代人公式(1)，計算得雷諾數(shù)為3.81x106。
　　高爐慢風時，玉鋼熱風基本參數(shù)為:體積流量一1560Nm³/min(93600Nm2/h),流通直徑----1000mm,代人公式(1),計算得雷諾數(shù)為2.28x106。
　　根據(jù)計算結果，玉鋼煉鐵高爐熱風總管雷諾數(shù)遠遠高于臨界值(2200)，流體的流動為紊流狀態(tài)。因此，理論上，只需將熱電偶的熱點插人流體的等溫區(qū)就可以準確地測量出流體的溫度，而插人深度完全無需達到管道的中心。
3.2淺插式熱電偶安裝方式的實驗驗證
　　為確定準確可靠的熱電偶測溫插人長度，選取長度為0.7m和0.8m兩種熱電偶與長度1.1m熱電偶進行比較，如圖1中所示的測溫點(風溫1,風溫2)進行實驗。
　　首先在正常生產(chǎn)時，風溫1用1.1m熱電偶測溫，風溫2用0.7m熱電偶測溫。溫度測量實驗結果如表1所示。
 
　　在高爐生產(chǎn)不順而慢風時，進行了同樣的測溫實驗，其結果見表2。
　　從表1、表2的實驗結果可看出，正常生產(chǎn)時,1.1m熱電偶的測溫結果與0.7m熱電偶的測溫幾乎相同，但在高爐生產(chǎn)不順而慢風時，0.7m熱電偶在慢風狀態(tài)下測量溫度有一-定的誤差。為此更換成0.8m熱電偶，在風溫1用1.1m熱電偶，風溫2用0.8m熱電偶進行測溫實驗，其實驗結果如表3所示。
 
　　從表3可看出，用0.8m熱電偶的測溫結果與用1.1m熱電偶測溫的結果無差別。因此，選用0.8m.熱電偶進行測溫，在現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝情況下，對于直徑為2.2m(流通直徑1.0m)的熱風總管來說，可滿足正常生產(chǎn)送風或非正常生產(chǎn)(慢風)狀態(tài)下的測溫要求，即可認為0.8m長度的熱電偶插人深度已經(jīng)達到了管道熱風流體的等溫區(qū)。
　　根據(jù)上述理論分析和試驗結果，可以看出:玉鋼煉鐵高爐熱風總管的熱風為紊流流體，對管道中的熱風測量溫度時，熱電偶的插人深度選擇在0.8m可以準確地測量出熱風的溫度。
4淺插式熱電偶安裝方式的使用壽命
　　玉鋼煉鐵高爐熱風總管的熱風溫度測量熱電偶的插人深度由原來1.1m改成了0.8m，總長縮短了0.3m,試用后，熱電偶的使用壽命得到了明顯提高。以一年為統(tǒng)計周期對風溫2使用1.1m和0.8m熱電偶測量熱風溫度使用壽命進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果如表4和表5所示(風溫1與風溫2相同)。
 
　　如表4，表5所示，改進后熱電偶的使用壽命由1~2個月提高到了5~6個月。取得了明顯效果。并且選用0.8m熱電偶進行熱風溫度的測量，熱電偶購買成本每支可降低約3100.00元人民幣。
5結束語
1)玉鋼煉鐵高爐熱風總管的熱風為素流流體，對管道中的熱風測量溫度時，可采用淺插式熱電偶安裝方式。熱電偶的插人深度選擇在0.8m可以準確地測量出熱風的溫度。
2)采用淺插式熱電偶安裝方式，熱電偶使用壽命得到明顯提高，其平均壽命由原來的1~2個月提高到了5~6個月。解決了熱電偶使用壽命短，更換成本高，容易發(fā)生泄漏而沒有安全生產(chǎn)保障的問題。
3)采用淺插式熱電偶安裝方式，不僅提高了熱電偶的使用壽命，而且降低了熱電偶購買成本，從而達到降低維護費用，節(jié)能降耗，穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、安全生產(chǎn)的目的。