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          工業爐上熱電偶補償導線的不當使用

          發布時間:2020-12-22     瀏覽次數:
          摘要:通過6個故障實例說明了工業加熱生產現場所應用的熱電偶補償導線不當使用引發的設備運行事故和生產事故。分析了事故產生的原因。指出了為避免同類生產和設備事故應該采取的關于工業加熱生產現場熱電偶配套補償導線的配置、運行、操作方式的12個要點以及相關的技術措施。
                 傳感器的準確、規范化應用是保障測量與控制設備正常運行、在工業生產中實現工藝技術的關鍵。工業加熱爐作業現場常見測溫傳感器與計量控制儀表配置和使用不當所致的設備運行故障和生產事故。這些故障和事故使溫度計量和控制不能準確實現,會影響熱加工生產的進程和作業效率、造成產品質量的降低;嚴重時還會使產品批量不合格,甚至造成電爐設備的損壞導致停產、引發電爐損壞事故。所以,在工業加熱生產現場必須保證溫度傳感器、裝置儀表使用與配套的合理、規范。熱電偶是工業加熱現場常用的測溫傳感器。根據生產現場積累的實踐經驗,記錄了--些因熱電偶所用補償導線配置或使用不當引發的典型工業電爐設備、生產故障,對其中的一些關于補償導線的故障加以分析討論、供從業人員在工業加熱生產現場進行電爐設備維護、管理與生產運行工作時參考。熱電偶只是工業加熱用電爐溫度顯示和控制系統的一-個傳感器器件,在以下的分析中,為簡潔突出重點,除特殊指出外,我們假定供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均為完好無故障狀態。
          1補償導線和熱電偶不配套使用的故障
          1.1故障實例
                 熱加工車間1300℃高溫電阻爐大修后試車,發現在高溫區1000℃以上溫度指示偏大嚴重。800℃及以下時溫度顯示數值也偏大。
          1.2故障現場處理及原因分析
          1)處理方法
                 熱電偶及顯示儀表在大修時均進行了規范校正和標;定,大修后安裝也符合操作施工規程。本設備采用的熱電偶為鉑銠10-鉑。按照儀表指示顯示的數值保持電爐溫度800℃,用毫伏計測定變送器輸人端毫伏值和熱電偶輸出端毫伏值,測得的指示儀表毫伏值雖然與800℃溫度顯示一致,但對照分度表發現與鉑銠10-鉑熱電偶的分度值累加冷端溫度校正后的理論毫伏值相差較大.檢查補償導線,發現補償導線的的材質是“銅-康銅”;這類補償導線是和“鎳鉻-鎳硅”熱電偶配套的。而“鉑銠10-鉑”熱電偶配套的應該為“銅-銅鎳"補償導線。顯然,補償導線配套選用的錯誤導致了溫度測量的不準:確。更換相應的補償導線,故障排除。
          2)原因分析
                 現場安裝儀表時,忽略了補償導線與熱電偶的配套關系導致故障。熱電偶的測溫原理建立在冷端溫度恒定的基礎之.上。所以熱電偶的負極在安裝現場應設置在溫度恒定的區域,再通過一定的溫度補償達到計量準確的目的;這類溫度補償即冷端補償。要注意的是,補償導線的作用不是補償冷端的電勢;為使熱電偶測溫電極的冷端溫度恒定,必須將電極延長;但是熱電偶的電極均為貴重金屬,如本例中的鉑銠10-鉑熱電偶,將其電極延長會增加設備的投資成本,所以,通常的做法是用在常溫下(0~100℃)與熱電偶電極材料熱電特性相近的金屬導線將熱電極的冷端延伸到遠離熱源、溫度穩定的區域,這種材料的導線稱為延長導線或補償導線,顯然,補償導線的功能在于“補償熱電極長度的不足”。按照補償導線與熱電極熱電特性在常溫下相近的思路,補償導線和熱電偶是配套使用的。
          1.3故障1揭示的要點
          (1)補償導線僅起到延長電極的作用,其長度在熱電偶允許裝置的距離內不影響計量效果。(因為熱電勢僅與材料有關)
          (2)補償導線應與所采用的熱電偶配套使用。
          (3)補償導線的最佳工況在0~100℃。
          1.4與故障1相關的技術措施
          (1)熱電偶補償導線要根據所處的環境溫度和現場工況進行選擇。根據現場環境溫度情況選擇相應的補償導線護套,環境溫度為-25~105℃時應該選擇聚氟乙烯護套,環境溫度為-60~205℃時選擇聚全氟Z烯護套,在-60~260℃時選擇聚四氟乙烯為護套。
          (2)補償導線與熱電偶配套對應關系如表1。表1選自文獻[1]和GB/T4889--94《熱電偶用補償導線》。補償導線的絕緣著色及護套著色也可以采用IEC-584-3推薦的標準,可查閱GB/T4889--94的附表。熱電偶的分度值查閱常用手冊可得到12.”。

          2補償導線、熱電偶正負極錯用的故障
          2.1故障實例2
                 熱處理車間一電阻爐,儀表周期送檢校驗合格、準予繼續使用,重新原位安裝后出現沒有溫度指示。
          2.2故障現場處理及原因分析
          (1)處理方法:儀表及熱電偶原運行正常,檢定合格。出現這樣的問題主要從安裝角度考慮?,F場觀察發現儀表指針反向偏轉,說明線路連接沒有問題。用毫伏表測量熱電偶和儀表輸人端,發現為熱電偶正負極接反,調整熱電偶正負極,儀表指示正常但發現指示溫度值比實際溫度值偏小,詢問檢定人員和現場安裝人員,排除冷端補償和零點校正問題的可能。觀察發現熱電偶補償導線的正負極也為反接,調整為正確的正負極接法,設備恢復正常。.
          (2)原因分析:熱電偶和補償導線之所以能夠將溫度信號轉化為電勢信號,是由于不同金屬在相同的溫差下產生的電勢不同。這樣就使得熱電偶及其補償導線的不同電極相對輸出端具有正負極性。極性接反自然使得儀表不能顯示。本例中熱電偶極性錯誤使得儀表出現反向偏轉,表現為沒有溫度顯示;在第1次進行調整時,沒有同時調整補償導線,補償導線的電勢與熱電偶電勢反向疊加,輸出電勢變小,表現為儀表指示溫度較實際溫度偏低。
          2.3故障2揭示的要點
          (1)熱電偶與補償導線均具有極性,不能接反。
          (2)補償導線和熱電偶的極性應對應一致。
          (3)進行熱電偶校驗時最好和現場配套的補償導線一并校驗。
          3冷端補償不足故障
          3.1故障實例3
                 某熱處理車間電爐溫度控制器采用熱電偶作為測溫傳感器。儀表大修檢定校驗后出現大批溫度控制器指示偏低故障。
          3.2故障的現場處理及原因分析
          (1)處理方法:實際測量溫控器輸入端的毫伏值,計算出理論溫度,與電爐的實際溫度對照,發現溫度變送器存在零點調整偏低問題。校正溫控器零點,故障排除。
          (2)原因分析:這實際上是-一個冷端補償問題。熱電偶的冷端溫度理論值是0℃。但工業現場,熱電偶的冷端通常在室溫環境下。溫度變送器輸人端接收的電勢V等于熱電偶所產生的電勢E減去冷端電勢(環境溫度電勢)E2。即,V=E-E2。在儀表校驗室,室溫較低,冷端產生的熱電勢為E2s;在設備安裝現場,室溫高于校驗室,此時的冷端熱電勢為E2n。這樣就使得儀表輸人電勢V在生產現場較儀表校驗現場偏低的現象。本例中,現場維修工認為補償導線已經起到了補償作用,這是錯誤的認識。事實上,在應用補償導線使熱電偶冷端達到溫度相對穩定后,還應該按照實際運行的冷端溫度進行冷端溫度補償,常用的簡便方法是調整儀表的零點達到補償目的。也就是說,補償導線只起到延長冷端的作用,并不能補償冷端溫度不為0℃所造成的溫度測量誤差(因為熱電偶的分度值是以冷端0℃設置的)。從補償導線的作用來說,補償名不副實,還是稱做延長導線更符合其實際功能。
          3.3故障3揭示的要點
          (1)補償導線只能延長冷端,不能補償冷端溫度不為0℃所造成的測量誤差。
          (2)當熱電偶冷端不為0℃,應采取冷端電勢補償措施。
          (3)熱電偶的校準應考慮使用現場的實際室溫;當因季節導致熱電偶冷端所處室溫改變時,應校準儀表零位。
          3.4與故障3相關的技術措施
                 冷端補償的方法有5種,分別是冰浴法、冷端校正法、校正儀表零點法、補償電橋法、補償熱電偶法。本例中采用的是其中第3種。具體的作業方法可參見相關手冊。
          4補償導線的安裝故障
          4.1故障實例4
                 某熱加工電阻爐采用熱電偶作為測溫裝置,正常運行半年后出現溫度指示指針上下擺動,穩定時指針指向最大。
          4.1.1故障現場處理
                 檢查供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均正常,觀察補償導線,發現補償導線與指示儀表接線處為導線直接纏繞在接線螺釘上,運行后發熱、燒蝕,造成接點接觸不良。重新處理接頭,原補償導線為銅-銅鎳,在其兩端壓接銅線鼻子(接線端子),并錫焊,連接處涂抹中性凡士林膏防腐蝕。設備恢復正常,并長期運行無故障。
          4.1.2故障原因分析
                 補償導線與儀表輸人端接觸電阻增大,使得儀表輸人端的電勢增高。
          4.2故障實例5
                 采用熱電偶作為測溫裝置的電阻爐,運行中出現溫度指示儀表指針.上下擺動,有時指示溫度正常,有時沒有溫度顯示。
          4.2.1故障現場處理
                 同樣檢查供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均正常,觀察補償導線,發現補償導線正極有一處與設備外殼接觸處破損接地。
          4.2.2故障原因分析
                 當補償導線接地時,無信號輸出到指示儀表;當接地處因某種原因(牽拉或者移動)暫時脫離接地時,設備正常;出現斷續接地時,顯示指針上下波動。
          4.3故障實例6
                故障5中的電阻爐,一次大修后出現指示儀表指針.上下波動不穩定但波動幅度不大。觀察還發現升溫過程中,此波動明顯;電爐保溫時穩定或者偶有波動。
          4.3.1故障現場處理
                 觀察發現溫度顯示儀表的指針波動與加熱電流變化相關。檢查補償導線,發現補償導線與電阻爐加熱電源主電線同向且捆扎-起敷設。單獨敷設補償導線和儀表連接線,使補償導線與主電源線隔離,故障排除。
          4.3.2故障原因分析
                 補償導線受到主電源的電磁干擾。
          4.4故障揭示的要點
          (1)補償導線絕緣及保護套管應完好,發現有絕緣破壞或者老化現象應及時更換。
          (2)補償導線與熱電偶和指示儀表或變送器連接應牢固可靠。補償導線的接頭應采用接線端子焊接或壓接,并做必要的防腐措施。
          (3)補償導線及儀表信號線不得與高電壓電源線同管或接近敷設,避免電磁干擾。
          5結語
                 因熱電偶的配置、運行方式不當引起設備不能正常工作、影響產品質量的問題在熱加工生產中經常出現。補償導線是其中的一一個重要故障點。在熱電偶的使用、維護中,應當以規范化的作業手段進行安裝和運行工作。補償導線配置、運行方式的規范化是熱加工、化工生產等工業生產運行中的一-項重要課題,需要從業人員在實踐中結合相關專業知識不斷完善、避免設備和生產事故的發生。
           
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