铠装热电偶在化工生产中常见故障及处理
在化工生产中,温度是工艺控制的一个重要参数,我公司根据工艺条件及工艺需求,大量使用了二线制的铠装热电偶。本文以我公司三聚氰胺装置和合成氨装置生产中应用的铠装热电偶为例,介绍铠装热电偶的工作原理以及生产应用中经常出现的故障和处理方法。
1 铠装热电偶的组成和测温原理铠装热电偶是把热电偶丝、绝缘材料和金属套管3者加工在一起的坚实缆装组合体。其测温原理是将由2种不同成分的导体(称之为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的。其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端 (也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为参比端);冷端与显示仪表或配套仪表连接,显示仪表会显示出热电偶所产生的热电势,见图1。图1 铠装热电偶的测温原理图铠装热电偶的热电动势将随着测量端的温度升高而增大,热电动势的大小只和铠装热电偶导体材料以及两端温差有关,和热电极的长度、直径无关。
2 生产应用中常见故障分析在我公司的化工生产应用中,经常遇到铠装热电偶指示值偏高、指示值偏低、指示值波动、无指示的情况,对于带有联锁和调节的温度仪表,如果处理不当很可能造成系统停车,影响工艺生产。下面针对这些故障现象作一详细分析。
2·1 主控指示值偏高工艺人员反映,用来测量三胺反应器进口调节阀阀体温度的铠装热电偶指示值可能偏高。对此的检查步骤如下。检查确认热电偶的型号为镍铬-镍硅K型, 且该热电偶为单支,无联锁和调节。然后用数字万用表的直流电压档测量现场热电偶两接线端子 (测量端)的电压值,测得两端子直流电压值为 10·9 mV。由于主控室冷端补偿温度t0=25℃, 由公式E=EAB(t, t0) =EAB(t) -EAB(t0) 计算得E≈10·9-0·143=10·757mV。再由“镍铬-镍硅热电偶分度表”中查出t=265℃,加上主控室冷端温度补偿温度25℃,该表指示的实际温度应为290℃。主控仪表显示温度为289 ℃,属于仪表允许范围内的误差。这种情况属于工艺人员操作失误导致的温度升高。如果经过计算确认主控热电偶的显示仪表指示值确实比现场实际值高,就要检查热电偶与显示仪表是否配套,补偿导线和热电偶是否配套, 如果不配套,须及时更换。造成指示值偏高还有可能是热电偶附近有直流干扰信号,若是,须将其排除。
2·2 主控指示值偏低在某次大修后的合成氨装置开车过程中,用来测量一段转化炉东侧炉膛顶部温度的热电偶温度指示偏低30~40℃。该热电偶为S型铠装热电偶。根据事故现象,首先检查接线盒的接线端子是否牢靠、正负极性是否接反,然后检查热电偶的补偿导线绝缘和接线问题,*后检查**栅、输入卡等测量回路中的计算机部件,都没有发现问题。*终检查结果为热电偶补偿导线的极性与热电偶偶丝带极性接反。造成这一事故的客观原因是S型热电偶的偶丝由铂铑-铂构成,铂铑、铂都是银白色的细金属丝, S型热电偶的正负极性不易分辨,容易接错。
通常有以下3种方法判断其极性: (1)现场检修时可以根据偶丝的软硬程度来判断,一般来说,其中较硬的一极是铂铑丝, 为热电偶的正极,较软的一极是铂丝,为热电偶的负极; (2)用数字万用表的毫伏档测量来判断正负极性; (3)通过补偿导线的绝缘材料的颜色来区别,绝缘材料颜色为红色的一极为补偿导线的正极,白色的一极为补偿导线的负极。为进一步确定故障原因,我们还做了理论计算并进行对比,证实故障确为极性接反所致。于是及时对热电偶的错误接线进行了纠正。再次投用后,经过一段时间的观察和修正,该温度点指示逐渐恢复正常。
2·3 指示波动在工艺生产中,不论是K型还是S型铠装热电偶都出现过指示波动的故障,出现此种故障通常有以下2方面原因。 (1)热电偶的接线柱接线松动接线出现松动的热电偶测温点通常处于工艺设备振动较大的场合,或者热电偶长期没有维护。对此应尽可能定期进行检查和维护。 (2)热电偶短路或接地在合成氨装置中,一段转化炉温度极高,附近的热电偶采用的是普通补偿电缆,其绝缘层长期处于高温坏境下,容易老化脱落,从而使2根电缆相互短接;或者与穿线金属管接触,导致接地。这2种情况都会造成指示值波动。处理时要逐一查找故障点,修复绝缘。
2·4 主控无指示如果主控显示热电偶无温度指示值,通常由以下2种原因造成。 (1)热电偶已损坏将热电偶的2根接线拆开,用数字万用表的电阻档测量2接线端子之间的电阻值,如果阻值显示无穷大,则说明热电偶已断路,现场热电偶已损坏。更换新的热电偶即可。 (2)热电偶的DCS通道坏经现场检查,热电偶、现场接线盒接线均没有问题,然后对现场和主控室后面的接线柜内的卡件通道进行联校,发现通道不同,经检查发现该热电偶的DCS通道已坏。更换后热电偶指示正常。
3 结束语
由于铠装热电偶具有反应速度快、耐振动和抗冲击性强的特点,并且和普通热电偶相比寿命较长,现已得到广泛的应用,所以,熟练掌握铠装热电偶的测温原理并及时处理其故障是仪表工作人员应具备的基本技能。