红外测温仪在制硫燃烧炉的应用

李雪梅，周凤鸣，任礼道

庆阳石化公司仪电运行部，甘肃庆阳 745002

0 引言

红外检测技术是一种集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术人在线监测仪表，具有远距离、非接触、不取样、准确、快速、直观等优点，广泛应用于石油化工行业特殊性介质温度测量，有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。

制硫燃烧炉是硫磺回收装置的关键设备，进入装置的原料酸性气在炉内燃烧转化成主要组份为硫化氢、二氧化硫等气体的过程气。过程气正常操作温度在1 300℃左右，最高温度可高达2 000℃，所以制硫燃烧炉炉膛温度测量、控制十分关键。庆阳石化公司3 000t/年硫磺回收装置选用德国艾邦公司生产的红外测温仪和分度号为“B”型的热电偶同时对制硫燃烧炉膛温度进行测量，根据测量值对炉膛温度进行控制并进安全仪表系统（SIS）参与联锁保护。

1 红外测温仪工作原理

温度高于绝对零度的物体都在向周围空间发出红外辐射能量，红外辐射能量的大小及其波长的分布与物体表面温度有着十分密切的关系，理论根据是普朗克黑体辐射定律，它定量地给出了不同温度的黑体在各个波长的电磁辐射能量的大小。黑体的表面温度一定，它发射出某一波长的电磁辐射的能量就一定，通过检测黑体发射出的电磁辐射能量的大小，就可以知道物体的表面温度。由于黑体发射的电磁辐射的波长位于红外线范围，因此，把检测黑体发射电磁辐射的测温仪器称为红外测温仪。

2 红外测温仪的组成

红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等单元组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号经过放大器和信号处理电路，并按照测温仪内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。当用红外测温仪测量温度时，首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。

3 红外测温仪的优点

1）响应速度快、便捷：红外测温仪可快速提供温度测量，在用热偶读取一个渗漏连接点的时间内，用红外测温仪几乎可以读取所有连接点的温度；

2）精确度高： 红外测温仪通常精度都是 1 度以内。这种性能在做预防性维护时特别重要，可及时检测到温度异常情况，确保安全生产；

3）安全可靠：红外测温仪能够安全地读取难以接近的或不可到达的目标温度 ，可以在测温仪所允许的范围内读取目标温度，测量精度不受影响。

4 红外测温仪选型

选择红外测温仪可从以下几个方面考虑：

1）性能指标方面：如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、响应时间、环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等；

2）测温范围：测温范围是测温仪最重要的一个性能指标，每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。因此，被测温度范围一定要考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽。根据黑体辐射定律，在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化，因此，测温时应尽量选用短波较好；

3）确定目标尺寸：红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满测温仪视场，被测目标尺寸超过视场大小的50%为最佳；

4）光学分辨率：光学分辨率由测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比确定的。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高，即增大D：S比值，测温仪的成本也越高；

5）波长范围：目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长，在高温区，测量金属材料温度的最佳波长是近红外，可选用0.18μm～1.0μm波长。其他温度区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。红外能量会穿透的材料，如测量玻璃内部温度选用10μm、2.2μm和3.9μm(被测玻璃要很厚，否则会透过)波长；测量玻璃内部温度选用5.0μm波长；测低区选用8μm～14μm波长为宜；如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长，聚醋类选用4.3μm或7.9μm波长，厚度超过0.4mm选用8μm～14μm波长；如测火焰中的C02用窄带4.24μm～4.3μm波长，测C0用窄带4.64μm波长，测N02用4.47μm波长；

6）响应时间：新型红外测温仪响应时间可达1ms。对速度很快或测量快速加热的目标时，易选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，从而降低测量精度。对于测量静止或存在热惯性目标时，测温仪的响应时间就可放宽要求。因此，红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

5 安装示意图及使用注意事项

5.1 安装示意图1

5.2 使用注意事项

1）在装置停车时，需关闭红外测温仪根部球阀，防止有毒气体泄漏，造成事故；

2）燃烧炉在初始烘炉阶段，工艺系统温度低于500℃时，该红外测温仪没有指示，所以有工艺介质温度低于500℃时，应以现场热电偶指示温度为准。

6 结论

红外测温技术广泛应用在石油、化工行业生产过程测量中，以其响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点在生产装置产品质量控制和监测、设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥着越来越重要的作用。

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