分布式光纖測溫系統(tǒng)在電解鋁行業(yè)應用探討

摘 要：本文就分布式光纖測溫系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和在電解鋁企業(yè)相關設備中的應用可行性進行了探討，為電解槽、中頻爐、混合爐等冶煉設備實現(xiàn)在線溫度監(jiān)控提供了參考。

關鍵詞：分布式光纖測溫；電解槽；在線監(jiān)測

0 引言

國內(nèi)電解鋁行業(yè)規(guī)模在最近十年來取得了飛速發(fā)展。槽型和系列規(guī)模不斷增大，配套裝備制造業(yè)也緊隨其發(fā)展逐步跟進，但發(fā)展速度和技術水平仍不能滿足現(xiàn)階段電解鋁企業(yè)對設備精細化和專業(yè)化管理需求。在電解槽日常管理中，槽殼溫度監(jiān)控是一個重要的環(huán)節(jié)。目前，電解槽測溫主要靠人工利用紅外線測溫儀對電解槽殼的某些點進行間斷性的測量。這種測溫方法存在諸多不足，如電解槽數(shù)量多、測溫區(qū)域龐大，采用這種方法，電解槽的連續(xù)多點測量無法實現(xiàn)，不利于測溫數(shù)據(jù)的保存、分析等。如果能夠對電解槽殼溫度進行連續(xù)、多點在線監(jiān)測，自動生成每臺電解槽殼多點溫度曲線，實現(xiàn)槽殼溫度閾值報警功能，將會對電解槽工藝參數(shù)分析和安全運行提供有力的數(shù)據(jù)支持。廣泛應用于電力、石油、化工等行業(yè)的分布式光纖測溫系統(tǒng)將可能滿足這個需求。

1 光纖測溫原理介紹

當在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖時，激光在光纖中向前傳播的同時，自發(fā)產(chǎn)生喇曼散射光波。喇曼散射光波的強度受所在光纖散射點的溫度影響而有所改變。通過獲取沿光纖散射回來的背向喇曼光波，可以解調(diào)出光纖散射點的溫度變化。同時，根據(jù)光纖中光波的傳輸速度與時間的物理關系，可以對溫度信息點進行定位。

2 光纖測溫主要應用領域

①電力行業(yè) 電力電纜、高壓開關柜運行溫度監(jiān)測；電力變壓器、電容器、電抗器溫度監(jiān)測；發(fā)電機、高壓電動機繞組溫度監(jiān)測；發(fā)電廠高壓蒸汽管道溫度監(jiān)測；輸煤皮帶、磨煤機溫度檢測。②機電冶金行業(yè) 高爐溫度安全運行監(jiān)測；機電設備過熱監(jiān)測；軋鋼生產(chǎn)線溫度測量；整流柜過熱監(jiān)測。③石油行業(yè) 油井溫度分布實時測量；儲油罐槽溫度檢測與消防；油田電氣設備溫度運行監(jiān)測。④化工行業(yè) 儲料罐槽溫度監(jiān)測；反應釜溫度監(jiān)測。

3 光纖測溫系統(tǒng)參數(shù)、特點及優(yōu)越性

①測點連續(xù)，可以全面、實時檢測被監(jiān)測對象各點的溫度，監(jiān)測范圍大；既可測線，亦可測點，容易實現(xiàn)各種工況的實時在線監(jiān)測及早期預警。②光纖本身即為傳感器，防燃、防爆、防腐蝕、耐高電壓和強電磁場、耐輻射，抗干擾性能力強，無擊穿、燒毀等問題。③現(xiàn)場只有敷設的光纖或光纜，無電子設備，系統(tǒng)運行可靠性高。④光纖測溫系統(tǒng)技術參數(shù)：

測溫范圍：-45℃-400℃；

測量距離：最大16km；

測溫精度：±1℃；

溫度分辨率：0.1℃；

定位精度：光纖探頭5cm；自由展開光纖1m 或25cm可選。

4 電解槽殼溫度監(jiān)測重要性

槽殼溫度的測量是電解生產(chǎn)管理的重要工作之一。一方面通過槽殼溫度檢測可以反映出電解槽爐膛狀況，爐膛形狀的好壞會直接影響到電解槽的保溫和能耗狀況，技術人員通過對槽殼溫度分析，可制定出相應的爐膛修復方案。另一方面槽殼溫度是反映電解槽運行安全狀況的重要依據(jù)。電解槽的運行安全對電解生產(chǎn)至關重要，一旦電解槽發(fā)生漏槽，將造成電解系列停電，輕則故障電解槽停運大修，重則造成直流母線燒毀，系列停槽，對企業(yè)造成重大經(jīng)濟損失。

5 電解槽殼溫度監(jiān)測方法

目前一些大學及企業(yè)對電解槽殼在線溫度檢測方法正在研究及研發(fā)成功的有以下幾種：

①熱電偶測溫模塊分布式槽殼溫度監(jiān)測系統(tǒng)。采用熱電偶作為溫度傳感器，信號采用有線傳輸，輸出信號范圍4-20mA，采用信號采集器和中繼器實現(xiàn)信號集中遠距離傳輸，采用通訊管理器實現(xiàn)數(shù)據(jù)橋接后送入上位監(jiān)控機，通過上位機監(jiān)控軟件實現(xiàn)溫度集中監(jiān)控、閾值報警等功能。②無線布點式槽殼溫度監(jiān)測系統(tǒng)。采用智能溫敏元件作為溫度傳感器，信號采用模塊式無線傳輸，輸出信號為高頻載波信號，每個測溫點安裝一個無線溫度檢測模塊，采用無線中繼實現(xiàn)信號遠距離傳輸，通過無線網(wǎng)關實現(xiàn)數(shù)據(jù)橋接后送入上位監(jiān)控機，通過上位機監(jiān)控軟件實現(xiàn)溫度集中監(jiān)控、閾值報警等功能。③基于光纖傳感器的鋁電解槽殼溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。采用光纖作為溫度傳感器，同時光纖本身又是信號傳輸載體，傳遞信號為光信號，信號傳輸期間不需要轉換，根據(jù)光纖測溫系統(tǒng)空間分辨率可實現(xiàn)連續(xù)多點測溫。

二種分布式測溫系統(tǒng)采用測溫元件為熱電偶和熱電阻，采用有線或無線形式進行信號傳輸。電解槽工作環(huán)境存在強磁場干擾，而熱電偶和熱電阻輸出均為弱電信號，電解系列規(guī)模越大，槽子數(shù)量越多，信號傳輸距離就越遠，因此抗干擾和遠距離信號傳輸問題是以上兩種測溫系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運行必須要解決的難題。另外，熱電偶和熱電阻均為金屬材料制作，存在與電解槽絕緣問題。采用這兩種方法需投入大量測溫元件、中繼器等信號監(jiān)測及傳輸設備，測點越多，投資越大。另一種種測溫方法采用光纖作為傳感器，同時作為信號傳輸載體，具有抗電磁干擾、絕緣強度高、測點連續(xù)，增加測溫光纖長度即可增加測點數(shù)量，可擴展性強，信號傳輸距離長且穩(wěn)定性高等優(yōu)點。與前兩種測溫系統(tǒng)相同，光纖測溫信號引入監(jiān)控機服務器后，通過監(jiān)控軟件即可實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)分析、自動生成電解槽殼溫度曲線、實現(xiàn)槽殼溫度閾值報警等多種功能。

利用光纖測溫系統(tǒng)的獨特優(yōu)點，可以將其擴展應用于工（中）頻爐爐體、線圈溫度在線監(jiān)測和混合爐爐體溫度在線監(jiān)測，實現(xiàn)重要設備重要參數(shù)的在線監(jiān)測與報警，便于及時發(fā)現(xiàn)設備隱患，減少設備事故發(fā)生幾率，節(jié)約企業(yè)成本。

6 結束語

自從20世紀70年代中期光纖測溫傳感器發(fā)明以來，以其優(yōu)越的特性在工業(yè)、民用等多種領域得到了飛速發(fā)展和廣泛的應用。隨著電解鋁企業(yè)對電解系列運行安全的重視和各高校、企業(yè)的協(xié)作開發(fā)，光纖測溫技術在電解槽殼測溫等領域的應用將有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1]李海港.分布式光纖光柵測溫系統(tǒng)[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[2]程德福.傳感器原理及應用[M].中國教育出版社，2010.

[3]王魁漢.溫度測量實用技術[M].機械工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：劉新鋒（1977-），男，漢，畢業(yè)于中南大學，本科，電氣工程師。