紅外測(cè)溫儀在制硫燃燒爐的應(yīng)用

李雪梅，周鳳鳴，任禮道

慶陽(yáng)石化公司儀電運(yùn)行部，甘肅慶陽(yáng) 745002

0 引言

紅外檢測(cè)技術(shù)是一種集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)人在線監(jiān)測(cè)儀表，具有遠(yuǎn)距離、非接觸、不取樣、準(zhǔn)確、快速、直觀等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)特殊性介質(zhì)溫度測(cè)量，有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

制硫燃燒爐是硫磺回收裝置的關(guān)鍵設(shè)備，進(jìn)入裝置的原料酸性氣在爐內(nèi)燃燒轉(zhuǎn)化成主要組份為硫化氫、二氧化硫等氣體的過(guò)程氣。過(guò)程氣正常操作溫度在1 300℃左右，最高溫度可高達(dá)2 000℃，所以制硫燃燒爐爐膛溫度測(cè)量、控制十分關(guān)鍵。慶陽(yáng)石化公司3 000t/年硫磺回收裝置選用德國(guó)艾邦公司生產(chǎn)的紅外測(cè)溫儀和分度號(hào)為“B”型的熱電偶同時(shí)對(duì)制硫燃燒爐膛溫度進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量值對(duì)爐膛溫度進(jìn)行控制并進(jìn)安全儀表系統(tǒng)（SIS）參與聯(lián)鎖保護(hù)。

1 紅外測(cè)溫儀工作原理

溫度高于絕對(duì)零度的物體都在向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，紅外輻射能量的大小及其波長(zhǎng)的分布與物體表面溫度有著十分密切的關(guān)系，理論根據(jù)是普朗克黑體輻射定律，它定量地給出了不同溫度的黑體在各個(gè)波長(zhǎng)的電磁輻射能量的大小。黑體的表面溫度一定，它發(fā)射出某一波長(zhǎng)的電磁輻射的能量就一定，通過(guò)檢測(cè)黑體發(fā)射出的電磁輻射能量的大小，就可以知道物體的表面溫度。由于黑體發(fā)射的電磁輻射的波長(zhǎng)位于紅外線范圍，因此，把檢測(cè)黑體發(fā)射電磁輻射的測(cè)溫儀器稱為紅外測(cè)溫儀。

2 紅外測(cè)溫儀的組成

紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等單元組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路，并按照測(cè)溫儀內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。當(dāng)用紅外測(cè)溫儀測(cè)量溫度時(shí)，首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測(cè)溫儀計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度。單色測(cè)溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測(cè)溫儀與兩個(gè)波段的輻射量之比成比例。

3 紅外測(cè)溫儀的優(yōu)點(diǎn)

1）響應(yīng)速度快、便捷：紅外測(cè)溫儀可快速提供溫度測(cè)量，在用熱偶讀取一個(gè)滲漏連接點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)，用紅外測(cè)溫儀幾乎可以讀取所有連接點(diǎn)的溫度；

2）精確度高： 紅外測(cè)溫儀通常精度都是 1 度以內(nèi)。這種性能在做預(yù)防性維護(hù)時(shí)特別重要，可及時(shí)檢測(cè)到溫度異常情況，確保安全生產(chǎn)；

3）安全可靠：紅外測(cè)溫儀能夠安全地讀取難以接近的或不可到達(dá)的目標(biāo)溫度 ，可以在測(cè)溫儀所允許的范圍內(nèi)讀取目標(biāo)溫度，測(cè)量精度不受影響。

4 紅外測(cè)溫儀選型

選擇紅外測(cè)溫儀可從以下幾個(gè)方面考慮：

1）性能指標(biāo)方面：如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長(zhǎng)、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間、環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等；

2）測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍是測(cè)溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)，每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。因此，被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既不要過(guò)窄，也不要過(guò)寬。根據(jù)黑體輻射定律，在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過(guò)由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化，因此，測(cè)溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波較好；

3）確定目標(biāo)尺寸：紅外測(cè)溫儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀(輻射比色測(cè)溫儀)。對(duì)于單色測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)，被測(cè)目標(biāo)尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%為最佳；

4）光學(xué)分辨率：光學(xué)分辨率由測(cè)溫儀到目標(biāo)之間的距離D與測(cè)量光斑直徑S之比確定的。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高，即增大D：S比值，測(cè)溫儀的成本也越高；

5）波長(zhǎng)范圍：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜響應(yīng)或波長(zhǎng)，在高溫區(qū)，測(cè)量金屬材料溫度的最佳波長(zhǎng)是近紅外，可選用0.18μm～1.0μm波長(zhǎng)。其他溫度區(qū)可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長(zhǎng)。紅外能量會(huì)穿透的材料，如測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用10μm、2.2μm和3.9μm(被測(cè)玻璃要很厚，否則會(huì)透過(guò))波長(zhǎng)；測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用5.0μm波長(zhǎng)；測(cè)低區(qū)選用8μm～14μm波長(zhǎng)為宜；如測(cè)量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長(zhǎng)，聚醋類選用4.3μm或7.9μm波長(zhǎng)，厚度超過(guò)0.4mm選用8μm～14μm波長(zhǎng)；如測(cè)火焰中的C02用窄帶4.24μm～4.3μm波長(zhǎng)，測(cè)C0用窄帶4.64μm波長(zhǎng)，測(cè)N02用4.47μm波長(zhǎng)；

6）響應(yīng)時(shí)間：新型紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1ms。對(duì)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，易選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng)，從而降低測(cè)量精度。對(duì)于測(cè)量靜止或存在熱慣性目標(biāo)時(shí)，測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可放寬要求。因此，紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng)。

5 安裝示意圖及使用注意事項(xiàng)

5.1 安裝示意圖1

5.2 使用注意事項(xiàng)

1）在裝置停車時(shí)，需關(guān)閉紅外測(cè)溫儀根部球閥，防止有毒氣體泄漏，造成事故；

2）燃燒爐在初始烘爐階段，工藝系統(tǒng)溫度低于500℃時(shí)，該紅外測(cè)溫儀沒(méi)有指示，所以有工藝介質(zhì)溫度低于500℃時(shí)，應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)熱電偶指示溫度為準(zhǔn)。

6 結(jié)論

紅外測(cè)溫技術(shù)廣泛應(yīng)用在石油、化工行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程測(cè)量中，以其響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)裝置產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)、設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

[1]程玉蘭.紅外診斷實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]何志彪，黃光，易新建.熱釋電紅外測(cè)溫方程的研究[J].紅外技術(shù)，1999.

[3]陳繼述.紅外探測(cè)器[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1986.