補償導線在熱處理中的正確使用

【摘要】管道熱處理中熱電偶補償導線的錯誤使用，是造成溫度控制達不到要求的主要原因，重點提出補償導線的正確使用及注意事項。

【關鍵詞】熱處理；補償導線；正負極

1 引言

在石油化工裝置中鉻鉬鋼管道因具有良好的耐高溫、抗氫抗硫耐腐蝕的特性而被廣泛應用。近些年，鉻鉬鋼管道的焊道多次出現延遲裂紋的現象，裂紋產生的原因主要是焊接過程及熱處理控制不好造成的。熱處理控制不好往往由于控制的溫度達不到熱處理的所需溫度，不能有效地進行焊前預熱和焊后熱處理，也就不能有效地消除焊接應力，導致焊道硬度超標等。本文從熱處理過程中補償導線使用對溫度的影響角度來分析，以便在今后熱處理過程中引起施工人員的注意。

2 熱電偶及補償導線

在熱處理過程中，熱電偶已經廣泛使用于溫度測量和控制，如果在使用中不注意正確的使用補償導線，就會給測溫和控溫造成很大的偏離，造成熱處理達不到規范要求，導致焊道產生延遲裂紋、焊道硬度超標等現象。

2.1熱電偶及補償導線的型號

補償導線的型號應該和熱電偶的分度號相匹配，國產補償導線的型號和極性可根據其芯線材質、芯線絕緣層的顏色及熱電偶分度號來識別（國標GB/T4989-1994熱電偶用補償導線）。我們現場最常見的熱電偶為E型、K型。 E型的補償導線是EX，其絕緣層的顏色為：正極是紅色，負極是棕色。 K型補償導線有KC和KX，其中KC型補償導線其絕緣層的顏色為：正極是紅色，負極是藍色。 KX型補償導線其絕緣層的顏色為：正極是紅色，負極是黑色。

國內常用的熱電偶及補償導線一覽表

熱電偶

分度號補償導線型號補償導線

正極補償導線

負極工作端為100℃，冷端為0℃時的標準熱電勢（mV）

材料顏色材料顏色

SSC銅紅銅鎳綠0.645±0.037

KKC銅紅銅鎳藍4.095±0.105

KX鎳鉻紅鎳硅黑4.095±0.105

EEX鎳鉻紅銅鎳棕6.317±0.170

JJX鐵紅銅鎳紫5.268±0.135

TTX銅紅銅鎳白4.277±0.047

2.2國際上補償導線的色標

國際上補償導線的絕緣層護套的顏色執行IEC-584-3-1989的標準，E型補償導線EX，其絕緣層的顏色為：正極是紫色，負極是白色。 K型補償導線KC和KX型其絕緣層的顏色為：正極是綠色，負極是白色。

（注：國產補償導線正極的絕緣層護套顏色都是紅色，負極是區分色。國外的補償導線正極是區分色，負極都是白色）

3 正確使用補償導線

使用補償導線時，必須與所用熱電偶型號相匹配，且正負極不能接反，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

熱電偶和補償導線均有正負極，故接線時應該將熱電偶正極與補償導線正極連接，熱電偶負極與補償導線負極連接。如果將熱電偶補償導線的正負極與熱電偶正負極接反，而熱電偶的正負極與儀表的正負極連接是正確的，這樣連接后，被控制對象的溫度變化趨勢與顯示儀表是一致的，但實際溫度值與儀表顯示值是有一定的差距的。

根據熱電偶的熱電效應原理和中間導體定律可以計算出，當熱電偶補償導線正負極接反，不僅沒有起到補償作用，誤差比不接補償導線還增加一倍，因此補償導線在連接時一定要注意極性。

在熱處理現場經常出現下列問題：現場很多熱電偶的接線端（接線柱）也沒有標識正負極。補償導線產品很多標注不規范，難以辨認。有些電纜生產廠家甚至將補償導線護套顏色標錯，在多家熱處理現場看到熱處理人員使用的K型補償導線的護套顏色是紅綠的，而國產補償導線的顏色應該是紅藍或紅黑。對于不懂得熱電偶和補償導線原理的熱處理工來說，是分辨不出來是否接錯的。

4 補償導線的接線

在熱處理過程中，一組加熱片必須對應一支熱電偶，對應一個控制回路。在現場經常出現一支熱電偶同時控制幾組加熱片或幾個控制回路的現象，這樣加熱片下沒有熱電偶的回路，是形不成閉環控制回路的，因而溫度是失控的，就根本達不到熱處理的目的。

補償導線布線一定要遠離電源線和干擾源。實在避免不了，要盡可能采用交叉方式，而不要采用平行方式。而現場施工人員往往為了簡便布線，把加熱片的電源線和補償導線捆綁一起敷設，雖然敷設簡單了，但加劇了對熱電偶信號的干擾，造成儀表顯示出現較大偏差。

為了提高熱電偶連接線的抗干擾性，可以采用屏蔽補償導線，對于現場干擾源較多的場合，效果較好。但是一定要將屏蔽層在顯示儀表一側進行可靠接地，否則屏蔽層不僅沒有起到屏蔽的作用，反而增強干擾。

熱處理溫控柜端的補償導線接線柱是有明顯標志的，紅色接線柱必須接補償導線的正極，黑色接線柱必須接補償導線的負極。如果這樣連接后，溫控柜顯示的溫度不是室外操作溫度，而是顯示一個負值，這說明是熱電偶與補償導線之間的極性連接錯誤，需要把熱電偶端的接線調換。在熱處理現場，很多不懂熱電偶和補償導線的熱處理工，出現這種問題后，往往不到焊道位置（管廊或高空位置）去調換熱電偶與補償導線的接線，而是圖方便在溫控柜的接線端，把補償導線調換極性，這樣被控制對象的溫度變化趨勢與顯示儀表是一致的，但實際溫度值與儀表顯示值就出現了測量偏差。

5 現場實例說明

5.1補償導線極性接錯

鉻鉬鋼熱處理時，補償導線的極性如果接反，那么由此產生的誤差正好是補償導線補償值的2倍。比如熱處理時，溫控柜是在室外放置，室外操作溫度為18℃，熱電偶接線處的溫度也是18℃。當熱處理開始時，熱電偶接線柱的溫度與溫控柜處的溫差是很接近（或相同的），而隨著熱處理溫度的升高，焊道周圍的溫度也不斷升高，熱電偶與補償導線的接線處的溫度也隨之升高（通常熱電偶的長度是500mm左右）。當焊道的熱處理溫度達到恒溫狀態時，那樣熱電偶接線柱的溫度通常都超過50 ℃的。對于K型熱電偶，當補償導線極性接錯的情況下，如果室外溫度18℃，熱電偶與補償導線連接處的溫度為50℃，那么測量溫度大約比實際溫度低64℃。如果控制溫度設定在725℃，實際溫度應該在789℃左右。這樣熱處理實際的溫度就遠遠超出實際控制值，但監控和打印出來的結果確是符合要求，而實際熱處理的效果就達不到熱處理工藝的要求。

5.2 補償導線和熱電偶型號不匹配

如果補償導線的型號用錯，那溫度就差得更多了。例如：某管道上使用一支E型熱電偶，根據經驗正常溫度應該在230℃左右，但在溫控柜顯示400℃。在對管道使用紅外線測溫儀的進行測溫時，顯示234℃。經檢查，發現補償導線沒有選擇相配套的EX型補償導線，而是用了KX型補償導線。在施工人員更換了補償導線后，溫控柜上顯示235℃。由此可見，補償導線用錯將會產生巨大的誤差。

6 結束語

從熱處理現場，現場從事熱處理工作的施工人員，對熱處理工藝的要求還是能基本掌握的，但對熱電偶和補償導線的基本知識和原理卻了解太少。因此在熱處理工作前，一定要加大熱處理工作人員的培訓和技術交底力度，不僅要有焊接和熱處理工程技術人員對他們進行培訓教育，還要有專業的儀表專業技術人員對他們進行溫控柜、熱電偶及補償導線的基本知識和原理的培訓，這樣才能保證熱處理的質量，而保證鉻鉬鋼管道最終的施工質量。