磁力泵溫度測量的改進

俞錢輝

（上海高橋捷派克石化工程建設有限公司，上海 201507）

0 引言

在化工生產中，一些企業需要用泵來實現液體物料傳送，而磁力泵因結構簡單，運用的非常廣泛，它把泵軸的旋轉部分，葉輪內磁轉子等封閉在隔離罩內，使泵內液體與外界完全隔離達到了無泄漏的目的，磁力泵因其固有的特點，解決了石化企業液體介質傳輸中“跑、冒、滴、漏”等問題，減少了環境污染，而得到了廣泛應用。磁力泵雖然實現了無泄漏，但它最大缺點就是磁性材料受工作溫度影響，溫度一但過高，磁力傳動器（內外轉子）就可能因高溫退磁失效,為了提高磁力泵安全可靠性，溫度測量顯得尤為重要。

1 磁力泵測溫系統構成及熱電偶的原理

磁力泵由泵、磁力傳動器、電機三部分組成.關鍵部件磁力傳動器由外磁轉子、內磁轉子及不導磁的隔離罩組成[1]。磁力泵應在規定的溫度下運行，嚴禁溫度超標，在磁力泵隔離罩表面裝設熱電偶溫度檢測裝置，檢測外轉子與隔離罩環隙區域溫度，以便在溫度超標時報警或停機。磁力泵一般情況下只用于溫度不高于100°C，排出壓力低于1.6MPa的液體物料輸送。

而我們現場用來測溫的熱電偶是一種感溫元件，它測量溫度的基本原理：是由兩種導體（不同成份的材質）組成一個閉合回路，一但它們兩端存在溫度梯度時，回路中就會產生電流，電流產生后，兩端之間就存在熱電動勢。兩種不同成份的均質導體，溫度較高的一端作為工作端，溫度較低的一端作為自由端，一般自由端會處于某個恒定的溫度下。

1.1 測量溫度系統的工作原理

現場磁力泵的測溫系統由合金絲、熱電芯、與不銹鋼隔離罩，熱偶外殼組成熱電偶測量回路。合金絲一端被焊在不銹鋼隔離罩上，另一端與熱電偶外殼連接起來，整個隔離罩作為熱偶測量回路組成部分，所以測得是隔離罩上合金絲焊點處的局部溫度。例如：兩種不同的金屬導體A和B接觸時，有溫差時，在它們的交界處會形成電動勢，這就是熱電動勢，熱電動勢的大小與溫度高低有關，溫度越高，熱電動勢越大。

熱電勢等于熱電偶兩接點電勢的代數和，當A、B導體材料確定后，熱電勢就是接電溫度的函數差。如果一端溫度保持不變，即為常數；則熱電勢就成為另一端溫度T的單值函數了。

1.2 現場磁力泵測溫系統構成

磁力泵測溫系統傳感部分(如圖二)由內外二部分組成：內部80mm合金長絲頭部點焊在隔離罩中間表面，合金絲與隔離罩表面之間用絕緣層隔離，合金絲緊密粘貼在隔離罩表面，延伸至A點，合金絲作為熱電偶負端，不銹鋼隔離罩作為熱電偶正端，外部由溫度變送器與熱電偶組成，熱電偶芯是活動的,設備里面有彈簧和合金絲，由ф12大小的螺紋設備擰入泵體至A點，依靠彈簧彈力與合金絲連接組成熱電偶負端，熱電偶外殼也依靠彈簧彈力與隔離罩表面連接組成熱電偶正端，一但這兩部溫度不同，則在回路內會產生電動勢。而配置的溫度變送器為德國產的隨機產品,沒有詳細資料,也不支持HART通訊器，以現有的條件無法判斷熱電偶的分度號[2]。如圖1、圖2 、圖3所示。

圖1 磁力泵測溫系統的示意圖

圖2 一體化溫度傳感變送器

圖3 磁力泵不銹鋼隔離罩

2 磁力泵測量溫度系統缺陷

本公司的現場裝置是從美國DOW化學公司引進，2006年11月建成投產，目前裝置共有各類型號磁力泵21臺，全部為德國制造，溫度測量系統是隨機設備，同樣也是德國產品，在日常儀表維護工作中，磁力泵溫度測量故障較多，表現為：溫度指示與實際值偏差大，波動頻繁，有時甚至溫度指示超標，引起聯鎖起跳，導致泵無法運行，裝置非計劃停車[3]。對于這些故障，我們經過分析研究，并對發生溫度指示故障的泵進行解體檢查發現，引起磁力泵溫度指示不準的故障原因有以下幾點：

1）溫度變送器老化，穩定性變差

磁力泵測溫系統傳感器與溫度變送器系是一體化的，且不支持HART通訊，無法對其校驗檢修，不能用其它獨立的溫度變送器替代，只能整套更換。

2）隔離罩與外磁轉子間內有異物

隔離罩與外磁轉子間內有異物，發生摩擦造成熱偶絲斷裂，從而引起測量回路斷路.經咨詢供應商，可以修復，但需送至德國生產廠修理。

3）接觸點A點部位有垃圾油污粘附

接觸點有垃圾或者油污，使得接觸接觸不良，引起溫度忽上忽下，特別在夏天，會引起設備聯鎖起跳。

4）安裝上的原因

由于外部熱電偶與合金絲連接依靠彈簧彈力，測量設備擰得過緊或過松，會引起測量回路開路和測量不準。

5）泵體本身震動，也會引起接觸不良

泵體本身使用過久會引起震動，使得測量接觸不良，測溫不準。

由于以上原因的存在，特別在夏季室外環境溫度可達40-50°C時候。而磁力泵溫度控制指標：55°C時候DCS報警，60°C聯鎖啟動停泵。泵的指示溫度一波動，馬上會引起DCS報警，直至聯鎖停泵，對裝置安全生產帶來了很大的影響，成為夏季生產“老大難”問題。針對這種情況，經過不斷摸索，研究及試驗，對磁力泵溫度測量系統進行了改造。

3 磁力泵溫度測量系統改造

3.1 熱電偶的制作

磁力泵測溫點在隔離罩表面，外磁轉子與隔離罩之間間隙，經測量只有0.8—1mm，且外磁轉子是高速旋轉的，現有偏平式及鎧裝式熱偶都無條件安裝，只有自制熱電偶方式來測量隔離罩溫度(放棄以前彈簧式接觸的測量方式)。

熱電偶的補償導線是在一定溫度范圍內（0～100°C）的一對各自帶有絕緣層的導線，補償導線實際上就是熱電偶的延長，所以用補償導線來制作熱電偶是一個可行的辦法[4-5]。

T型（銅，銅鎳）熱電偶是所有廉價金屬熱電偶精度最高，通常用來測量300°C以下的溫度，.經過對比選擇T型（銅，銅鎳）補償型補償導線.型號為：TXHFF多股線芯，單股線徑為0.2mm來制作分度號為T型熱電偶。

首先清潔隔離罩表面，用細砂紙打磨，隨后用單股線徑為0.2mm補償導線正端（銅）和補償導線負端（銅鎳）分別焊接在隔離罩中間表面作為熱電阻正負極，為了減少傳熱誤差和滯后，焊接要求接觸良好，牢固，焊接點盡量小。如圖4所示。

圖4 改造后熱電偶實際圖

把熱偶絲緊密地用專用絕緣膠帶粘在隔離罩表面，延伸至泵體外的儀表接線盒，連接溫度變送器(ROSEMOUNT廠家的248),儀表接線盒內長約250mm，正負偶絲與隔離罩要很好的絕緣，防止短路。如圖5所示。

圖5 改造后磁力泵測溫變送器系統實際圖

3.2 自制熱電偶標定校驗

自制熱電偶配套溫度變送器選用本公司廣泛使用ROSEMOUNT 248HAI5NONS溫度變送器。根據磁力泵運行的工況條件，溫度變送器量程設置0—100°C，分度號選擇T，標定校驗設備：標準精密溫度計，24V穩壓電源，250歐姆標準電阻，HART375通訊器[6]。如圖6所示。

圖6 自制熱電偶校驗標定示意圖

在不銹鋼隔離罩分別加入冰水和熱水使其溫度恒定在某一值（0°C.10°C.20°C......），觀察記錄標準溫度計溫度指示值及375顯示溫度輸出電流及相對應的溫度，具體數據如表1所示。

表1 標準溫度與被校溫度對照表

經過反復多次標定校驗，自制熱電偶反應靈敏，穩定性好，線性及精度符合裝置使用的技術指標。

3.3 實際應用情況

今年9月改造后的兩臺磁力泵投入運行，經受了幾十天的連續高溫天考驗，測溫系統運行正常，無一起故障發生，而其他未改造過測溫系統的磁力泵溫度指示故障頻發。今后在條件允許的情況下，決定逐步對裝置所有磁力泵測溫系統進行改造。經過測算，改造一套磁力泵測溫系統設備費用僅為1800人民幣左右，（ROSEMOUNT 248溫度變送器1800元左右，因自制熱電偶只需少許補償導線，價格忽略不計）[7]。相比更換原先的測溫系統每套可以節約5萬元.而且過去碰到偶絲斷裂等故障時，由于無備件，往往束手無策，巧婦難為無米之炊，自制熱電偶工藝簡單，價格低廉，技術指標符合要求，對進口設備國產化具有積極意義，做了一次有意義的嘗試。

4 結束語

磁力泵測溫系統的改造，由于摒棄了中間彈簧力接觸點測量方式，多年以來困擾磁力泵正常運行的“老大難”問題迎刃而解，又可為企業節約大量資金，降低生產成本，取得了顯著效果，為今后工作開拓了新思路。□

[1]歷玉鳴.化工儀表及自動化.化學工業出版社.2007.

[2]李梅喜,徐漢生,童存祥等.檢維修服務指南.中國石化建安檢維修專業協會,中國建筑業協會石化建設分會檢維修專業委員會.2012.

[3]王強,史瑞生,孫寶慈等.石油化工職業技能培訓教材.中國石化出版社.2010.

[4]姜仁杰.儀表維修工.化學工業出版社.1996.

[5]葉昭駒.化工自動化基礎.化學工業出版社.1984.

[6]陳洪全.儀表工程施工手冊.化學工業出版社.2005.

[7]蔡夕忠.化工儀表化學工業出版社.2004.