特殊场合中温度测量的解决方案

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    对温度的准确测量和严格控制是确保工艺正常运行的关键因素,其将直接影响工艺过程是否在理想的条件下进行,甚至会影响到整体设备的使用寿命、安全生产及环境保护。目前在各个领域中,较具代表性的有煤化工行业的德士古(TEXACO)气化炉和壳牌(Shell)气化炉;石化行业的加氢反应器、合成塔和转化炉等。这些工况均因其炉体构造、内部介质、反应过程、操作条件具有极高的特殊性,所以对相应温度计的选择也凸显其特殊的重要性和复杂性。笔者凭借多年丰富的经验,将具有代表性和典型性的工况,以及相应温度计的选择原则和注意事项与大家探讨,旨在为不同用户提供具参考性的指导建议。

    1　煤化工行业

    1.1　TEXACO气化炉

    1.1.1　工况特点

    代表现场为宁夏煤业集团250 kt/a甲醇装置,神华包头和内蒙古久泰能源的煤制烯烃项目等。

    以上现场采用TEXACO急冷流程、全废锅流程,是目前世界最先进的节能工艺。TEXACO气化炉具有高温、高压、氧化性和还原性气氛共存、强冲刷、温度压力骤变等特殊工况。燃烧室操作温度为1 350~1 500℃,操作压力2.5~8.7 MPa。焰气含有CO, H₂, CO₂, H₂O, CH₄, Ar, N₂及H₂S等组分;煤灰熔点为1 310~1 370℃。燃烧室壳体与内衬耐火砖因受热膨胀系数不同,易发生相互剪切。最关键的是气化炉内冲刷磨损极为严重,所以温度计的测点必须位于距炉墙内壁15~25 mm处。但是炉壁在砌制过程中难以保证均匀一致,加之炉内冲刷和磨损的存在,炉壁在生产进程中会发生不可避免的逐渐减薄的变化。

    1.1.2　对温度计的性能要求

    由于上述TEXACO炉的特殊工况,要求测温传感器必须能承受达1 600℃的高温和8.7 MPa的高压;能同时抵抗氧化性和还原性气的双重腐蚀;具有可调整的插入长度和可随动的结构,当内衬发生厚度变化和扭曲剪切时,能进行相应的结构变化。

    1.1.3　解决方案

    针对这些要求,国内某仪表公司研制的“气化炉可调防振热电偶”通过选用特殊的材料和结构设计,满足了气化炉工况对温度传感器的苛刻要求。该产品已申请专利,是一种可调防振、耐冲刷、抗氧化、多级阻漏的气化炉专用热电偶温度计。

    首先,热电偶的主体结构采用可调防振的设计理念,当气化炉炉壁衬里厚度发生变化时,热电偶可通过收缩式螺纹套管在±120 mm范围内进行调节,以实现测量元件始终保持在最佳位置^[1]。当炉壳和内衬发生剪切时,利用万向转球可使探头随倾斜而进行旋转,并在限位导向管和校正减振弹簧的作用下,使探头始终保持在穿墙套管中心的正确位置上,避免了热电偶在炉墙发生变形时,产生硬力剪切造成折断。多级阻漏的结构设计,在热电偶套管发生损坏时,可防止炉内通过套管与外面对流,致使炉内高温传导甚至泄漏而发生的安全隐患,体现安全意识和环保理念。