探析氧化鋁廠的溫度類儀表典型故障

摘 要：在氧化鋁廠的生產(chǎn)過程中，溫度類儀表是使用得非常廣泛的熱工儀表，目前應用得比較多的類型有雙金屬溫度計、熱電阻和熱電偶等。在氧化鋁廠的運行中，通過觀察儀表的運行狀態(tài)，可以及時的判斷機器設備、各個工況的生產(chǎn)運行狀態(tài)，采取有效的解決措施，預防事故的發(fā)生，確保機器的安全、穩(wěn)定運行，除此之外，基于儀表的計算和記錄功能，也可以分析機組的經(jīng)濟效能，以此改進機組的運行和操作方法，提升機組的經(jīng)濟運行效率。本文針對氧化鋁廠的溫度類儀表在實際使用過程中發(fā)生的典型故障進行分析，提出針對性解決措施，促進氧化鋁廠生產(chǎn)效率的提升。

關鍵詞：氧化鋁廠；溫度類型儀表；典型故障

中圖分類號：TH811 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0237-02

1 氧化鋁生產(chǎn)對熱工儀表的指標要求

近幾年來，科學技術的發(fā)展速度越來越快，其應用于工業(yè)生產(chǎn)的水平也越來越高，氧化鋁工廠逐漸走向高度的自動化生產(chǎn)模式。為了有效提升設備的安全性和可靠性，在氧化鋁廠的日常管理工作中，必須加強對各種儀表的維護、檢查和檢定。在氧化鋁廠儀表的使用過程中，如若采取錯誤的維護或使用措施，極有可能會發(fā)生設備事故或生產(chǎn)事故。

2 常用溫度測量儀表及工作原理

現(xiàn)階段，我國市場上測量溫度的儀表種類非常多，測量精度也各有差異。依據(jù)測溫方式的不同，可以將溫度測量儀表分成兩種主要類型，分別為非接觸式和接觸式。非接觸式的測量儀主要有：光電高溫計、光學高溫計和全輻射式高溫計等。利用非接觸式紅外線測量溫度時，測溫的范圍非常大，響應比較快，不會對被測的溫度場所產(chǎn)生破壞，除此之外，其缺點也非常明顯，容易受到外界的干擾，標定非常困難，測量的誤差比較大。接觸式溫度測量儀主要有雙金屬溫度計、熱電偶和熱電阻等。接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換，需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時，受耐高溫材料的限制，不能應用于很高的溫度測量。

2.1 雙金屬溫度計

雙金屬溫度計把兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬組合在一起，一端固定，當溫度變化時，兩種金屬熱膨脹不同，帶動指針偏轉以指示溫度，這就是雙金屬片溫度計，測溫范圍為-80～600℃，它適用于工業(yè)上精度要求不高時的溫度測量。雙金屬片作為一種感溫元件也可用于溫度自動控制。雙金屬溫度計是將繞成螺紋旋形的熱雙金屬片作為感溫器件，并把它裝在保護套管內，其中一端固定，稱為固定端，另一端連接在一根細軸上，成為自由端。在自由端線軸上裝有指針，當溫度發(fā)生變化時，感溫器件的自由端隨之發(fā)生轉動，帶動細軸上的指針產(chǎn)生角度變化，在標度盤上指示對應的溫度。

2.2 熱電阻

在中低溫的測量工作中，熱電阻是應用的最為廣泛的溫度檢儀器。根據(jù)金屬導體的電阻值會跟隨溫度的升高而逐漸升高，熱電阻基于此原理對溫度值進行測定。熱電阻測量的主要優(yōu)點為性能非常穩(wěn)定、測量的精度非常高。在所有熱電阻中，鉑熱電阻的測量精度是最高的，應用的也比較廣泛，它不僅僅被廣泛的應用于工業(yè)行業(yè)的溫度測量，還被制作成為標準的基準儀器。一般而言，熱電阻基本上都是由純金屬材料制作而成，現(xiàn)階段應用的最多的是銅和鉑，除此之外，現(xiàn)階段已經(jīng)逐漸使用銠、鎳和錳等稀有材料制作熱電阻。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳等。熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數(shù)，優(yōu)點是測量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻通常需要把電阻信號通過引線傳遞到DCS或PLC控制系統(tǒng)模塊并通過上位機顯示溫度或者在其它二次儀表上顯示溫度。

2.3 熱電偶

在溫度測量儀表中，熱電偶也是非常常見的測溫儀器，它可以直接測量溫度，將溫度信號轉化為熱電動勢信號，基于二次儀表，直接轉換成為被測介質的溫度。因為需求不同，各種熱電偶的外形也各不相同，然而它們的基本構造卻大致相同，基本都是由接線盒、熱電極和絕緣套保護管等三個主要部分構成，常常和電子調節(jié)器、顯示儀表及記錄儀表一起配套使用。在有兩種不同的半導體或導體A或B構成的一個回路時，它的兩端會相互連接起來，只要確保兩個結點的溫度不同，一端的溫度是T0，稱作參考端（也可以稱為自由端）或冷端，另一端稱為T，稱為熱端或工作端，回路中將會產(chǎn)生一個電動勢，這個電動勢的大小、方向和兩個接點的溫度及導體的材料息息相關。我們通常將這種現(xiàn)象稱為“熱電效應”現(xiàn)象，兩種導體構成的回路稱之為“熱電偶”，將這兩種導體稱為“熱電極”，將產(chǎn)生的電動勢稱為“熱電動勢”。一般而言，熱電動勢由兩個主要部分組成，它們分別是單一導體的溫差電動勢和兩種導體的接觸電動勢。

將兩種不同材質的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，如圖1所示。當A和B的兩個節(jié)點之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因此在回路中便產(chǎn)生一定大小的電壓，這種現(xiàn)象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一原理工作的。優(yōu)點有測量精度高，與被測介質直接接觸，不受中間介質影響。測量范圍廣，-50～1600℃無間斷測量。結構簡單，使用方便。熱電偶的型號也比較多，各型號熱電偶的測溫范圍也不盡相同，目前氧化鋁廠的焙燒車間的焙燒爐使用得最多的是S型和K型熱電偶來測量爐內各點溫度。

3 溫度測量儀表典型故障分析

筆者所工作的氧化鋁廠中，測量溫度的儀表設備主要為熱電阻、雙金屬溫度計和熱電偶等，在實際的運用中，雙金屬溫度計主要是進行就地顯示，熱電阻和熱電偶主要用于數(shù)據(jù)采集和自動控制系統(tǒng)等。

3.1 外部原因引起的故障

在溫度測量儀表典型故障中，外部原因產(chǎn)生的故障非常常見，產(chǎn)生的故障會對儀器的正常使用產(chǎn)生影響，導致儀器測量的溫度出現(xiàn)偏差或者不準。通過分析我廠儀表設備的使用情況，外部原因主要的表現(xiàn)就是防雨措施沒有落到實處、保溫措施沒有做或者沒有做到實處，還有就是連接測溫儀表接頭的導線和空氣自然發(fā)生嚴重氧化也會對測量產(chǎn)生影響。上述外部原因都會造成溫度測量儀表發(fā)生故障，如若不及時采取解決措施，就會影響儀器的正常使用。

3.2 安裝造成的故障

在氧化鋁廠的溫度類儀表中，因為安裝原因造成的設備故障現(xiàn)象也非常普遍，主要分為以下三種情況：①在安裝端面熱電阻時，因為接觸不良會導致溫度出現(xiàn)波動情況，例如在我們廠用到的熱電阻中有些是端面熱電阻，因為熱電阻和底座沒有擰到位，或者因為前端彈簧失去作用，導致熱電阻和被接觸面緊固接觸造成熱電阻受外界干擾而產(chǎn)生晃動現(xiàn)象，導致儀器的溫度產(chǎn)生波動，影響儀器的正常使用；②安裝溫度計時需要考慮不同的工況應采取不同的安裝方式和測點，例如在氧化鋁廠焙燒車間焙燒爐主爐P04中部測量溫度時，往往需要在P04中部三個位置安裝三支熱電偶溫度進行共同測量，并通過PLC控制系統(tǒng)取兩支溫度測量的平均值作為爐子中部溫度，因為三支熱電偶測量出來的溫度由于工況或測點環(huán)境的原因測出的溫度是不一樣的，如果不裝三支而只裝一支如出故障，不但P04中部溫度沒有顯示，也沒有很好體現(xiàn)爐內實際溫度；③插入深度不夠，這也是導致溫度測量不準的重要原因之一，比如氧化鋁廠蒸發(fā)車間的蒸發(fā)系統(tǒng)剛投產(chǎn)時一至六效過料管上的溫度測量的熱電阻因施工單位做熱電阻的底座長短不太一樣，統(tǒng)一規(guī)格型號的熱電阻插入時導致部分熱電阻插入長度不夠，造成熱電阻接觸不到位，因傳熱方式主要依靠料漿通過保護套管對熱電阻進行熱傳遞，如果接觸不到位一般會造成溫度測量偏低。

3.3 接線錯誤及導線故障

在氧化鋁廠的溫度類儀表中，因為接線錯誤及導線故障導致溫度測量儀表發(fā)生故障主要分為以下幾種情況：熱電偶的型號和熱電偶補償導線型號不一致，會導致溫度的顯示值差別很大，甚至會超過測量的量程；熱電偶正負極錯誤一般溫度示值與實際值相差一固定值；熱電阻ABC三相接錯導致溫度示值錯誤；導線絕緣不好會造成溫度測量出現(xiàn)超量程或上位機出現(xiàn)紅底；信號回路接地導致內部潮濕接殼，通常都會導致溫度偏低。電纜屏蔽系統(tǒng)儀表或DCS柜內接地不良，或者多點接地，這種類型的故障極易導致電荷在信號線上積累，導致溫度示值發(fā)生波動。

4 結 語

總而言之，溫度類儀表在氧化鋁廠的正常運行中具有非常重要的作用。為了確保氧化鋁廠溫度類儀表的正常使用和運行，必須保證設備維修人員具有精湛的技術和豐富的經(jīng)驗，對溫度類儀表的工作原理和理論基礎有深入的了解，除此之外，還可以依據(jù)儀器實際運行狀況，及時采取措施，排除儀器的故障，確保氧化鋁廠生產(chǎn)工作的順利進行。

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收稿日期：2018-5-4

作者簡介：梁劍明（1984-），男，助理工程師，大專，主要在氧化鋁廠從事工業(yè)儀表及自動化維護、檢修、安裝及調試方面工作。