高壓熱電偶及其變送器在高壓聚乙烯裝置的應用

楊依臣

(神華新疆化工有限公司)

高壓熱電偶及其變送器在高壓聚乙烯裝置的應用

楊依臣

(神華新疆化工有限公司)

對高壓熱電偶和高壓熱電偶變送器(快速溫度變送器)在高壓聚乙烯裝置的安裝、調試和使用經驗予以介紹，這對于高壓熱電偶在后續項目的實施與應用具有重要意義。

高壓聚乙烯 高壓熱電偶 快速溫度變送器

高壓聚乙烯裝置加工和儲存的主要介質為乙烯、醋酸乙烯及過氧化物等易燃易爆物質。乙烯在一定的壓力下進入裝置，經過一次/增壓壓縮機壓縮到25～31MPa，與高壓回路的高壓循環氣一起進入二次機，二次機將乙烯升壓至反應壓力，然后送入反應器進行聚合反應。工藝過程操作壓力最高達到310MPa，反應溫度最高達到320℃，聚合反應非常劇烈，如果操作不當極易產生乙烯分解爆炸，因此對儀表控制系統和關鍵的現場儀表要求有非常高的可靠性且響應速度應極快。為保證高壓熱電偶測量信號的快速可靠性，高壓聚乙烯裝置高壓管線測溫均采用專用的高壓惰性熱電偶，根據高壓熱電偶的應用位置不同，其壓力等級分為PN50MPa、PN160MPa、PN360MPa，高壓熱電偶與透鏡墊的密封采用金屬線密封，響應時間為t-50<0.6s、t-90<1.8s。

全裝置共有144支高壓熱電偶，其中有103支作為EP1和EP2的輸入觸發信號，作用極其重要，為保證信號的快速、可靠傳送，采用快速溫度變送器把熱偶信號轉換為標準4～20mA信號，再送入DCS/SIS系統。快速溫度變送器響應時間要求為t-50≤30ms。

筆者參加了神華新疆煤制烯烴項目高壓聚乙烯裝置高壓熱電偶和快速溫度變送器的儀表選型、詳細設計、現場施工、裝置開車及運行維護等有關工作，并對高壓聚乙烯裝置開車和運行階段遇到的高壓熱電偶常見問題進行了深入分析和妥善處理。

1 高壓熱電偶的技術要求

1.1 選型要求

全裝置高壓熱電偶共有144支，其中PLT4935型號(L1=135mm，L=338mm) 50支，PLT4926型號(L1=156mm，L=358mm)94支，全部采用NiCr-Ni (Type K)雙支熱電偶，外徑為φ9mm，設計壓力360MPa，測量范圍0～400℃，響應時間t-50<0.6s、t-90<1.8s。因中間接線箱需要放置在現場振動小且易于操作維護的位置，為了保證延長電纜能夠順利連接至接線箱，本裝置要求所有高壓熱電偶的延長電纜由廠家推薦的10m改為15m。高壓熱電偶如圖1所示。

圖1 高壓熱電偶

1.2 安裝要求

高壓熱電偶與透鏡墊之間采用螺紋連接，密封形式為錐形金屬線密封。因設計壓力高達360MPa，對高壓熱電偶的安裝要求也非常苛刻，根據專利商的要求和設備廠家提供的操作手冊要求，在本裝置的安裝方式按以下步驟進行：

a. 先確認所有部件無損壞且密封面完好；

b. 將鎖緊螺母擰到熱電偶的反向螺絲上；

c. 將壓緊螺絲擰7圈到熱電偶的反向螺紋上；

d. 將壓緊螺絲帶著熱電偶擰到透鏡墊的正向螺紋上并擰緊；

e. 用350N·m專用扭矩扳手將壓緊螺絲擰緊，這時螺紋的末端剛好與透鏡墊螺紋孔上沿平齊，在用扭矩扳手擰緊的時候一定要保持熱電偶不轉動，否則將損壞密封面；

f. 擰緊鎖緊螺母；

g. 將擋套和鎖緊板安裝固定在壓緊螺絲上，避免振動引起螺絲松動；

h. 最后再進行接線連接。

高壓熱電偶安裝情形如圖2所示。

圖2 高壓熱電偶安裝情形

2 快速溫度變送器的技術要求

2.1 選型要求

本裝置快速溫度變送器采用的是MTP-300i型變送器，將熱電偶信號轉換為標準4～20mA信號(信號轉換時間t-50≤30ms),再送入DCS/SIS系統。MTP-300i型快速溫度變送器在本裝置采用兩進一出接線方式，如果兩個輸入測量回路之間的偏差超過0.4mA，快速溫度變送器將在1.5s后輸出信號關閉，再持續0.4s輸出一個內部故障；如果回路中有外部故障(例如熱電偶線路斷線)也將在0.4s后輸出故障信號，這時快速溫度變送器的輸出電流小于3.6mA。如果快速溫度變送器的輸出電流不大于3.6mA 或者大于 22mA將超出信號輸出范圍，即輸出一個壞值。

在實際應用中，很多高壓熱電偶多次出現了雙支測量回路之間的偏差超過0.4mA的現象，導致快速溫度變送器輸出壞值，從而觸發EP1和EP2聯鎖，EP1、EP2觸發后，裝置全線停車，系統內物料緊急放大氣，導致裝置無法正常運行。針對這一現象，重新與專利商討論對接，在征得專利商同意的情況下，改變了原有的接線方式，將雙支高壓熱電偶的其中一支接線至快速溫度變送器，在快速溫度變送器輸入側將兩個通道用補償導線跨接，高壓熱電偶的另外一支作為備用，這樣便解決了這一問題。

2.2 安裝要求

快速溫度變送器MTP-300i為導軌式溫度變送器，即可以安裝在現場，也可以安裝在機柜室的機柜內。由于裝置現場的設計極端溫度為-39.2～40℃，且考慮到現場雨淋、暴曬及振動等情況，最終將溫度變送器集成安裝在機柜室的機柜內，從現場接線箱至機柜溫度變送器采用補償導線連接。MTP-300i體積較小，加之采用導軌式安裝，在機柜內并不難集成，但布線時一定要將高壓熱電偶雙支的備用支敷設到相應的溫度變送器旁邊，這樣當更換備用支時不但不容易出錯也可以提高工作效率。

3 回路校驗

高壓熱電偶回路校驗可分為兩部分，一是高壓熱電偶設備完好性校驗，二是快速變送器回路校驗。高壓熱電偶設備校驗采用加熱爐在0～400℃量程范圍加熱，專利商要求精度為±0.2%，因此誤差不能超過±0.8℃，與標準表相對比，不符合精度的熱電偶進行標記淘汰，雙支都符合精度要求的熱電偶才允許拿到現場進行安裝。

快速溫度變送器的回路校驗要在現場接線箱端子進行，這樣可以將補償電纜所產生的誤差通過調整快速溫度變送器的零點和量程旋鈕來消除，否則，就算高壓熱電偶本身合格，快速溫度變送器也符合精度要求，但整個回路不一定符合精度要求。正確的檢驗方法應在現場接線箱端子用信號發生器給快速溫度變送器發信號，在DCS/SIS操作站上看溫度變化，誤差不在±0.8℃范圍內的，需要在快速溫度變送器上調整零點和量程旋鈕，調整至誤差范圍內，對于無法調整到誤差范圍內的快速溫度變送器，需要更換新的快速溫度變送器重新進行校驗(圖3)。

圖3 高壓熱電偶回路校驗示意圖

4 常見故障分析與處理

經過高壓聚乙烯裝置的開工運行，在本裝置高壓熱電偶回路主要出現了以下問題：

a. 在裝置運行期間，熱電偶溫度在DCS上突然顯示壞值。原因很可能是熱電偶本身故障或者線路斷路造成的，使快速溫度變送器輸出電流不大于3.6mA 或者大于22mA，導致快速溫度變送器輸出壞值。這時，應盡快將高壓熱電偶雙支的備用支更換上，否則，如果再出現一個溫度壞值，將觸發SP-3A程序，SP-3A程序觸發后，系統物料部分向火炬排放，反應器降壓至200MPa，停止引發劑注入，造成裝置停車。如果雙支都已損壞，工藝又不具備更換條件，應將該溫度點進行旁路，防止產生高報誤報觸發EP1聯鎖。

b. 在裝置運行期間，熱電偶溫度比正常溫度偏低。原因可能是補償導線產生了誤差，或者是介質的超高壓沖擊力使熱電偶本身出現問題。這時，應首先考慮更換雙支的備用支，不要盲目調整快速溫度變送器的零點和量程旋鈕，因為快速溫度變送器回路校驗好后基本不會出現問題，出現零點或量程漂移的概率很小，在本裝置出現的問題基本都是現場高壓熱電偶本身故障所導致。

c. 在裝置運行期間，突然出現某個熱電偶測點溫度滿量程，超過高報聯鎖點275℃，這將直接觸發EP1聯鎖，導致停車。在快速溫度變送器設計選型時，要求當熱電偶斷線時，快速溫度變送器輸出壞值，當有兩個壞值同時出現時，觸發SP-3A程序。經反復試驗，出現熱電偶測點溫度滿量程的原因是在快速溫度變送器插針端子上沒有采用逐一接線方式操作，而是將插針端子從快速溫度變送器上拔下，接好線后直接插到快速溫度變送器上，在插入的瞬間回路產生大電壓，從而導致快速溫度變送器輸出20mA，出現熱電偶測點溫度滿量程現象。因此，在裝置運行期間，快速溫度變送器側接線時，一定不要將插針端子拔下，而應采用逐一接線方式操作。

5 結束語

高壓聚乙烯裝置所有高壓管道的溫度測量都采用的是筆者所述高壓熱電偶測溫方式，如果安裝時出現一點疏忽將導致介質外漏，在310MPa壓力下外漏是極為危險的，如果高壓熱電偶的回路測量不能滿足控制要求，將導致裝置無法開車，因此高壓熱電偶的溫度測量是高壓聚乙烯裝置最重要的部分之一，希望上述的技術要求和經驗介紹能對同行或同類裝置的應用有所借鑒。

ApplicationofHigh-pressureThermocoupleandItsTemperatureTransmitterinPolyethyleneDevice

YANG Yi-chen

(Shenhua Xinjiang Chemical Co., Ltd.)

The experiences concerning thermocouple and its transmitter’s (rapid temperature transmitter) installation, debugging and application in the high-pressure polyethylenedevice were introduced to be of significance to their application in follow-up projects.

high-pressure polyethylene, high-pressure thermocouple, rapid temperature transmitter

TH811

B

1000-3932(2017)05-0443-03

楊依臣(1983-)，工程師，從事儀表運行維護工作，yangyichen@csclc.com。

2016-11-04，

2016-11-28)