探析氧化鋁廠的溫度類儀表典型故障

摘 要：在氧化鋁廠的生產(chǎn)過(guò)程中，溫度類儀表是使用得非常廣泛的熱工儀表，目前應(yīng)用得比較多的類型有雙金屬溫度計(jì)、熱電阻和熱電偶等。在氧化鋁廠的運(yùn)行中，通過(guò)觀察儀表的運(yùn)行狀態(tài)，可以及時(shí)的判斷機(jī)器設(shè)備、各個(gè)工況的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，采取有效的解決措施，預(yù)防事故的發(fā)生，確保機(jī)器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，除此之外，基于儀表的計(jì)算和記錄功能，也可以分析機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效能，以此改進(jìn)機(jī)組的運(yùn)行和操作方法，提升機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率。本文針對(duì)氧化鋁廠的溫度類儀表在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)生的典型故障進(jìn)行分析，提出針對(duì)性解決措施，促進(jìn)氧化鋁廠生產(chǎn)效率的提升。

關(guān)鍵詞：氧化鋁廠；溫度類型儀表；典型故障

中圖分類號(hào)：TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0237-02

1 氧化鋁生產(chǎn)對(duì)熱工儀表的指標(biāo)要求

近幾年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度越來(lái)越快，其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的水平也越來(lái)越高，氧化鋁工廠逐漸走向高度的自動(dòng)化生產(chǎn)模式。為了有效提升設(shè)備的安全性和可靠性，在氧化鋁廠的日常管理工作中，必須加強(qiáng)對(duì)各種儀表的維護(hù)、檢查和檢定。在氧化鋁廠儀表的使用過(guò)程中，如若采取錯(cuò)誤的維護(hù)或使用措施，極有可能會(huì)發(fā)生設(shè)備事故或生產(chǎn)事故。

2 常用溫度測(cè)量?jī)x表及工作原理

現(xiàn)階段，我國(guó)市場(chǎng)上測(cè)量溫度的儀表種類非常多，測(cè)量精度也各有差異。依據(jù)測(cè)溫方式的不同，可以將溫度測(cè)量?jī)x表分成兩種主要類型，分別為非接觸式和接觸式。非接觸式的測(cè)量?jī)x主要有：光電高溫計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)和全輻射式高溫計(jì)等。利用非接觸式紅外線測(cè)量溫度時(shí)，測(cè)溫的范圍非常大，響應(yīng)比較快，不會(huì)對(duì)被測(cè)的溫度場(chǎng)所產(chǎn)生破壞，除此之外，其缺點(diǎn)也非常明顯，容易受到外界的干擾，標(biāo)定非常困難，測(cè)量的誤差比較大。接觸式溫度測(cè)量?jī)x主要有雙金屬溫度計(jì)、熱電偶和熱電阻等。接觸式測(cè)溫儀表比較簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量精度較高；但因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測(cè)溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)，受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量。

2.1 雙金屬溫度計(jì)

雙金屬溫度計(jì)把兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬組合在一起，一端固定，當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種金屬熱膨脹不同，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)以指示溫度，這就是雙金屬片溫度計(jì)，測(cè)溫范圍為-80～600℃，它適用于工業(yè)上精度要求不高時(shí)的溫度測(cè)量。雙金屬片作為一種感溫元件也可用于溫度自動(dòng)控制。雙金屬溫度計(jì)是將繞成螺紋旋形的熱雙金屬片作為感溫器件，并把它裝在保護(hù)套管內(nèi)，其中一端固定，稱為固定端，另一端連接在一根細(xì)軸上，成為自由端。在自由端線軸上裝有指針，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，感溫器件的自由端隨之發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)細(xì)軸上的指針產(chǎn)生角度變化，在標(biāo)度盤上指示對(duì)應(yīng)的溫度。

2.2 熱電阻

在中低溫的測(cè)量工作中，熱電阻是應(yīng)用的最為廣泛的溫度檢儀器。根據(jù)金屬導(dǎo)體的電阻值會(huì)跟隨溫度的升高而逐漸升高，熱電阻基于此原理對(duì)溫度值進(jìn)行測(cè)定。熱電阻測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)為性能非常穩(wěn)定、測(cè)量的精度非常高。在所有熱電阻中，鉑熱電阻的測(cè)量精度是最高的，應(yīng)用的也比較廣泛，它不僅僅被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)行業(yè)的溫度測(cè)量，還被制作成為標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀器。一般而言，熱電阻基本上都是由純金屬材料制作而成，現(xiàn)階段應(yīng)用的最多的是銅和鉑，除此之外，現(xiàn)階段已經(jīng)逐漸使用銠、鎳和錳等稀有材料制作熱電阻。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測(cè)量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳等。熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線傳遞到DCS或PLC控制系統(tǒng)模塊并通過(guò)上位機(jī)顯示溫度或者在其它二次儀表上顯示溫度。

2.3 熱電偶

在溫度測(cè)量?jī)x表中，熱電偶也是非常常見(jiàn)的測(cè)溫儀器，它可以直接測(cè)量溫度，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，基于二次儀表，直接轉(zhuǎn)換成為被測(cè)介質(zhì)的溫度。因?yàn)樾枨蟛煌?，各種熱電偶的外形也各不相同，然而它們的基本構(gòu)造卻大致相同，基本都是由接線盒、熱電極和絕緣套保護(hù)管等三個(gè)主要部分構(gòu)成，常常和電子調(diào)節(jié)器、顯示儀表及記錄儀表一起配套使用。在有兩種不同的半導(dǎo)體或?qū)wA或B構(gòu)成的一個(gè)回路時(shí)，它的兩端會(huì)相互連接起來(lái)，只要確保兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，一端的溫度是T0，稱作參考端（也可以稱為自由端）或冷端，另一端稱為T，稱為熱端或工作端，回路中將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的大小、方向和兩個(gè)接點(diǎn)的溫度及導(dǎo)體的材料息息相關(guān)。我們通常將這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”現(xiàn)象，兩種導(dǎo)體構(gòu)成的回路稱之為“熱電偶”，將這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”，將產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為“熱電動(dòng)勢(shì)”。一般而言，熱電動(dòng)勢(shì)由兩個(gè)主要部分組成，它們分別是單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)和兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)。

將兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖1所示。當(dāng)A和B的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因此在回路中便產(chǎn)生一定大小的電壓，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一原理工作的。優(yōu)點(diǎn)有測(cè)量精度高，與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，不受中間介質(zhì)影響。測(cè)量范圍廣，-50～1600℃無(wú)間斷測(cè)量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶的型號(hào)也比較多，各型號(hào)熱電偶的測(cè)溫范圍也不盡相同，目前氧化鋁廠的焙燒車間的焙燒爐使用得最多的是S型和K型熱電偶來(lái)測(cè)量爐內(nèi)各點(diǎn)溫度。

3 溫度測(cè)量?jī)x表典型故障分析

筆者所工作的氧化鋁廠中，測(cè)量溫度的儀表設(shè)備主要為熱電阻、雙金屬溫度計(jì)和熱電偶等，在實(shí)際的運(yùn)用中，雙金屬溫度計(jì)主要是進(jìn)行就地顯示，熱電阻和熱電偶主要用于數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

3.1 外部原因引起的故障

在溫度測(cè)量?jī)x表典型故障中，外部原因產(chǎn)生的故障非常常見(jiàn)，產(chǎn)生的故障會(huì)對(duì)儀器的正常使用產(chǎn)生影響，導(dǎo)致儀器測(cè)量的溫度出現(xiàn)偏差或者不準(zhǔn)。通過(guò)分析我廠儀表設(shè)備的使用情況，外部原因主要的表現(xiàn)就是防雨措施沒(méi)有落到實(shí)處、保溫措施沒(méi)有做或者沒(méi)有做到實(shí)處，還有就是連接測(cè)溫儀表接頭的導(dǎo)線和空氣自然發(fā)生嚴(yán)重氧化也會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。上述外部原因都會(huì)造成溫度測(cè)量?jī)x表發(fā)生故障，如若不及時(shí)采取解決措施，就會(huì)影響儀器的正常使用。

3.2 安裝造成的故障

在氧化鋁廠的溫度類儀表中，因?yàn)榘惭b原因造成的設(shè)備故障現(xiàn)象也非常普遍，主要分為以下三種情況：①在安裝端面熱電阻時(shí)，因?yàn)榻佑|不良會(huì)導(dǎo)致溫度出現(xiàn)波動(dòng)情況，例如在我們廠用到的熱電阻中有些是端面熱電阻，因?yàn)闊犭娮韬偷鬃鶝](méi)有擰到位，或者因?yàn)榍岸藦椈墒プ饔茫瑢?dǎo)致熱電阻和被接觸面緊固接觸造成熱電阻受外界干擾而產(chǎn)生晃動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致儀器的溫度產(chǎn)生波動(dòng)，影響儀器的正常使用；②安裝溫度計(jì)時(shí)需要考慮不同的工況應(yīng)采取不同的安裝方式和測(cè)點(diǎn)，例如在氧化鋁廠焙燒車間焙燒爐主爐P04中部測(cè)量溫度時(shí)，往往需要在P04中部三個(gè)位置安裝三支熱電偶溫度進(jìn)行共同測(cè)量，并通過(guò)PLC控制系統(tǒng)取兩支溫度測(cè)量的平均值作為爐子中部溫度，因?yàn)槿犭娕紲y(cè)量出來(lái)的溫度由于工況或測(cè)點(diǎn)環(huán)境的原因測(cè)出的溫度是不一樣的，如果不裝三支而只裝一支如出故障，不但P04中部溫度沒(méi)有顯示，也沒(méi)有很好體現(xiàn)爐內(nèi)實(shí)際溫度；③插入深度不夠，這也是導(dǎo)致溫度測(cè)量不準(zhǔn)的重要原因之一，比如氧化鋁廠蒸發(fā)車間的蒸發(fā)系統(tǒng)剛投產(chǎn)時(shí)一至六效過(guò)料管上的溫度測(cè)量的熱電阻因施工單位做熱電阻的底座長(zhǎng)短不太一樣，統(tǒng)一規(guī)格型號(hào)的熱電阻插入時(shí)導(dǎo)致部分熱電阻插入長(zhǎng)度不夠，造成熱電阻接觸不到位，因傳熱方式主要依靠料漿通過(guò)保護(hù)套管對(duì)熱電阻進(jìn)行熱傳遞，如果接觸不到位一般會(huì)造成溫度測(cè)量偏低。

3.3 接線錯(cuò)誤及導(dǎo)線故障

在氧化鋁廠的溫度類儀表中，因?yàn)榻泳€錯(cuò)誤及導(dǎo)線故障導(dǎo)致溫度測(cè)量?jī)x表發(fā)生故障主要分為以下幾種情況：熱電偶的型號(hào)和熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)不一致，會(huì)導(dǎo)致溫度的顯示值差別很大，甚至?xí)^(guò)測(cè)量的量程；熱電偶正負(fù)極錯(cuò)誤一般溫度示值與實(shí)際值相差一固定值；熱電阻ABC三相接錯(cuò)導(dǎo)致溫度示值錯(cuò)誤；導(dǎo)線絕緣不好會(huì)造成溫度測(cè)量出現(xiàn)超量程或上位機(jī)出現(xiàn)紅底；信號(hào)回路接地導(dǎo)致內(nèi)部潮濕接殼，通常都會(huì)導(dǎo)致溫度偏低。電纜屏蔽系統(tǒng)儀表或DCS柜內(nèi)接地不良，或者多點(diǎn)接地，這種類型的故障極易導(dǎo)致電荷在信號(hào)線上積累，導(dǎo)致溫度示值發(fā)生波動(dòng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，溫度類儀表在氧化鋁廠的正常運(yùn)行中具有非常重要的作用。為了確保氧化鋁廠溫度類儀表的正常使用和運(yùn)行，必須保證設(shè)備維修人員具有精湛的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)溫度類儀表的工作原理和理論基礎(chǔ)有深入的了解，除此之外，還可以依據(jù)儀器實(shí)際運(yùn)行狀況，及時(shí)采取措施，排除儀器的故障，確保氧化鋁廠生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行。

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收稿日期：2018-5-4

作者簡(jiǎn)介：梁劍明（1984-），男，助理工程師，大專，主要在氧化鋁廠從事工業(yè)儀表及自動(dòng)化維護(hù)、檢修、安裝及調(diào)試方面工作。