工業(yè)爐上熱電偶補償導線(xiàn)的不當使用

摘要:通過(guò)6個(gè)故障實(shí)例說(shuō)明了工業(yè)加熱生產(chǎn)現場(chǎng)所應用的熱電偶補償導線(xiàn)不當使用引發(fā)的設備運行事故和生產(chǎn)事故。分析了事故產(chǎn)生的原因。指出了為避免同類(lèi)生產(chǎn)和設備事故應該采取的關(guān)于工業(yè)加熱生產(chǎn)現場(chǎng)熱電偶配套補償導線(xiàn)的配置、運行、操作方式的12個(gè)要點(diǎn)以及相關(guān)的技術(shù)措施。
       傳感器的正確、規范化應用是保障測量與控制設備正常運行、在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現工藝技術(shù)的關(guān)鍵。工業(yè)加熱爐作業(yè)現場(chǎng)常見(jiàn)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(chǎn)事故。這些故障和事故使溫度計量和控制不能正確實(shí)現，會(huì )影響熱加工生產(chǎn)的進(jìn)程和作業(yè)效率、造成產(chǎn)品質(zhì)量的降低;嚴重時(shí)還會(huì )使產(chǎn)品批量不合格，甚至造成電爐設備的損壞導致停產(chǎn)、引發(fā)電爐損壞事故。所以，在工業(yè)加熱生產(chǎn)現場(chǎng)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(yè)加熱現場(chǎng)常用的測溫傳感器。根據生產(chǎn)現場(chǎng)積累的實(shí)踐經(jīng)驗，記錄了--些因熱電偶所用補償導線(xiàn)配置或使用不當引發(fā)的典型工業(yè)電爐設備、生產(chǎn)故障，對其中的一些關(guān)于補償導線(xiàn)的故障加以分析討論、供從業(yè)人員在工業(yè)加熱生產(chǎn)現場(chǎng)進(jìn)行電爐設備維護、管理與生產(chǎn)運行工作時(shí)參考。熱電偶只是工業(yè)加熱用電爐溫度顯示和控制系統的一-個(gè)傳感器器件,在以下的分析中,為簡(jiǎn)潔突出重點(diǎn)，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(wú)故障狀態(tài)。
1補償導線(xiàn)和熱電偶不配套使用的故障
1.1故障實(shí)例
       熱加工車(chē)間1300℃高溫電阻爐大修后試車(chē),發(fā)現在高溫區1000℃以上溫度指示偏大嚴重。800℃及以下時(shí)溫度顯示數值也偏大。
1.2故障現場(chǎng)處理及原因分析
1)處理方法
       熱電偶及顯示儀表在大修時(shí)均進(jìn)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(fā)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(xiàn)，發(fā)現補償導線(xiàn)的的材質(zhì)是“銅-康銅”;這類(lèi)補償導線(xiàn)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(xiàn)。顯然，補償導線(xiàn)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(xiàn)，故障排除。
2)原因分析
       現場(chǎng)安裝儀表時(shí)，忽略了補償導線(xiàn)與熱電偶的配套關(guān)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(chǎng)應設置在溫度恒定的區域，再通過(guò)一定的溫度補償達到計量正確的目的;這類(lèi)溫度補償即冷端補償。要注意的是，補償導線(xiàn)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(cháng);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(cháng)會(huì )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(xiàn)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(xiàn)稱(chēng)為延長(cháng)導線(xiàn)或補償導線(xiàn)，顯然,補償導線(xiàn)的功能在于“補償熱電極長(cháng)度的不足”。按照補償導線(xiàn)與熱電極熱電特性在常溫下相近的思路，補償導線(xiàn)和熱電偶是配套使用的。
1.3故障1揭示的要點(diǎn)
(1)補償導線(xiàn)僅起到延長(cháng)電極的作用，其長(cháng)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(guān))
(2)補償導線(xiàn)應與所采用的熱電偶配套使用。
(3)補償導線(xiàn)的工況在0~100℃。
1.4與故障1相關(guān)的技術(shù)措施
(1)熱電偶補償導線(xiàn)要根據所處的環(huán)境溫度和現場(chǎng)工況進(jìn)行選擇。根據現場(chǎng)環(huán)境溫度情況選擇相應的補償導線(xiàn)護套，環(huán)境溫度為-25~105℃時(shí)應該選擇聚氟乙烯護套，環(huán)境溫度為-60~205℃時(shí)選擇聚全氟Z烯護套，在-60~260℃時(shí)選擇聚四氟乙烯為護套。
(2)補償導線(xiàn)與熱電偶配套對應關(guān)系如表1。表1選自文獻[1]和GB/T4889--94《熱電偶用補償導線(xiàn)》。補償導線(xiàn)的絕緣著(zhù)色及護套著(zhù)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(xiàn)、熱電偶正負極錯用的故障
2.1故障實(shí)例2
       熱處理車(chē)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(méi)有溫度指示。
2.2故障現場(chǎng)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(wèn)題主要從安裝角度考慮?，F場(chǎng)觀(guān)察發(fā)現儀表指針?lè )聪蚱D，說(shuō)明線(xiàn)路連接沒(méi)有問(wèn)題。用毫伏表測量熱電偶和儀表輸人端，發(fā)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(fā)現指示溫度值比實(shí)際溫度值偏小，詢(xún)問(wèn)檢定人員和現場(chǎng)安裝人員，排除冷端補償和零點(diǎn)校正問(wèn)題的可能。觀(guān)察發(fā)現熱電偶補償導線(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)生的電勢不同。這樣就使得熱電偶及其補償導線(xiàn)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(méi)有溫度顯示;在第1次進(jìn)行調整時(shí)，沒(méi)有同時(shí)調整補償導線(xiàn)，補償導線(xiàn)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(shí)際溫度偏低。
2.3故障2揭示的要點(diǎn)
(1)熱電偶與補償導線(xiàn)均具有極性，不能接反。
(2)補償導線(xiàn)和熱電偶的極性應對應一致。
(3)進(jìn)行熱電偶校驗時(shí)最好和現場(chǎng)配套的補償導線(xiàn)一并校驗。
3冷端補償不足故障
3.1故障實(shí)例3
       某熱處理車(chē)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(chǎng)處理及原因分析
(1)處理方法:實(shí)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(shí)際溫度對照，發(fā)現溫度變送器存在零點(diǎn)調整偏低問(wèn)題。校正溫控器零點(diǎn),故障排除。
(2)原因分析:這實(shí)際上是-一個(gè)冷端補償問(wèn)題。熱電偶的冷端溫度理論值是0℃。但工業(yè)現場(chǎng)，熱電偶的冷端通常在室溫環(huán)境下。溫度變送器輸人端接收的電勢V等于熱電偶所產(chǎn)生的電勢E減去冷端電勢(環(huán)境溫度電勢)E2。即，V=E-E2。在儀表校驗室，室溫較低，冷端產(chǎn)生的熱電勢為E2s;在設備安裝現場(chǎng)，室溫高于校驗室，此時(shí)的冷端熱電勢為E2n。這樣就使得儀表輸人電勢V在生產(chǎn)現場(chǎng)較儀表校驗現場(chǎng)偏低的現象。本例中，現場(chǎng)維修工認為補償導線(xiàn)已經(jīng)起到了補償作用，這是錯誤的認識。事實(shí)上，在應用補償導線(xiàn)使熱電偶冷端達到溫度相對穩定后,還應該按照實(shí)際運行的冷端溫度進(jìn)行冷端溫度補償,常用的簡(jiǎn)便方法是調整儀表的零點(diǎn)達到補償目的。也就是說(shuō)，補償導線(xiàn)只起到延長(cháng)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(xiàn)的作用來(lái)說(shuō)，補償名不副實(shí)，還是稱(chēng)做延長(cháng)導線(xiàn)更符合其實(shí)際功能。
3.3故障3揭示的要點(diǎn)
(1)補償導線(xiàn)只能延長(cháng)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(chǎng)的實(shí)際室溫;當因季節導致熱電偶冷端所處室溫改變時(shí),應校準儀表零位。
3.4與故障3相關(guān)的技術(shù)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(diǎn)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(yè)方法可參見(jiàn)相關(guān)手冊。
4補償導線(xiàn)的安裝故障
4.1故障實(shí)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(dòng)，穩定時(shí)指針指向最大。
4.1.1故障現場(chǎng)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(guān)察補償導線(xiàn)，發(fā)現補償導線(xiàn)與指示儀表接線(xiàn)處為導線(xiàn)直接纏繞在接線(xiàn)螺釘上，運行后發(fā)熱、燒蝕，造成接點(diǎn)接觸不良。重新處理接頭，原補償導線(xiàn)為銅-銅鎳，在其兩端壓接銅線(xiàn)鼻子(接線(xiàn)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(cháng)期運行無(wú)故障。
4.1.2故障原因分析
       補償導線(xiàn)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(shí)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(dòng)，有時(shí)指示溫度正常，有時(shí)沒(méi)有溫度顯示。
4.2.1故障現場(chǎng)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(guān)察補償導線(xiàn)，發(fā)現補償導線(xiàn)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(xiàn)接地時(shí)，無(wú)信號輸出到指示儀表;當接地處因某種原因(牽拉或者移動(dòng))暫時(shí)脫離接地時(shí)，設備正常;出現斷續接地時(shí)，顯示指針上下波動(dòng)。
4.3故障實(shí)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(dòng)不穩定但波動(dòng)幅度不大。觀(guān)察還發(fā)現升溫過(guò)程中，此波動(dòng)明顯;電爐保溫時(shí)穩定或者偶有波動(dòng)。
4.3.1故障現場(chǎng)處理
       觀(guān)察發(fā)現溫度顯示儀表的指針波動(dòng)與加熱電流變化相關(guān)。檢查補償導線(xiàn)，發(fā)現補償導線(xiàn)與電阻爐加熱電源主電線(xiàn)同向且捆扎-起敷設。單獨敷設補償導線(xiàn)和儀表連接線(xiàn)，使補償導線(xiàn)與主電源線(xiàn)隔離，故障排除。
4.3.2故障原因分析
       補償導線(xiàn)受到主電源的電磁干擾。
4.4故障揭示的要點(diǎn)
(1)補償導線(xiàn)絕緣及保護套管應完好，發(fā)現有絕緣破壞或者老化現象應及時(shí)更換。
(2)補償導線(xiàn)與熱電偶和指示儀表或變送器連接應牢固可靠。補償導線(xiàn)的接頭應采用接線(xiàn)端子焊接或壓接,并做必要的防腐措施。
(3)補償導線(xiàn)及儀表信號線(xiàn)不得與高電壓電源線(xiàn)同管或接近敷設，避免電磁干擾。
5結語(yǔ)
       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(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題在熱加工生產(chǎn)中經(jīng)常出現。補償導線(xiàn)是其中的一一個(gè)重要故障點(diǎn)。在熱電偶的使用、維護中，應當以規范化的作業(yè)手段進(jìn)行安裝和運行工作。補償導線(xiàn)配置、運行方式的規范化是熱加工、化工生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)運行中的一-項重要課題，需要從業(yè)人員在實(shí)踐中結合相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識不斷完善、避免設備和生產(chǎn)事故的發(fā)生。