工業(yè)爐上熱電偶的不當(dāng)使用

摘要:通過6個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場故障實(shí)例,說明了工業(yè)爐上應(yīng)用的熱電偶不當(dāng)使用引發(fā)的設(shè)備運(yùn)行故障和生產(chǎn)事故。分析了事故產(chǎn)生的原因。指出了為了避免同類生產(chǎn)和設(shè)備事故應(yīng)該采取的關(guān)于工業(yè)爐上熱電偶的配置、運(yùn)行操作方式的12個(gè)要點(diǎn)以及相關(guān)的技術(shù)措施。
　　熱電偶的準(zhǔn)確、規(guī)范化使用是保障測溫設(shè)備正常運(yùn)行，從而在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)的關(guān)鍵。工業(yè)爐作業(yè)現(xiàn)場常見熱電偶作為測溫器件與計(jì)量控制儀表配置、使用不當(dāng),造成設(shè)備運(yùn)行故障甚至釀成生產(chǎn)事故。這些故障和事故影響熱加工生產(chǎn)的進(jìn)程和作業(yè)效率，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降,甚至造成電爐設(shè)備的損壞。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),記錄了一些因熱電偶配置或使用不當(dāng)引發(fā)的典型工業(yè)電爐故障,并加以分析和討論,供從業(yè)人員參考。
　　在以下的例子分析中，均假定電爐的供電電源電爐爐體指示控制儀表及熱電偶本體為完好無故障狀態(tài)。
1測溫范圍與測溫線性度的矛盾
1.1故障實(shí)例1
　　熱加工車間新裝1600℃高溫電阻爐試車,按照新砌爐體的烘爐規(guī)程進(jìn)行烘爐，烘爐過程中出現(xiàn)爐體坍陷事故。
1.2故障現(xiàn)場處理及原因分析
(1)處理方法
　　熱電偶及顯示儀表在裝爐前均進(jìn)行了規(guī)范校正和標(biāo)定,安裝也符合操作施工規(guī)程。本設(shè)備配置的熱電偶為鉑銠30-鉑6。重新修爐,在烘爐低溫階段(1000℃及以下)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶作為測溫元件,這里對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線也做了相應(yīng)調(diào)整和標(biāo)定處理。烘爐至1000℃以上時(shí)采用原配置鉑銠30-鉑熱電偶測溫。設(shè)備正常交接,運(yùn)行平穩(wěn)。
(2)原因分析
　　不同熱電偶的測溫范圍和在不同溫度下的線性度不同，。作為鉑銠30-鉑6熱電偶,其高溫區(qū)域的測量精度好但在低溫范圍線性度差、電勢低。該事故中,烘爐期間要求溫度緩慢上升,尤其在低溫段需要在不同的溫度值下保溫以滿足爐體排濕及墻體膨脹要求。鉑銠30-鉑6熱電偶在此溫度區(qū)不能滿足烘爐的工藝要求,導(dǎo)致烘爐溫度控制失敗。鎳鉻-鎳硅熱電偶在1000℃以下恰好彌補(bǔ)了鉑銠30-鉑6熱電偶的缺點(diǎn),適合臺(tái)階式的低溫測量控制。鎳鉻_鎳硅熱電偶的最高測量溫度是1370℃，顯然不適合作為本例中電爐的工作測溫元件。
1.3故障1揭示的要點(diǎn)
要點(diǎn)1:不同的熱電偶特性不同，使用的場合也不一樣。
要點(diǎn)2:新裝高溫爐在烘爐階段要制定專門的溫控措施,必要時(shí)需要采用烘爐用溫控器件。
要點(diǎn)3:測溫范圍、線性度和熱電勢漂移影響熱電偶的應(yīng)用。
2熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的配套
2.1故障實(shí)例2
　　金屬加工1300℃高溫電阻爐修后試運(yùn)行,出現(xiàn)在高溫區(qū)實(shí)際溫度1000℃以上時(shí)，儀表指示溫度誤差大。實(shí)際溫度800℃及以下時(shí)儀表顯示溫度數(shù)值也正向偏大。
2.2故障現(xiàn)場處理及原因分析
(1)處理方法
　　此處熱電偶、顯示儀表均經(jīng)過規(guī)范的校正、標(biāo)定，安裝程序也正常。本例中電爐上采用的熱電偶是鉑銠10-鉑。將儀表顯示的溫度值保持在爐溫800℃,用毫伏計(jì)測量指示器輸入端電壓毫伏值和熱電偶的輸出端電壓毫伏值，確認(rèn)指示儀表雖然與800℃溫度示值一致,但是,對(duì)照分度表確認(rèn)與鉑銠10-鉑熱電偶的分度值累加冷端溫度校正后的理論毫伏值相差較大。檢查熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)其材質(zhì)是“銅-康銅”;這類補(bǔ)償導(dǎo)線適用于“鎳鉻-鎳硅”熱電偶。而“鉑銠10-鉑”熱電偶應(yīng)該采用“銅-銅鎳”補(bǔ)償導(dǎo)線。更.換“銅-銅鎳"補(bǔ)償導(dǎo)線后,故障排除。
(2)原因分析
　　現(xiàn)場安裝中沒有遵守補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的配套導(dǎo)致故障。熱電偶的測溫原理建立在冷端溫度恒定的基礎(chǔ)之上。熱電偶的負(fù)極應(yīng)設(shè)置在溫度恒定的區(qū)域,再通過一定的溫度補(bǔ)償達(dá)到計(jì)量準(zhǔn)確的目的;這類溫度補(bǔ)償即冷端補(bǔ)償。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用不是補(bǔ)償冷端的電勢;為使熱電偶測溫電極的冷端溫度恒定，必須將電極延長;但是熱電偶的電極均為貴重金屬，如本例中的鉑銠10-鉑熱電偶，將其電極延長會(huì)增加設(shè)備的投資成本。所以，通常的做法是用在常溫下(0~100℃)與熱電偶電極材料熱電特性相近的金屬導(dǎo)線將熱電極的冷端延伸到遠(yuǎn)離熱源、溫度穩(wěn)定的區(qū)域,這種材料的導(dǎo)線稱為延長導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線,顯然,補(bǔ)償導(dǎo)線的功能在于“補(bǔ)償熱電極長度的不足”。按照補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電極熱電特性在常溫下相近的思路,補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶是配套使用的。
2.3故障2揭示的要點(diǎn)
要點(diǎn)4:熱電偶工作時(shí)應(yīng)配置補(bǔ)償導(dǎo)線,補(bǔ)償導(dǎo)線僅起到延長電極的作用，其長度在熱電偶允許裝置的距離內(nèi)不影響計(jì)量效果(因?yàn)闊犭妱輧H與材料有關(guān))。
要點(diǎn)5:補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)與所采用熱電偶配套使用。
要點(diǎn)6:補(bǔ)償導(dǎo)線的最佳工況在0~100C。
2.4與故障2相關(guān)的技術(shù)措施
　　熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線配套對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。表1選自文獻(xiàn)[1]和GB/T4889-1994中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線》。補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣著色及護(hù)套著色也可以采用IEC--584--3推薦的標(biāo)準(zhǔn),可查閱GB/T4889--1994的附表。熱電偶的分度值查閱常用手冊可得到。
 
3熱電偶的正負(fù)極錯(cuò)用
3.1故障實(shí)例3
　　對(duì)一電阻爐進(jìn)行儀表的周期檢定,合格繼續(xù)原位置使用,重裝后試車,測溫系統(tǒng)不能正常運(yùn)行,沒有溫度顯示。
3.2故障現(xiàn)場處理及原因分析
(1)處理方法
　　這樣的設(shè)備故障問題主要要從設(shè)備安裝的角度找原因。現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)指示儀表的指針呈反向偏轉(zhuǎn),這說明傳感器和指示儀的線路連接暢通。毫伏表分別測熱電偶輸出端和儀表的輸入端,確認(rèn)熱電偶為正負(fù)極與儀表反接,對(duì)調(diào)連接線后溫度出現(xiàn),又發(fā)現(xiàn)溫度指示值小于爐內(nèi)實(shí)際溫度值，排除熱電偶冷端補(bǔ)償以及零點(diǎn)校正可能存在的問題，確定為熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線也為正負(fù)極反接,調(diào)整接法，電爐溫控系統(tǒng)恢復(fù)正常。
(2)原因分析
　　熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線工作原理在于不同的金屬在相同的溫差下產(chǎn)生不同電勢。因而熱電偶和配套的補(bǔ)償導(dǎo)線相對(duì)輸出端具有正負(fù)極性。極性接反就會(huì)造成儀表顯示錯(cuò)誤。本例中熱電偶的極性錯(cuò)誤使儀表反轉(zhuǎn),表現(xiàn)為溫度不顯示;在第一次調(diào)整后,沒有同時(shí)調(diào)整配套的補(bǔ)償導(dǎo)線的極性,導(dǎo)致電勢反向疊加,儀表指示溫度小于實(shí)際溫度。
3.3故障3揭示的要點(diǎn)
要點(diǎn)7:熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線均有極性,不能接反。
要點(diǎn)8:補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶的極性應(yīng)對(duì)應(yīng)--致。
要點(diǎn)9:進(jìn)行熱電偶校驗(yàn)時(shí)最好和現(xiàn)場配套的補(bǔ)償導(dǎo)線一并校驗(yàn)。
4熱電偶的安裝不當(dāng)
4.1故障實(shí)例4
　　某工業(yè)爐更換熱電偶后溫度指示值明顯較實(shí)際值低。
(1)故障現(xiàn)場處理
　　熱電偶本體正常。查看維護(hù)記錄和設(shè)備說明書發(fā)現(xiàn)原熱電偶為1.3m,更換的熱電偶雖然金屬體一致,但長度為600mm,更換為同型號(hào)熱電偶,故障排除。
(2)故障原因分析
　　熱電偶深入爐體長度不夠,不能有效測溫。
4.2故障實(shí)例5
　　電阻爐儀表校驗(yàn)后，熱電偶原位安裝,但測溫偏低,尤其在升溫階段溫度偏差更明顯。
(1)故障現(xiàn)場處理
　　對(duì)熱電偶安裝孔進(jìn)行巖棉保溫處理,故障排除。
(2)故障原因分析
　　熱電偶重裝后，安裝孔沒有保溫措施,造成局部空氣對(duì)流,影響測溫效果。
4.3故障實(shí)例6
新裝電爐,溫度指示忽高忽低,波動(dòng)較大。
(1)故障現(xiàn)場處理
　　現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)溫度儀表指針的波動(dòng)與電爐的加熱電流變化一致。確認(rèn)現(xiàn)場補(bǔ)償導(dǎo)線與主電源線捆扎在一起敷設(shè)，將補(bǔ)償導(dǎo)線.儀表連接線分別單獨(dú)敷設(shè),并與主電源線進(jìn)行隔離，故障排除。
(2)故障原因分析
溫度測量信號(hào)線受到電磁干擾。
4.4故障揭示的要點(diǎn)
要點(diǎn)10:熱電偶長度要滿足要求，深入被測溫度區(qū)。
要點(diǎn)11:熱電偶安裝孔不能過大,裝入熱電偶后要做保溫措施。
要點(diǎn)12:熱電偶及儀表信號(hào)線不得與高電壓電源線同管或接近敷設(shè),避免電磁干擾。
5結(jié)語
　　因熱電偶的配置、運(yùn)行方式不當(dāng)引起設(shè)備不能正常工作、影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題在熱加工生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)。在熱電偶的使用維護(hù)中,應(yīng)當(dāng)以規(guī)范化的作業(yè)手段進(jìn)行安裝和運(yùn)行工作。熱電偶配置運(yùn)行方式的規(guī)范化是工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行中的一項(xiàng)重要課題，需要從業(yè)人員在實(shí)踐中結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行不斷完善,從而避免設(shè)備和生產(chǎn)事故的發(fā)生。