XDB-WRKK-A新型表面测温热电偶在气化炉的应用

刘洪波

（大庆石化公司 化工二厂，大庆163714）

气化炉是合成气装置的关键设备，炉内气化反应剧烈，温度可高达1350℃，压力4.0 MPa，若炉膛内部衬砖发生脱落，则有极大的安全隐患。因此需对整个气化炉外壁进行温度监测，炉膛内局部衬砖一旦脱落，对应炉壁部分的温度就会升高，系统会给出指示并报警，及时提醒操作人员采取相应的措施，从而可以有效地避免事故的发生。

1 原测温系统问题

原表面测温系统是WALTER KIDDE公司的产品，由负阻值特性热电阻通过温度变送器接入DCS组成表面测温系统。其一次元件是具有负阻值特性的热敏电阻，通过其阻值的改变来检测温度变化。随着温度的升高，热敏电阻的阻值剧烈下降，再通过温度变送器转换为4～20 mA信号送至DCS指示并报警。它分别显示气化炉表面8个区域的最高温度，该系统自1986年合成气装置开工投用至2015年，运行时间29年。经过多年的运行，系统的使用性能逐渐下降，调校困难，投用时造成的指示误差较大。如表1所示，2013年检修投用后偏差达100℃，已无法为工艺提供准确的测量数据，给气化炉的安全运行带来极大的隐患。此外，所用的传统表面热电偶测温，无法全面测量燃烧室表面温度，存在监测盲区，监测气化炉表面过热情况可靠性差。

表1 原测温系统相关数据Tab.1 Original temperature monitoring system related data

2 改造方案确定

温度检测根据测量时传感器是否与设备接触，有接触式测温和非接触式测温之分[1]。就气化炉炉壁的表面测温系统而言，接触式测温主要有传统的表面热电偶和气化炉表面电缆测温2种；非接触式测温有辐射温度计、光学高温计、光电高温计、比色高温计和红外线测温仪[2]。

根据目前测温系统运行的状况及存在的问题，改造方案在表面电缆测温和红外线热像仪2个方案中选择。红外线热像仪，利用红外辐射测量仪器测量气化炉炉壁向周围空间发出的红外辐射能力，根据所测量能量的高低来确定气化炉外壳的表面温度。热像仪检测角度要求严格，与测量炉壁之间不能有遮挡等诸多限制，加之东北地区冬季极端气温较低，这些因素都将导致其测量数据不稳定[3]。测温电缆与普通热电偶的不同之处在于热接点不固定，始终与电缆上的最高温度相对应，能够及时对气化炉炉壁超温进行报警，系统结构比较简单，且已经实现国产化，成本较低[4]。

综合上述诸多因素，本次改造选用XDB-WRKKA型表面测温热电偶。该热电偶具有以下特点：①热电偶分度号为K型，自身产生毫伏级信号，无须外接电源；②热电偶外表材料为Inconel 600镍基合金，具有耐高温、抗物理磨损和化学腐蚀的特性；③XDB-WRKK-A新型表面测温热电偶是特别设计与生产的，日常使用中在150～425℃温度下拥有最大使用寿命；④相比原测温系统，新系统的设备组成简单，仅有一次元件和隔离安全栅，与原温度变送器相比均为可靠使用周期长的设备。

3 新测温系统

3.1 工作原理

XDB-WRKK-A新型表面测温热电偶被称为表面测温电缆，又称“连续”热电偶或“寻热”热电偶，它利用热电效应原理，连续产生与其长度所及范围内之最高温度相对应的毫伏级信号。与普通热电偶不同，表面测温热电偶的热接点不固定，但始终与线缆上的最高温度点相对应[5]。其测温原理如图1所示。

图1 XDB-WRKK-A新型测温热电偶原理Fig.1 Principle of XDB-WRKK-A new temperature measuring thermocouple

当XDB-WRKK-A线缆上任何一点T1的温度高于其他部分时，该处热电偶导线之间的绝缘电阻R降低，导致出现“临时”热电偶接头，其作用与常规单接点热电偶接头相同。当线缆上另外一点T2的温度高于T1点时，该处热电偶导线之间的绝缘电阻会变得低于T1点的电阻，导致出现新的“临时”热电偶接头。表面热电偶产生毫伏级信号，接入DCS进行指示并报警。

3.2 系统组成

2015年7月公司对测温系统进行了更新。更新后的气化炉表面测温系统，由8个XDB-WRKK-A表面测温热电偶和8个MTL5081隔离安全栅组成。其中，XDB-WRKK-A的分度号为K型，通过MTL5081隔离安全栅接入DCS组成新的测温系统，分别显示气化炉表面8个区域的最高温度，温度测量范围为150～350℃。8个热电偶中，长度24 m的3条，长度30 m的5条。TI-4114-1回路的连接如图2所示。

图2 TI-4114-1回路Fig.2 TI-4114-1 loop

图2中，S为热电偶的起始端即START端；E为热电偶的末端即END端；补偿导线型号为KX HFP 2×0.8，高温型耐温260℃。S端和E端与高温型补偿导线通过图3所示的高温陶瓷插件相连接。高温陶瓷插件具有高温绝缘性，既能够保护电缆，又能够确保信号的传输，对比原系统采用的金属连接插件，解决了其绝缘性不佳的问题。

图3 高温陶瓷插件Fig.3 High temperature ceramic insert

S端和E端的补偿导线在接线箱内用压线端子并联后，再通过普通型补偿导线连接至控制室的安全栅柜。普通型补偿导线型号为KCBR-GS-2×1.5。因XDB-WRKK-A表面测温热电偶的电阻约为1 MΩ，而HONEYWELL公司DCS系统TPS的FTA卡输入电阻不能大于1000 Ω。为此，通过MTL5081隔离安全栅将电阻降至60 Ω后，再接入DCS，构成一测温回路。气化炉表面测温系统的8个温度回路均按图2所示接线。

3.3 应用效果

新系统投用后，经过一段时间的稳定运行，该系统运行指示准确，运行稳定可靠，能够确保气化炉安全运行。监测数据如表2所示。

表2 新测温系统温度监测数据Tab.2 New temperature measurement system monitoring data

4 结语

系统改造后运行至今已超过一年。经过一年多的运行，新型表面测温系统运行稳定，指示精确，能够为工艺提供准确的测量数据，保证了气化炉的安全运行，进而保证合成气装置安全平稳生产；运行结果表明，该系统故障率低，与原系统相比，每年可节省材料费及维修费约10万元，员工的劳动强度随也之大幅度降低；系统的结构比较简单，已经实现国产化，改造成本较低。系统改造升级的成功经验，对于同类装置具有借鉴意义。

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