多点热电偶安装与调试

[摘要]永城20万吨煤制乙二醇项目系以煤为原料,通过气化、变换、净化及分离提纯后分别得到CO和H2,其中CO通过催化偶联合成及精制生产草酸酯,再经与H2进行加氢反应并通过精制后获得聚酯级乙二醇的过程。该工艺流程短，成本低,是目前国内受到关注最高的煤制乙二醇技术,加氢反应器在获得聚酯级乙二醇的极短时间内完成升温及转化等一系列物理和化学过程,其温度测量、控制尤为重要。加氢反应器具有温度测点多、密集梯度小的特点,在此工艺条件下，多点热电偶能够很好的适用于这种温度梯度不显著,且同时测量多个位置或单个位置的多点测量,以便工艺操作人员对现场介质及加氢反应器内温度及时掌控监视。本文主要介绍多点热电偶的安装与调试中出现的问题及解决方法。
1.引言
　　随着科学技术的突飞猛进,生产自动化的水平正在不断提高。温度测量是生产过程和科学实验中最普遍而重要的参数之一,生产中各种工艺过程都是在一定的温度下进行的。热电偶是以热电效应为基础的测温仪表,它是由两种不同的材质的导体A和B焊接而成焊接的一端插人被测介质中，感受被测温度,另一端通过补偿导线引至控制室与电子电位差计连接构成一个测量回路,由于回路两端温度不同、热电偶导体材质不同,所以产生电动势(热电效应)。所测电压值经过数据处理转换为温度值在DCS系统中进行显示,便于我们对现场介质温度进行实时监视。
2.多点热电偶安装
　　多点热电偶系高压22点柔性热电偶，由22支铠装热电偶元件和1台接线箱组成,热电偶型号为K型(镍铬镍硅),此热电偶是安装在加氢反应器下反应层床底部,用子测量介质在层床底部各分布区域的温度,22支热电偶元件测量点分布情况如图1所示。
 
安装步骤如下:
(1)确定加氢反应器内部层床及填料安装完毕
(2)确定反应器内部脚手架搭接完毕。
(3)确定反应器内部施工用照明安装完毕。
(4)依据22点热电偶检测元件分布图(如图1)及反应器内部情况,对此多点热电偶检测元件专用卡子进行安装:首先专业工程师依据热电偶检测元件走向对专用卡子固定位置进行标记,然后由专业焊工对卡子进行焊接(氩弧焊)固定并进行防腐处理。
(5)22点热电偶吊装及紧固件固定。
(6)22点热电偶检测元件敷设:根据每支检测元件的位号及多点热电偶检测点分布图,运用弯管器对热电偶检测元件进行敷设,最终固定在事先焊接好的专用卡子上。.
(7)拆卸脚手架及临时照明.并清理反应器内部垃圾,经监理、甲方、业主三方确认合格后,对反应器进行封顶。
　　经过以上步骤,热电偶已经安装完毕,可以接线进行回路调试。
3.多点热电偶测原理
　　我们都知道两个不同材质的导体连接,由于两个导体内的自由电子密度不同,所以在节点处高密度的自由电子会向低密度自由电子导体扩散,最终在节点处形成电位差(节点温度不同电位差也不同),而热电偶就是基于此种原理制作而成,用于测量现场介质温度产生电位差。因此热电偶回路形成电位差是有条件的:(1)必须是闭合的回路;(2)两个连接的热偶丝材质不同;(3)两个接点温度不同。下面我们对多点热电偶测量温度的原理进行分析(以Q点热偶为例如图2):
　　其中t是现场介质温度,tl是a点和b点接线端子温度,t0是控制室热电偶冷端补偿温度,补偿导线是热电偶的延伸,其材质和热电偶材质-致,所以a节点处材质相同,此点不会产生电位差(b节点同a节点),那么Q点所形成的电动势为eQ,Q1点所形成的电动势为eQ1(t0),点和b点电动势为0,那么电位差计Q1所测电动势为:EQ1(t,t0)=eQ(t)-eQ1(t0),即eQ(t)=EQ1(t,t0)+eQ1(t0),其中EQ1(t,t0)为电位差计Q1电动势，另外可以通过热电偶分度表查出eQ1(t0)的数值(t0是冷端补偿温度为恒定值),那么我们就得到eQ(t)的数值,然后通过热电偶分度表查出其所对应的温度值,这样我们就得到了Q点介质的温度(其余点测温原理与Q点一样)。
4.调试中常见测量故障及解决方法
　　在设备投用前要对多点热电偶进行系统调试,在系统调试过程中，如果遇到DCS温度显示中其中一支热电偶的测量温度比实际温度偏低,首先应考虑接线是否正确。经过现场检查发现仅热电偶端补偿导线正负极接反,然后将补偿导线正确连接,从而消除仪表故障状态。现在让我们来具体分析以下补偿导线在热电偶端反接为什么会出现DCS温度显示偏低的情况。
　　图为A点一支热电偶检测回路图,我们假设其补偿导线仅在热电偶端反接。由于此热电偶为K型热电偶,所以其热电偶丝和补偿导线材质为镍铬~镍硅,其中镍铬材料制作而成的导体为正极,镍硅材料制作而成的导体为负极,根据以上回路我们可以将回路图修改为标准电路回路图(如图1所示).E,(t)是A点电动势;ea(t1)是热电偶接线端子a点电动势;E(t,t0)是回路总电动势eA1(t0)是冷端补偿电动势;e(t1)是热电偶接线端子b点电动势;那么我们可以根据图4得出E(t,t0)=ea(t1)+eb(t1)-eA,(t)-eA1(t0),由于a点和b点温度相同且连接导体材质相同,我们可以得出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组态时eA(t)=E(t,t0)+eA1(t0)②,那么②-①=2E(t,t0)+2eA1(t0)-2ea(t1),其中①式温度为热电偶实际检测温度,②式温度为DCS显示温度,我们知道反应器在投用时一般温度在200度至300度之间，即200<t<300,而t1是现场环境温度(此表投用时是在10月份,当时温度大约为17度左右),是控制室温度保持在25度(即t=25度),那么我们根据以上公式可以得出E(t,t0)远远小于0mv,而2eA1(5)--2ea(t1)略大于0mv,所以我们可以得出②-①=2E(t,t0)+2eA1(t0)-2ea(t1)<0(比0mv小很多)这样我们可以确认补偿导线在热电偶端反接会造成指示值偏低。
5.总结
　　高压22点柔性热电偶在原理上是22支单支热电偶的组合形式，它们都是基于热电效应这一-原理制作而成。对于测量塔、罐、容器等大型静设备内部介质反应温度,多点热电偶安装相对来说比较方便。在工作中遇到的热电偶故障问题多种多样,但是解决分析问题的方法大致相同,通过此次热电偶故障分析,能够加深我们对热电偶的深人了解,并运用科学方法及时解决其出现的各种问题。