氣化爐表面測溫系統在德士古氣化爐上的應用

胡尊光

（山東聯億新能源科技股份有限公司，山東 臨沂 276000）

0 引言

德士古氣化爐爐內正常溫度在1300℃左右，最高可達1500℃。爐內所襯爐磚在高溫時會熔蝕，受熱氣體和融渣的沖刷，耐火磚會不斷變薄。在某些情況下，例如砌磚時的缺陷，導致爐磚會掉下或熾熱氣體通過磚縫侵入。爐內耐火磚的減薄甚至脫落或熾熱氣體通過磚縫侵入，會使氣化爐爐壁表面溫度升高，使受壓的氣化爐金屬外殼強度降低，許用應力迅速下降，造成設備不安全，因此要求檢測氣化爐表面溫度并給予報警。另一個目的是，爐表面溫度反映了爐內耐火磚減薄的程度，可根據爐表面溫度預先確定更換耐火磚的時間。

從目前國內氣化爐情況來看，絕大部分在線運行的氣化裝置金屬表面測溫都采用表面熱電偶實時溫度監測，或者稱氣化爐表面熱點探測預警系統。

圖1 測溫原理Fig.1 Principle of temperature measurement

1 測溫原理

表面熱偶與普通熱電偶功能基本一致，是基于熱電效應的原理，其特點是當被測設備表面任一點溫度升高，即可測出該點的溫度值。其正負極偶絲相互之間被具有高負溫系數的材料隔離，即溫度升高時絕緣電阻急驟減少的材料隔離封裝，能在整個電纜長度連續不斷地產生最熱的毫伏電勢值。

在表面熱偶上的任意一點，當出現超過該點溫度時，在該點熱電偶之間隔離材料的電阻就會減少，形成一個“臨時”熱接點（T1）。如果熱偶其它部分出現第二個更高的溫度點（T2）時，這樣該點之間的絕緣電阻將減少，形成一個新的“臨時”熱接點[1]。

-WRKK-A 表面熱偶特點：①外層護套采用Inconel 600；②測溫元件：K 型熱電偶；③輸出信號：與纜線最高溫度點溫度相對應的直流毫伏信號；④正常工作溫度：80℃～880℃；⑤極限工作溫度：-40℃～900℃。

2 安裝

氣化爐爐體在設計時，按設計要求布置溫度測點，并畫出固定預焊件螺母的位置；制造時，將預焊件螺母焊接在爐壁上。每臺爐有固定螺母數，筒體部分螺母沿熱電偶敷設方向焊接螺母，螺母規格是M6，材質304SS；安裝時，壓板上貼上耐高溫纖維填料，使與表面熱電偶之間的聯結更好，易于元件貼近爐壁。表面熱電偶從氣化爐頂部到底部，360°全面覆蓋氣化爐表面。

表面熱電偶繞氣化爐表面貼附，用專用的不銹鋼壓板敷蓋并用專用卡子固定，可以垂直安裝或螺旋安裝，本項目采用垂直安裝。其安裝材料及附件主要有耐高溫補償導線、填充材料、加固夾具、壓板、插座保護盒和陶瓷插座連接件等[2]。每支表面熱電偶兩端帶有陶瓷插座連接件，表面熱電偶的信號通過配套插座與補償導線連接，補償導線的另一端連接MTL 多路溫度采集系統并入全廠DCS 系統，實現對氣化爐表面溫度的實時監測。

圖2 現場安裝圖Fig.2 Site installation diagram

圖3 主要安裝附件Fig.3 Main installation accessories

3 系統實際應用案例

目前，應用于氣化爐表面測溫的熱電偶常見的主要有美國Senkox、重慶材料研究院、美國CT2C 和浙江倫特等4家制造商。某公司氣化裝置有3 臺德士古氣化爐，表面熱偶選用浙江倫特xdB-WRKK-A 型號產品，自2014 年開車以來運行良好。

圖4 表面熱偶連接方式Fig.4 Surface thermocouple connection

該裝置每臺氣化爐表面設計26 支表面熱電偶，每臺氣化爐配置1 套MTL830 系列多路溫度采集系統，其中含有2 個MTL831B 發送單元，1 個MTL838B-MBF 接收單元、2個MTL3052 數字通訊隔離柵、1 個接線箱及其他附件。

MTL831B 變送單元裝在現場接線箱內（危險區），MTL838B-MBF 接收單元和MTL3052 數字通訊隔離柵裝在控制室內（安全區），系統采用MODBUS 通訊協議，通過通訊線由RS485 輸出至DCS。

3.1 MTL830多路溫度采集系統介紹

MTL830 多路溫度采集系統的變送單元安裝在危險區域的防爆接線箱內，現場表面熱電偶的信號直接進變送單元，與遠傳接收單元采用Modbus 通訊，同時與DCS、PLC 的上位機采用通訊方式集中顯示。

現場的變送單元同控制室的接收單元之間采用冗余方式通訊，正常工作時只有一條數據線同系統進行數據傳送。當發生故障時，通訊切換到另一條通訊線上。這種通訊線可以采用普通的雙絞線，該通訊線既是通訊線又是電源線，最大的通訊距離可達2km。如果變送單元安裝在危險區域，在數據線上需要增加MTL3052 數字通訊隔離柵進行限能。

每套MTL830 系列多路溫度采集系統，可以連接32 個現場熱電偶信號，這樣將原來需要的32 對電纜減少為2 對。采用MTL830 系列多路溫度采集系統將減少貴重的補償導線，對于遠距離的裝置，可以節省大量的費用。冗余的通訊線增加了系統的可靠性，而斷路保護減少因短路產生的故障。

MTL831B 多路溫度采集系統的變送單元可以被放置在危險區。現場的熱電偶與變送單元連接，變送單元通過冗余的通訊線將數據傳到控制室。這條數據線既提供數據傳送，又為變送單元供電，無需額外的供電系統，這一點非常適用于危險區的應用。

MTL838B-MBF MODBUS 接收單元用于接收危險區中MTL831B 傳來的數據，并將數據轉換為MODBUS 信號由RS485 串口輸出。在MTL838B-MBF 上，通過PC 機對溫度檢測元件的類型、開爐報警等參數進行組態。最多31 個MODBUS 接收單元可以集連在一個RS485 接口上，接收單元可以和各種MODBUS 上機位通訊，同時接收單元可以同其它MODBUS 從設備共同在一條RS485 上通訊。

圖5 測溫系統結構Fig.5 Temperature measurement system structure

當溫度變送單元安裝在危險區域時，在數據通道上要加裝MTL3052 數字通訊隔離柵，否則不需要加裝安全柵。

3.2 表面測溫系統組成

該項目氣化爐與現場機柜間距離500m 左右，MODBUS通訊完全可以滿足。MTL831B 安裝在現場本安不銹鋼接線箱內，MTL838B-MBF、MTL3052 安裝在現場機柜間內，DCS 系統采用FOXBORO IA 系統，系統結構如圖5 所示。

該項目實施的關鍵點就是雙方通訊的建立。首先，MTL800 需要組態，每個MTL838B-MBF 和兩個MTL831B連接，因此必須對這兩個MTL831B 的地址和信號輸入類型進行定義，地址設置01 和02，類型選擇熱電偶；MTL838B-MBF 組態也需要定義地址和通訊狀態[3]。打開MTL838 的上蓋，在MTL838 上一共有4 個狀態開關。SW101 用于設置MTL838 的MODBUS 地址，地址從1 ～31，SW301 是設置通訊狀態的。

其次，是DCS 通訊卡FBM224 的組態設置。主要組態步驟有：①FBM224 端口文件組態；②從設備處理文件組態；③FBM224 端口設備控制模塊ECB200 組態；④從設備控制模塊ECB201 組態；⑤PAKIN 模塊組態。具體設置時可參考FOXBORO IA FBM224 組態設置手冊。

4 結束語

采用氣化表面熱電偶測溫系統與常規表面測溫系統相比，節約了資金，減少了維護量和安裝工作；控制室和現場只需敷設兩根普通的冗余信號電纜，減少了大量的、繁瑣的電纜敷設和接線工作，同時降低了故障點，目前新建裝置基本采用這類設計方案。