• 爐頂上使用熱電偶的幾點聯想

     

    趙民生 沈佩忠 盧澄宇

     

    摘要:文章介紹了熱電偶用于玻璃窯爐爐頂上的情況,分別敘述了測點的定位和安裝熱電偶的注意事項。根據玻璃窯爐的特點的交換與斷偶等工況進行了說明及解決方法。最后對熱電偶日常操作與維護等作了闡述。

    關鍵詞:窯爐爐頂  熱電偶 補償導線  窯爐交換  斷偶保護  日常維護

     

    一  熱電偶的介紹

    熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一,有人曾將其比喻為工業生產上的”眼睛”。

    玻璃的熔化需要高溫,玻璃窯爐爐頂的測溫均采用熱電偶,其測溫的準確性對玻璃熔制是至關重要的,窯爐自動控制也是以爐頂測點為準。如果此點溫度過低會影響到玻璃的質量與出料量,溫度過高則會造成能源的浪費且會影響到窯爐的壽命,熱電偶的“眼睛”重要性在玻璃窯爐上充分得到體現?,F就此點的溫度測量與關聯之事淺談本人的體會。

     

    二  爐頂熱電偶的定位

    馬蹄形(End Fired)窯爐此溫度測量點一般在噴槍處向前2/3處或者更前處。見圖一。

    圖1 爐頂熱電偶安裝的位置

    此點是窯爐的熱點,同時馬蹄型窯爐其左右火焰均在此位置轉向,對交換后火焰的影響也最小。此點的溫度反應較快、靈敏度高,基本能代表窯爐內的溫度情況。一般窯爐后期爐頂燒損大都先在爐頂的前端,這也間接證明了此點是窯爐爐頂溫度的最高處。

    熔化池(Melter)內的溫度高達1540左右,因此選用分度號為B型熱電偶。

     

    三  爐頂熱電偶安裝使用中的注意點      

    由于玻璃窯爐內的溫度高,粉塵多以及腐蝕性氣氛強偶,有經驗證明,熱電偶過早損壞,其很大原因是由于不適宜的安裝所致。安裝使用中的幾點理解與體會供同行們參考:

    1.插入此點的熱電偶,插入的深度距窯頂內表面要<19~25毫米,也有使用雙層護套管(Double Protection)的。如熱電偶插入過深,就會被火焰沖刷、料粉腐蝕,其熱電偶的壽命會大大縮短。

    插入熱電偶的孔與熱電偶瓷管的空隙,必須要用玻璃棉、玻璃纖維等填充物將其堵嚴,以防產生“煙囪效應”,使火焰沖出燒壞熱電偶支架與補償導線等。在現場我們常發覺由于熱電偶插入過深,該熱電偶被粉塵腐蝕或者熱電偶彎曲等現象,它縮短了熱電偶的壽命?;蛴捎谠摕犭娕嫉目障稕]有堵嚴,造成火焰竄出燒毀補償導線等。

    2.該點的熱電偶必須要有足夠的長度,如太短接線盒會過熱而損壞。其熱電偶接線盒距窯頂表面長度須 > 150~300毫米,且接線盒還需用耐高溫材料包裹。如安裝不良接線盒處的溫度過高,其測量的溫度將會產生較大的誤差,甚至燒毀接線盒。

    3.如該點的熱電偶磚如采用的是盲孔,為了提高該溫度靈敏度,可將該測溫磚多插入一些,使熱電偶的測點基本與窯頂內壁平口以提高其靈敏度。

    盲孔測溫磚,其盲孔測溫的修正值有以下的經驗:測出的溫度一般比正常測玻璃液溫度低50,此點為個人的體會,望各位在工作中驗證。(測量磚盲磚的測點距磚外表面的距離一般為50毫米左右)

    同時其盲孔的熱電偶瓷管的空隙,也要用玻璃棉、纖維等填充物,將此空隙堵嚴。以防磚有小裂紋,從而產生“煙囪效應”,使火焰竄出。

    另外在現場處理盲孔磚有經驗說明,在建爐過程中由于各項工作交叉進行,難免有一些疏忽。在盲孔測溫孔里現場我們常發現有螺絲、螺帽、小磚塊等掉落盲孔內。窯爐點火升溫后,處理起來十分麻煩。提醒同行在建爐時可用紙張、木塊等物將其先塞住。點火升溫需插熱電偶時,紙張等處理較為方便些。

     

    四 窯爐交換后的處理

    玻璃窯爐一般2030分鐘均要換向交換,其交換的步驟(如:從左到右):1.切斷左側的燃油(燃氣),2.開啟右側霧化空氣,3.助燃空氣機械翻板——運行,4.延時36秒,開啟右側的燃油(燃氣),5.關閉左側的霧化空氣。整個交換過程大約10秒左右。當交換結束后,此時爐頂熱電偶測得爐內溫度下降較多,如系統馬上進入自動調節,控制儀表的輸出必然是大開度,它會對窯爐造成沖擊。我們可以利用智能儀表的“Hold”功能,見圖 二。

    圖2  智能儀表的“Hold”暫停示意圖

    它可記住交換前的輸出值,并保持著原輸出值不變,人為定時使得此功在交換后保持1020秒左右,然后再撤銷“Hold”功能。因此時玻璃窯爐經1020秒正常燃燒后,已逐步恢復了一定的溫度,此時儀表進入正常調節狀態。其輸出就不會出現大幅度的增加。

     

    五  熱電偶斷偶后的應對措施,(爐頂設二根熱電偶的必要性)

    熱電偶是易耗品,它的老化主要是由于銠從一根電線遷移到另一根,這取決于溫度及其氣氛,其老化的影響是不能定量的。它的損壞有一定的突然性與隨機性。窯頂控制點的熱電偶,一旦斷線、斷偶,其輸出為0mv,這時自動控制儀表輸出為最大值,這會導致事故的發生。如果采用斷偶保護措施,則會將燃油(天然氣)全關。輸出閥門的全開與全關都會對窯爐產生不利的沖擊影響。

    有一經驗供參考:熱電偶一旦斷偶,一是立刻發出燈與聲報警信號,提醒操作人員迅速干預調整。二是設計為自動轉入一固定的安全輸出值。比如:正常窯爐操作時控制儀表輸出值為70%(14mA)。我們可將斷偶安全輸出值定為6065%(1213.2mA)。這樣一旦熱電偶斷偶或者損壞,其信號自動地切入輸出60~65%安全運行。這樣的處理比單純地切斷儀表輸出比較合理,對窯爐正常燃燒沖擊也小。

    現在大型窯爐對爐頂溫度自動控制與監視是十分重要的,當通孔熱電偶損壞后,我們不但要有一系列的自動措施,當人工干預時也需要該點的溫度顯示,圖三。

     圖3  爐頂熱電偶雙孔測溫磚示意圖

    從圖三可見,在爐頂同一塊磚上鉆有二個孔,一通孔一盲孔,其中一個通孔的熱電偶信號是作為自動控制窯爐溫度的。另一盲孔作為單純的溫度顯示,一旦通孔內的熱電偶損壞,窯爐操作人員可立即將自動控制切換到手動,并以盲孔熱電偶溫度作為參考值,手動調節以維持正常生產。

     

    六 熱電偶補償導線等電纜的布線

    熱電偶補償導線以及窯爐上的各類傳感器的電纜線,它們均要排放到窯爐控制室內,下圖四的排線法可供參考。首先窯爐各熱電偶的補償導線與各類傳感器的電纜線等均先排放到現場的一接線盒處,然后從此現場接線盒再排放導線到窯爐控制室,此處所排放到控制室的導線的數量要放出余量,一般為110%,以便原導線有損害或者窯爐新增測量設備等,它可作為儲備使用。由于現場接線盒距窯爐較近,操作人員在調試與尋找故障時,只要松開現場接線盒處的電纜,即可檢查導線的短路、開路以及電阻值等,比較方便,見圖四。

    圖 4  熱電偶補償導線等電纜的布線示意圖

    我們將窯爐從現場接線盒到控制室的布線,設計為長期性的,一般為3~4個窯期。而當窯爐大修時只要調換熱電偶變送器等到現場接線盒的這段線即可。這樣可以節約用線,同時也大大減少窯爐大修時現場的施工量。

     

     七. 熱電偶定期調換

    窯頂的作為控制點的熱電偶一般半年要定期調換下來(此時換下的熱電偶絲可以回收利用),以免在正常工作中損壞影響窯爐的正常工作。在此提醒:熱電偶它是易損件,要將爐頂熱電偶作為制瓶機上的易損件一樣對待,必須定期調換。

    每次調換后要做好詳細的記錄:

    1. 調換的日期,

    2. 該熱電偶安裝的部位、

    3. 熱電偶的型號(包括分度號),

    3. 熱電偶的長度,

    5. 調換者的姓名

    6. 下次調換的日期等,為下次調換者一目了然。

    這在當代電腦普及時代僅是舉手之勞,但其管理效果卻不可小視。

    調換新熱電偶時,要防止熱電偶瞬間插入穿爐頂孔內,以避免冷熱聚變使其外管爆裂。根據經驗:該熱電偶安裝之前需在200~300的溫度下預熱12小時以上,然后緩慢插入,其插入速度要保持在每小時30~40毫米左右。

     

    八  熱電偶的補充導線

    熱電偶在接線時,我們要采用準確配套補償導線,如果不用補償導線或者錯用補償導線,那將會產生較大的測溫誤差。熱電偶補償導線可根據外包皮顏色肉眼分辨,見圖五。

    圖5  熱電偶補償導線的顏色分辨

    補充導線的外護套線的顏色可表示該熱電偶的分度號,但由于各國對此并不統一,望同仁們參閱有關此方面的各國最新相關資料。

     

    九  側墻高溫輻射計與爐頂熱電偶的配合使用

    我國一些地區有些玻璃工廠目前還較普遍地使用輻射高溫計來測量玻璃窯爐的火焰溫度,雖然它測溫反應速度快,壽命長。但是它測出的溫度不穩定,溫度誤差較大,同時它的開孔也浪費一定的能源。對習慣于使用輻射高溫計的工廠,筆者建議可先安裝一爐頂盲孔熱電偶,將盲孔熱電偶的溫度數值與輻射高溫計測量的數值參考對比,以后逐步過渡到以熱電偶數據為主?,F場高溫輻射計見圖六。

    圖6 側墻高溫輻射計與爐頂熱電偶可配合參考使用

    經驗表明:使用爐頂盲孔熱電偶的壽命一般都較長,不易損壞。

     

    十  爐內火焰工況眼見為實

    由于熱電偶長期在高溫下工作,偶絲會老化以及接線端子的松動等原因,熱電偶的測量數值有時會有一定的誤差。因此窯爐操作工除了在控制室內觀看儀表外,必須定時要到窯爐現場觀看窯爐的燃燒情況,并用手提儀器測量并對照窯爐內的溫度值。有一位窯爐專家說得好:任何儀表都無法替代操作工人的眼睛,它是最真實的。這話說得中肯。

    通過觀察孔,我們可以看到:火焰的顏色、火焰的長度、亮度、剛度、燃燒的情況(有無黑煙)、火焰與料堆的距離、火焰與二側胸墻的距離(是否沖刷胸墻)、火焰與爐頂的情況(是否掃到爐頂)等。

    國內外對窯爐火焰的顏色辨別溫度以下的經驗:

    顏色辨別溫度COLOR SCALE FOR TEMPERATURES

    火焰顏色(COLOR)

       攝氏溫度(Degrees)

    可見的最低紅色(Lowest Visible Red)  

    475

    可見最低紅色到暗紅色(Lowest Visible Red to Dark Red)

    475~ 650

    暗紅色到櫻桃紅(Dark Red to Cherry Red) 

    650~750

    櫻桃紅到鮮紅色(Cherry Red to Bright Cherry Red)

    750~ 825

    鮮紅色到桔黃色(Bright Cherry Red to Orange)

    825~ 900

    桔黃色到黃色(Orange to Yellow)  

    900~1090

    黃色到亮黃色(Yellow to Light Yellow)   

    1090~320

    亮黃色到白色(Light Yellow to White)

    1320~1540

    白色到炫目白色(White to Dazzling White)

    ≥(and over)1540

    以上顏色辨別溫度僅供參考,要注意盡管現代技術發展迅速,但經驗證明沒有一個窯爐的燃燒其火焰工況是完全一樣的。

     

    十一  結論

    爐頂熱電偶測溫是玻璃窯爐的重要測點位,是測量窯爐內溫度的“眼睛”,它的穩定性和準確性對窯爐控制是至關重要的,不任是儀表還是計算機的顯示和控制。準確地、可靠地測出爐內溫度是一切工作的前提。

     

     

     

     

     

    2021年8月24日
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