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温度检测与表面温度计的安装使用

供稿:中国工控网 2016/6/30 9:34:48

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  • 关键词: 温度检测 表面温度计
  • 摘要:化工生产是一个复杂的物理化学反应过程,反应进行的程度往往决定着产品的质量和产量。化工生产控制的重点就是控制反应进行的程度,需要根据生产控制要求对装置内的物质进行相应的温度检测。

温度检测的必要性

化工生产是一个复杂的物理化学反应过程,反应进行的程度往往决定着产品的质量和产量。化工生产控制的重点就是控制反应进行的程度,遗憾的是几乎所有物质反应进行的深度都无法直接检测,这给生产控制带来了很大困难。经过人类长期对物质反应的研究发现,物质在进行物理化学反应过程中会发生能量的交换和转移,而能量的多少可以通过宏观的物理量——温度来表征,由此可以通过检测温度变化的方法来间接的得出物质反应进行的程度。以此来实现控制物质反应进行进程的目的,因此需要根据生产控制要求对装置内的物质进行相应的温度检测。

温度检测的滞后性

传统的温度检测仪表是通过热交换的原理把被测物体的热量传递给检测元件,在通过温度检测仪表系统,把现实中的温度物理量转换为对应的电信号,进行软件处理后得出相对应的温度值。这个过程需要消耗一定的时间,相对于信号线路传输和变送器仪表的信号处理,温度检测元件部分的热交换过程消耗时间最多,导致温度的检测有一个明显的时间滞后性。滞后的时间主要受热交换过程的平衡状态影响,温度检测元件自身的温度与被测物质的温度相一致时热交换处于一个平衡状态,随着生产的进行物质的温度出现变化,此时温度检测元件受热交换的影响也跟着变化。经过一段时间后其温度与物质的温度相同时,热交换又达到一个新的平衡状态,这个过渡时间就是温度检测仪表的滞后时间。

通过流体力学可知,管道设备里的物质温度分布不均匀。受环境温度的影响,设备管道内部的流体普遍与环境温度有一个差值,这个温差导致物质与环境存在着热量交换,造成流体的温度从设备管道中心线向外成梯度递减。要想测量流体的真实温度,温度仪表的检测元件部分必须能够接触到介质的最高温度处,管线测量要在中心线附近,塔器要深入到内部一定距离。温度检测仪表测温的时间滞后性加上物质温度分布不均匀导致温度测量滞后和不准确,最终使温度检测仪表系统误差较大,甚至无法满足测量的要求。

温度仪表的安装形式

为提高温度检测仪表数值的准确性,减少温度仪表的滞后时间,工业中使用的温度检测仪表普遍采用了插入管道设备内部的方式进行测温。化工生产往往具有高温、高压、腐蚀等性质,为提高温度检测仪表的安全使用系数,同时也为保护温度检测元件,工业中采用保护套管的模式进行安装。温度检测仪表安装到保护套套管内部,保护套管插入到设备内部,末端通过法兰或者螺纹与工艺设备进行连接密封,这样即可实现温度测量的要求又能够保护温度检测仪表,提高安全使用系数,广泛应用于生产中。

工业使用温度检测仪表的安装形式主要分管道和塔器两种类型,管道安装由于管线内径普遍较细,为提高测温的准确性要求温度检测元件逆流方向或垂直管道安装,塔器上温度检测元件使用垂直安装方式,现场安装的温度检测仪表如图一所示:

  图一

温度检测仪表测温元件,细长弱小,易受环境大气中气体水分的侵蚀,造成测温元件老化,致使温度仪表的测温误差变大精度降低。为加强温度测温元件的机械强度,提高使用寿命,现今普遍使用铠装模式来替代早前的装配模式。温度检测仪表安装在铠装护套管的内部,中间的空隙使用导热性能好、电阻率大、耐高温材料填充而成,大大提高了温度仪表的机械强度和使用寿命,已成为现在温度仪表的标配模式。

普通装配式与铠装式温度检测元件的构造如下图所示:

热电偶使用范围

化工生产工艺四大参数中的压力、流量、液位的检测,仪表种类繁多形式多样,可供选择的空间很大。温度检测仪表种类却很少,能够远传的只有辐射式高温计、热电偶和热电阻三种类型。辐射式高温计适合用于运行温度在1000度以上的高温生产中,热电阻通常用在低温200度以下的环境中,只有热电偶的测温范围较宽,可适应于低中高大部分的化工生产中,因此在化工生产中测温仪表大部分选用的是热电偶温度计。

热电偶测温原理

热电偶温度计是基于不同导体在同一个温差范围内产生的电势不同而研发出的一种温差传感器,其结构形式是两根不同材质的导体,一端焊接在一起,作为温度传感元件的首端,另一端开口延伸到接线盒端子处,然后在经过相同型号的补偿导线电缆远距离传输到变送仪表或控制系统卡件上,二次仪表对传输来的热电势毫伏电压信号进行冷端补偿处理,把热电偶的冷端补偿到零摄氏度,此时的热电偶的温差实质上就是热电偶的热端所测得温度,经过二次仪表内部软件查表对照即可得知热电偶传感器热端(首端)处的温度值。由于热电偶产生的毫伏电压信号至于热电偶的首末两端的温差有对应关系,因此不用担心电缆传输过程中的信号衰减现象。抗干扰能力强。根据不同材质温差热电势的差异可以制作出多种型号的热电偶,适用于不同的温差范围测量,因此在工业中得到大量的应用。

 

表面温度计使用原因

在化工生产中,有一类特殊的设备,在制造过程中受使用物质的高温、高压、有毒、腐蚀、易爆等特性影响,塔器侧面不允许有过多的接口。除流体进出管线之外,只给仪表预留了很少的接口,甚至整个塔器表面都没有仪表接口,施工安装过程中更严禁随意在塔器侧面开孔安装仪表。这种状况决定了传统的温度检测仪表安装方式不在实用,而工艺生产又要求检测塔器物质的温度,因此需要使用别的温度检测方式,表面温度计应运而生。

表面温度计就是把温度检测仪表的感温元件安装在容器管道的外表面,检测设备容器的表面温度。虽然容器的表面温度比容器内物质的温度要低,但从容器的表面温度也可大体推断出设备容器内部的物质温度,以此来判断物质反应进行的程度,给生产控制提供数值参考。

这种通过测量设备容器表面温度来获知容器内物质温度的方法,其数值精度比传统的插入式温度仪表要差,测温误差较大。为提高表面温度检测的精度,减少数值误差,在进行表面温度计安装时要严格按照施工要求进行,安装位置选择时要考虑环境因素对测温的影响,尽可能的提高表面温度计测温的准确性。

表面温度计安装注意要点

与普通温度测量仪表一样,表面温度计也是利用热交换原理来进行测温的,因此在安装过程中要最大程度的保证温度测量探头与容器器壁的接触面积,尽可能减少热量向环境外部传导的损失。现通过几

张热电偶表面温度计的图片简单介绍表面热电偶安装注意事项:

一、 尽可能的提高热电偶温度仪表探头与设备的热交换面积,安装要确保牢固,尽量减少热电偶测温探头与器壁接触面的缝隙,减少环境空气对热传导的阻碍性。现场安装图如下:

 

二、 选择合理的安装地点,尽可能的避开风口和雨水易淋湿的地方,减少热量损失,提高传热效率。传感器安装后要在外表面做好保温措施,防止热量损失,现场如图所示:

 

三、温度测温仪表在从设备器壁到接线盒传输过程中要对裸露部分进行相应的机械防护,防止外力造成损伤。现场仪表防护如下图所示:     


四、温度测量仪表的长度要合适,尽可能的把温度接线盒以及变送器安装在操作方便安全环境友好的地方,以方便使用维护维修工作。    

总结

表面热电偶温度仪表与普通热电偶没有本质的区别,因此维修排除故障的过程与普通的热电偶处理手段相一致。表面热电偶安装结构形式与普通热电偶不同,普通热电偶维修时可以从保护套管中抽出热电偶进行故障排查,但表面热电偶因为保温以及器壁高温辐射的影响,不能随意的拆卸,因此在对表面热电偶进行维修维护时不能生拉硬拽防止热电偶损坏。安装过程中要确保热电偶测温端与容器器壁接触良好,防止热量流失的外部保温更要做好,只有这样才能保证表面温度仪表所测温度的真实性。


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