气化炉炉壁温度检测方法分析

邓丽君

(中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315000)

气化炉炉壁温度检测方法分析

邓丽君

(中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315000)

传统的表面热电偶以测温点的形式分布在气化炉炉壁周围，气化炉炉壁上只需预焊热电偶的固定件，但表面热电偶不能完全覆盖炉壁周围，无法对炉壁温度进行全测量。表面测温电缆沿气化炉炉壁进行盘绕，在气化炉炉壁上需预焊测温电缆固定螺栓，仅能测量出其路径上的温度，也无法对气化炉炉壁温度进行全测量。红外热像仪不直接接触炉壁，而是分布在气化炉四周并在炉壁周围固定安装，能对炉壁散发的红外射线进行全面扫描，可实现对炉壁温度的全面测量。通过对三种测温方式工作原理的介绍，供同行在气化炉炉壁温度检测选用过程中借鉴。

表面热电偶 电缆测温系统 红外热像仪

气化炉是水煤浆气化装置中的重要反应设备，气化炉主要分为上部燃烧室和下部激冷室两个部分。燃烧室气化压力在2.7～8.5MPa，预热时温度高达1300℃，操作时温度在1000～1700℃。燃烧室炉内衬耐火砖在高温时会熔蚀，受热气体和融渣的冲刷，使耐火砖不断变薄。在某些情况下，由于砌砖的缺陷，耐火砖会脱落，炽热气体通过砖缝侵入使气化炉炉壁表面温度升高，使受压的气化炉金属外壳强度降低，气化炉炉壁就会受力变形。因此，为了保证气化炉正常、安全、有效地运行，需要对炉壳表面温度进行实时监测，在温度升高时进行报警。

由于局部耐火砖脱落的位置是随机的，因而必须对炉壳表面每一点的温度实施监测。每个温度监测点反应的是炉壁一点的温度情况，据此可判断耐火砖的实际厚薄及更换状态。但是，气化炉直径约为 3m， 表面积太大，炉壁温度在200～500℃。目前气化炉炉壁的表面测温主要有三种测量方式： 传统的表面热电偶，气化炉表面电缆测温和红外热像仪。

1 传统热电偶测温

气化炉燃烧室外壁用表面热电偶测温。将气化炉燃烧室表面根据要求分成若干个检测点，在监测点上设置表面热电偶。由于这些表面热电偶无法全覆盖燃烧室表面，在气化炉燃烧室表面还要均匀刷一层感温涂料或由现场人员采用便携式红外测温仪器定时对燃烧室炉壁进行测量。传统热电偶价格低廉，但无法全面测量燃烧室表面温度，致使操作人员无法从某个热电偶的超温报警来判断出究竟是燃烧室炉壳哪个部位温度超温。

2 气化炉表面电缆测温

气化炉表面电缆测温是将测温电缆缠绕在气化炉炉壳外表面上。测温电缆能够连续产生与其长度涉及范围内的最高温度相对应的毫伏信号，该信号被传送到DCS以监控最高温度出现的位置。根据测温要求设计气化炉炉壳上的布线密度，要求使每只测温电缆所测区域的温度分布基本均匀。一般气化炉的布线间矩在100～150mm，这样就能保证每一块耐火砖上都有1只测温电缆经过。

2.1电缆测温原理

测温电缆又称“连续”热电偶或“寻热”热电偶，当线缆上任何一点的温度高于其他部分的温度时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻降低，导致“临时”热电偶接头出现，其作用与常规单接点热电偶接头相同，当线缆上另外一点的温度高于该点时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻低于该点的电阻，导致新的“临时”热电偶接头出现。

2.2电缆测温系统应用

测温电缆可实时监测气化炉表面各区域的温度，甚至能探测到小区域的温度过热，避免气化炉因局部过热而损坏。测温电缆自动产生毫伏信号，无需外加电源。以直径为3m的气化炉为例，整个气化炉燃烧室分22个温区，其中炉拱顶外弧分6个温区，炉子直筒段分16个温区(上下部分各按8个方位等分为8个区)。气化炉拱顶外弧测温电缆旋转盘绕，间距和固定点控制约200mm。测温电缆在气化炉直筒段盘绕测温，垂直间距为 150mm， 水平每隔200mm设置一个固定点。从顶部到底部，可水平、垂直铺设，全方位覆盖气化炉表面。测温电缆一端通过成套陶瓷接插件与测温电缆连接，另一端通过补偿导线接入现场测量设备。气化炉炉体在设计时须按要求布置炉壁表面温度检测点，并画出固定预焊件螺母的位置，制造厂在压力容器制造时将预焊件螺母焊接在炉壁上。每台气化炉约2000个固定螺母，螺钉规格是M6。安装时压板上涂填料，使之与热点探测器之间的联结更好，易于元件贴近炉壁。

2.3电缆测温系统的优点和缺点

测温电缆与普通热电偶的不同之处在于热接点不固定，始终与电缆上的最高温度相对应，能够及时对气化炉炉壁超温进行报警，系统结构比较简单，成本较低，已经实现国产化。

测温电缆需要用螺丝固定在气化炉表面上，弯曲过度时会导致测温电缆与气化炉炉壁贴合不紧密，从而导致测量温度的不准确。测温电缆仅能反映测温电缆所敷设路径中的最高温度，并不能反映出敷设路径中的具体位置，因而无法确定准确的超温报警点。

3 红外热像仪

红外热像仪是用红外辐射测量仪器测量气化炉炉壁向周围空间发出的红外辐射能量，根据所测能量的高低来确定气化炉炉壳的表面温度。红外热像仪由红外热像仪、广角镜头、防爆仓、服务器和成像软件组成。

红外热像仪的测温范围一般在-40～2000℃， 测量精度一般为2%，如果有更高的测温精度要求，建议使用带制冷型FPA探测器的热像仪。

3.1安装

红外热像仪属于非接触式测温设备，布置位置灵活，可以安装在气化框架的钢梁上，不用直接接触气化炉炉壳。

3.1.1角度要求

由于红外热像仪有检测角度要求，通常为30°，如果需要扩大检测范围，可以增加广角镜头扩展红外热像仪的测量范围；红外热像仪与测量炉壁之间不能有遮挡，热像仪与被测物距离越远对环境要求也越高。气化炉是圆柱形的，即使红外热像仪拉的再远也无法全测量，因此测量1台气化炉燃烧室全面积炉壁温度，至少需要3台红外热像仪，且红外热像仪距离气化炉越近越好。如果仪器距离目标过远，目标将会很小，测温结果将无法准确反映目标物体的真实温度。为了得到精确的测量读数，与目标的距离不要小于热像仪光学系统的最小焦距，否则不能聚焦成清晰的图像。

以一个燃烧室高8m，直径3m的气化炉为例，选用25°×18°(水平×垂直)的红外热像仪，配置广角镜头使红外热像仪的测量角度增加至82°× 62.5°。气化炉燃烧室在整个气化框架中占两层，每层4m。安装时，红外热像仪距离气化炉圆心应不小于5m。红外热像仪配置方案如图2所示。

3.1.2防爆仓

气化框架之上为爆炸危险区域，要求使用的设备仪表应满足防爆要求，但目前还没有防爆的红外热像仪，因而必须将红外热像仪放置在专门的防爆仓内，且防爆仓镜头为特殊处理的红外玻璃，这样才能满足现场防爆及测量要求。

图2 红外热像仪配置方案

3.1.3环境温度

红外热像仪的环境温度一般要求在-15～50℃， 而对于放置在气化炉燃烧室周围的红外热像仪来说，环境温度可能会超过红外热像仪能耐受的极限环境温度，因而需对红外热像仪采取冷却措施，例如防爆仓周围增加冷却水夹套、在防爆仓周围进行冷水盘管或采用专门的高温防爆仓。

3.1.4与DCS连接

红外热像仪传输距离要求小于100m，超过100m会存在图像滞后。因此，超过100m距离时采用光纤传输方式。红外热像仪服务器不建议与DCS共用，它会影响DCS稳定性；可以与DCS采用Profibus/Modbus协议通信做数据交互(区域画面最高温度、报警信号传输等)，多台气化炉可以共用1台服务器。

3.2红外热像仪的优点和缺点

由于红外热像仪与气化炉炉壁无接触，气化炉振动不会影响红外热像仪的测量精度，而且操作工对红外热像仪的检修和维护非常方便。热像仪不仅能显示气化炉燃烧室炉壁任意一点的温度，还能显示炉壳表面整体温度及变化情况。红外热像仪还可以形成物体温度分布的热图像，便于操作员直观、快速发现气化炉炉壁隐患所在。

由于气化炉为整体式圆柱形，如果要检测气化炉四周整体的温度，至少需要3台红外热像仪。如果燃烧室在气化框架中分为两层，至少需要6台热像仪，此外红外热像仪还需要防爆仓，使成本大幅增加。

4 结束语

表面电缆测温系统成本适中，安全可靠，是目前国内测量气化炉炉壁表面温度的主流方法。红外热像仪测量气化炉炉壳的表面温度目前在国外得到了应用，国内尚未应用，但红外热像仪的炉壁测温方式将是未来发展的趋势。

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本刊启事

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DiscussiononTemperatureMeasurementofGasifierWall

Deng Lijun

(Sinopec Ningbo Engineering Co. Ltd.， Ningbo， 315000， China)

Traditional shell thermocouple is installed around gasifier wall as measurement point with thermocouple fixation installed on gasifier wall. The shell thermocouple can’t cover the whole gasifier wall, and can’t measure the whole area of gasifier wall. The cables of temperature are coiled around gasifier wall, and connecting bolts need to be installed to fix cable. Because it only can measure temperature along cables, the cable of temperature can’t measure whole area of gasifier wall. Infrared thermometer doesn’t directly connect with gasifier wall, and is installed and distributed around wall with suit distance. Infrared thermometer scans infrared rays emitted by gasifier wall， and temperature around gasifier wall can be measured. Through the principles of three kinds of temperature measurement methods are introduced, it provides a reference for selection of temperature measurement of gasifier wall.

shell thermocouple； cable temperature measurement system； infrared thermometer

稿件收到日期： 2012-12-14,修改稿收到日期2013-02-04。

邓丽君(1980—)，女，新疆伊犁人，毕业于四川大学自动化专业，现工作于中石化宁波工程有限公司。

TQ056.1+1

B

1007-7324(2013)03-0055-03