提高熱電偶使用壽命

摘要:著重介紹了高爐熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度檢測(cè)用熱電偶損壞故障分析以及如何提高混風(fēng)溫度檢測(cè)用熱電偶的使用壽命。
1概述
　　高爐混風(fēng)熱電偶,是一種檢測(cè)高爐熱風(fēng)溫度的熱電偶。目前高爐生產(chǎn)中,測(cè)量高爐熱風(fēng)溫度的方法主要有接觸式和非接觸式兩種測(cè)量方式。混風(fēng)電偶測(cè)溫屬于接觸式測(cè)量,采用混風(fēng)電偶直接插入熱風(fēng)管道進(jìn)行測(cè)量。在高溫、高速、高壓熱風(fēng)沖擊下，熱電偶保護(hù)套管極易損壞,使熱風(fēng)從保護(hù)管損壞處逸出,可以對(duì)電偶和外部設(shè)備造成嚴(yán)重破壞,影響了電偶使用壽命,迫使高爐休風(fēng)，影響了高爐正常生產(chǎn)。
2熱電偶的劣化
　　熱電偶的使用壽命與其劣化有關(guān),所謂熱電偶的劣化,即熱電偶經(jīng)使用后,出現(xiàn)老化變質(zhì)的現(xiàn)象。由金屬或合金構(gòu)成的熱電偶，在高溫下其內(nèi)部晶粒要逐漸長(zhǎng)大。同時(shí)合金中含有少量雜質(zhì)，其位置或形狀也將發(fā)生變化,而且,對(duì)周?chē)h(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)。伴隨上述變化,熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也將極其敏感地發(fā)生變化。因此熱電偶的劣化現(xiàn)象是不可避免的。熱電偶的劣化是一個(gè)量變過(guò)程，對(duì)其定量很困難，將隨熱電偶的種類(lèi)、直徑、使用溫度、氣氛、時(shí)間的不同而變化。熱電偶的使用壽命是指熱電偶劣化發(fā)展到超過(guò)允許誤差,甚至斷線(xiàn)不能使用的時(shí)間。.
2.1裝配式熱電偶的壽命。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)熱電偶的穩(wěn)定性有要求。即規(guī)定在某一溫度下經(jīng)200h,使用前后熱電動(dòng)勢(shì)的變化。但是,尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)使用壽命有規(guī)定。日本有關(guān)熱電偶使用壽命的要求,是依據(jù)日本JIS(C-1602-1995)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的熱電偶連續(xù)使用時(shí)間。對(duì)B、R、S型熱電偶而言為2000h，K、E、J.T型熱電偶為10000h。
在實(shí)際使用時(shí),裝配式熱電偶通常有保護(hù)管,只有在特殊情況下才呈裸絲使用。因此,在多數(shù)場(chǎng)合下,保護(hù)管的壽命決定了熱電偶?jí)勖?duì)熱電偶的實(shí)際使用壽命的判斷,必須是通過(guò)長(zhǎng)期收集、積累實(shí)際使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù),才有可能給出較準(zhǔn)確的結(jié)果。
2.2鎧裝熱電偶的壽命。由于鎧裝熱電偶有套管保護(hù)與外.界環(huán)境隔絕,因此套管材質(zhì)對(duì)鎧裝熱電偶?jí)勖绊懞艽?須根據(jù)用途選擇熱電偶絲及金屬套管。當(dāng)材質(zhì)選定后,其壽命又隨著鎧裝熱電偶直徑的增大而增加。鎧裝熱電偶同裝配式熱電偶相比，雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但使用壽命往往低于裝配式熱電偶。
　　熱電偶是科研、生產(chǎn)最常用的溫度傳感器,雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但若使用中不注意仍然會(huì)產(chǎn)生較大測(cè)量誤差。作者針對(duì)使用中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，詳細(xì)探討了測(cè)溫點(diǎn)的選擇,熱電偶的插入深度、響應(yīng)時(shí)間、熱輻射及熱阻抗等產(chǎn)生誤差的主要原因,并指出熱電偶不均質(zhì)、使用氣氛、絕緣電阻，K型熱電偶選擇性氧化、K狀態(tài)及鎧裝熱電偶分流誤差等使用中的注意事項(xiàng)。對(duì)提高測(cè)量精度，延長(zhǎng)熱電偶使用壽命有一定幫助。
3安裝方式
　　普通的固定法蘭式拱頂電偶構(gòu)造簡(jiǎn)單安裝簡(jiǎn)便,長(zhǎng)期以來(lái)一直在大量使用固定法蘭式電偶。但其伸入爐內(nèi)部分由于高溫及熱風(fēng)氣流的原因,其硬度隨著燃燒的時(shí)間而不斷降低，發(fā)生電偶深入爐內(nèi)部分前段下墜、管徑彎曲、內(nèi)部剛玉細(xì)管斷裂,電偶絲在震動(dòng)的情況下會(huì)發(fā)生接觸或者纏繞現(xiàn)象,影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。如果電偶燒蝕情況嚴(yán)重，前段會(huì)產(chǎn)生破損,而爐內(nèi)壓力較大，熱風(fēng)會(huì)從電偶破損處露出，直接將電偶設(shè)備燒毀。此時(shí)，只能停止熱風(fēng)爐的燃燒，進(jìn)行燜爐處理。電偶本身由于變形彎曲,在進(jìn)行更換時(shí)也不能順利的從電偶預(yù)埋管中抽出,更換極為不變。
 
4延長(zhǎng)電偶?jí)勖骄?br /> 　　普通的固定法蘭式拱頂電偶構(gòu)造簡(jiǎn)單安裝簡(jiǎn)便,長(zhǎng)期以來(lái)一直在大量使用固定法蘭式的電偶。但其伸入爐內(nèi)部分由于高溫及熱風(fēng)氣流的原因,其硬度隨著燃燒的時(shí)間而不斷降低,發(fā)生電偶深入爐內(nèi)部分前段下墜、管徑彎曲、內(nèi)部剛玉細(xì)管斷裂,電偶絲在震動(dòng)的情況下會(huì)發(fā)生接觸或者纏繞現(xiàn)象,影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。如果電偶燒蝕情況嚴(yán)重，前段會(huì)產(chǎn)生破損，而爐內(nèi)壓力較大，熱風(fēng)會(huì)從電偶破損處露出，直接將電偶設(shè)備燒毀。此時(shí)，只能停止熱風(fēng)爐的燃燒,進(jìn)行燜爐處理。電偶本身由于變形彎曲,在進(jìn)行更換時(shí)也不能順利的從電偶預(yù)埋管中抽出，更換極為不變。
　　后來(lái)改進(jìn)型的法蘭式拱頂電偶,在深入部分使用了剛玉或者碳化硅等材質(zhì)的外管,雖然解決了耐熱性不好及內(nèi)管變形不好更換的問(wèn)題,但當(dāng)電偶前段在使用壽命完結(jié)時(shí),前段破裂產(chǎn)生熱風(fēng)跑風(fēng)的問(wèn)題時(shí),還是只能停止生產(chǎn),進(jìn)行燜爐操作。如果此電偶安裝在混風(fēng)管道上,那只能將其堵死,直到高爐休風(fēng)檢修時(shí)再處理，中間無(wú)法再看到混風(fēng)的具體溫度,高爐操作人員不能準(zhǔn)確判斷爐溫，只能依照經(jīng)驗(yàn)操作,嚴(yán)重影響高爐順行。
5混風(fēng)用熱電偶的改造
　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和反復(fù)試驗(yàn),對(duì)熱風(fēng)爐的拱頂點(diǎn)偶法蘭進(jìn)行了改造(如下圖1.圖2)。將安裝的電偶完全密封在法蘭以?xún)?nèi)，法蘭內(nèi)部管徑上鉆有兩孔,用以?xún)?nèi)部的電偶絲通過(guò)雙頭螺栓式接線(xiàn)柱與外界的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)相連接。為了保證其密封性與絕緣性，在雙頭式螺栓接線(xiàn)柱中間串上高溫絕緣墊片(如圖3),其中外側(cè)的-邊可以從法蘭外包裹著雙頭式螺栓接線(xiàn)柱穿到法蘭內(nèi)側(cè)，與內(nèi)側(cè)的墊片相接,并通過(guò)雙頭式螺栓接線(xiàn)柱兩頭的密封螺母壓緊。
　　因?yàn)榉ㄌm內(nèi)外壁均為弧形，所以密封螺母在密封式中間會(huì)有細(xì)縫，從而影響法蘭電偶的密封性,引起熱風(fēng)漏風(fēng)現(xiàn)象。所以，在法蘭后端管徑的管壁上焊接-塊平面鐵板(如圖2),使之與法蘭弧面相切,這樣,外部的密封螺栓就實(shí)現(xiàn)了接線(xiàn)柱的完全密封性。
　　電偶法蘭外面通過(guò)螺栓連接密封蓋,電偶法蘭與法蘭蓋之間有金屬或者石墨墊片,以增加其密封性能。由于電偶法蘭完全密封電偶于爐內(nèi),保證了其嚴(yán)實(shí)的密封性,即使電偶完全在內(nèi)部損壞，也不會(huì)引起漏風(fēng)，跑風(fēng)的問(wèn)題,保證了高爐的運(yùn)行順暢。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)電偶進(jìn)一步說(shuō)明。
　　圖1是密封式法蘭座的正面構(gòu)造圖。
　　圖2是密封式法蘭座的側(cè)面構(gòu)造圖。
　　圖3是高溫絕緣墊片
　　圖4為外部法蘭密封蓋,在密封時(shí)中間加一層金屬纏繞密封墊,通過(guò)四組螺栓將電偶完全密封在法蘭內(nèi)。
 
6使用情況
　　全新的密封安裝結(jié)構(gòu),使電偶兩端的壓力差降低，消除了已有技術(shù)的不足。具有設(shè)計(jì)合理,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，封裝可靠的優(yōu)點(diǎn)。降低了電偶保護(hù)管的損壞率，避免了熱風(fēng)的逸出。即使電偶套管損壞但偶絲未斷的情況下仍能準(zhǔn)確測(cè)量,延長(zhǎng)了電偶使用壽命。使用全封閉型混風(fēng)電偶后,維護(hù)量大為減少,維修勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低,高爐生產(chǎn)效率大大提高。電偶法蘭外面通過(guò)螺栓連接密封蓋,電偶法蘭與法蘭蓋之，間有金屬或者石墨墊片,以增加其密封性能。新型的法蘭結(jié)構(gòu)應(yīng)經(jīng)在萊鋼集團(tuán)廣泛使用,取得了不錯(cuò)的效果。由于電偶法蘭完全密封電偶于爐內(nèi),保證了其嚴(yán)實(shí)的密封性,即使電偶完全在內(nèi)部損壞，也不會(huì)引起漏風(fēng),跑風(fēng)的問(wèn)題，保證了高爐的運(yùn)行順暢。