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产品用途

红外测温仪在硫磺回收焚烧炉上的应用

赵亚超,王秉仪

(中国石油锦西石化分公司机械设备处,辽宁锦西125001)

收稿日期:20080214(修改稿).

作者简介:

赵亚超(1972—),男,辽宁锦州人,1996年毕业于大连理工大学自动化系自动控制,控制工程硕士学位,现工作于中国石油锦西石化分公司机械设备处自控仪表科,高级工程师。

摘要:

锦西石化净化焚烧炉炉膛温度的准确测量,直接影响到石油炼制过程中产生的硫化氢气体的燃烧质量。采用SL-MR7838-51P测温仪,解决了高温环境下热偶寿命过短的问题,为净化硫磺回收装置正常生产提供了保证。

关键词:

焚烧炉;温度测量;红外测温仪
中图分类号:TH811文献标识码:B文章编号:10077324(2008)03009102

1红外测温原理

红外测温的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(即单色辐射能量)的大小。黑体的表面温度一定,则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,就可以知道它的表面温度,见式(1)所示。
Ebλ=c1λ-5
e
c
2/λT
-1(1)
式中Ebλ———黑体单色辐射能量,W/m2;
λ———波长,m;
T———黑体的绝对温度,K;
c1———常数,3.743×10-18W·m3;
c2———常数,1.4387×10-2m·K。
由于黑体发射的电磁辐射主要位于红外线波
长范围(近红外0.76～1.5μm,中红外1.5～5.6μm,远红外5.6～1000μm),因此,把检测黑体发射电磁辐射的测温仪器(检测波长范围一般为0.76～14μm)称为红外测温仪。
图1是根据普朗克黑体辐射定律绘制出的不同温度的黑体发射不同波长的红外线强度图。从图1中可以清楚看出,任何温度的黑体所发射的给定波长的红外线强度是一定的。
黑体是一种理想状态的物体,能够完全吸收它所接收到的辐射能量,而不存在透射和反射,它能把吸收的能量完全发射出去。即它发射的能量与吸收的能量完全相等。因此,黑体的发射率为1。
由于实际物体都存在不同程度的透射和反射作用,因此,实际物体所接收的能量一部分被反射,一部分被透射,另一部分全部吸收并发射出去,因此,实际物体发射的能量都小于它所接收的能量,即,实际物体的发射率都小于1。
图1红外线强度

2红外测温仪的改进

中国石油锦西石化分公司5kt/a硫磺回收装置改扩建项目[1～3],通过性能价格综合考虑选用德国艾邦公司技术改进后的SLMR783851P红外测温仪。在红外测温仪应用过程中,借鉴其他世界著名公司技术特点,对引进的红外测温仪进行了一些改进。
a)阀体和阀杆采用316不锈钢,阀座密封面和球体密封面采用司太立合金,阀杆填料采用316过程控制实施技术石AUTO油MAT化IONI工NPET自RO-C动HEM化ICA,L20I0N8D,U3S∶T9R1Y金属丝与柔性石磨编织填料,阀盖采用316+柔性石磨缠绕垫片耐温可达800℃。
b)对于保护窗易被污染问题,增加了特制石英保护窗。由于红外测温仪探头本身带有镜头保护窗,对红外测温探头与被测物体之间光路的透射率的影响较大。红外测温仪探头默认的发射率设定值为0.95,默认透射率设定值为1.00。物体的发射率除与物体的种类有关外,也与物体的表面状态等因素有关。硫磺回收装置酸性气反应炉内使用的耐火砖的发射率一般在0.90～0.95。在红外测温仪现场调试时,发射率可以不调,也可在0.90～0.95之间进行微调(与热电偶进行比较,如果红外温度比热电偶温度低得较多,在现场调试时透射率的调试范围应在0.80～0.90之间,必须调低透射率,直到接近实际温度)。
c)原红外测温仪只有一路进出夹套保护测温探头的冷却仪表风,从安全(H2S气体)和高温
(1200℃)方面考虑,借鉴美国Mikron公司产品特点增加了二路氮气保护。在全通径球阀下法兰面增加一路球阀关闭时的氮气吹扫,防止单质硫结晶阻碍光路;在窥视管侧壁增加一路氮气保护,在球阀打开正常测量时防止酸性气进入测温仪,同时降低球阀温度延长球阀寿命。测温仪安装方法如图2所示。
图2红外测温仪安装方法

d)实际操作时,红外测温仪显示的温度与热电偶显示的温度大趋势应该一致。但是由于两者所处的位置和测温原理的区别,所测温度会存在一定偏差,而且这种偏差值在不同的温度范围内也是不一样的。主要原因如下。
1)红外测温仪测量的是炉壁耐火砖的温度,即整体平均温度(FF),热电偶(刚玉)插入炉膛中间位置(靠近炉入口),测量的是气体温度(GT),如图3所示。
图3红外测温仪与热偶测量点示意
2)由于红外测温仪测量的是炉壁温度,在测量的稳定性上比热电偶要稳定得多,在炉温升高时,红外测温仪与热电偶测量温度的比值较大,是因为这时炉火外焰温度升高较快,炉壁温度要缓慢升高;在炉温降低时,红外测温仪与热偶测量温度就比较接近,甚至重合,也是上一过程的反向。

3问题和结论

在目前装置长周期运行的情况下红外测温仪的使用解决了长期存在的使用高温热电偶(哈氏合金或刚玉热偶)寿命较短又不能及时更换的问题。在没有炉温指示情况下生产只能凭经验操作,影响了生产的安全高效运行。红外测温仪在石化公司净化焚烧炉上的使用,可以说是利用现代技术解决生产难题的一次成功范例。在初期投用过程中,出现过一些安装及使用上的问题需要注意。
a)在红外测温仪与炉膛中间的测温光路上避免有遮挡物,否则影响检测结果。
b)鉴于红外测温仪的测量特点,在使用过程中由于球阀处于全开状态,所以在冷却管内的接线端子和测温探头与炉膛酸性气实际上是相通的。要打开红外测温仪检查端子测量信号首先要关闭保护夹套的冷却和反吹扫仪表风,再关闭球阀,切断红外测温仪对炉膛的检测通路。两个关闭作业之间要连续,不得有间隔时间。如果是停工,且炉内温度已经降到常温,关闭球阀前吹扫氮气;如果是仅仅对红外测温仪进行检修,炉内温度依然很高,关闭球阀后打开球阀下法兰保护氮气。否则后果很严重,损毁仪表伤及人身安全。

参考文献:

1王翼程,祝和云.化工过程控制工程.北京:化学工业出版社,1991.274～281
2钱学麟.管式加热炉.北京:中国石化出版社,2003.597

产品选型

备注：
德国Ahlborn艾邦硫磺回收焚烧炉SL-MR7838-51P红外测温仪，
德国Ahlborn艾邦硫磺回收焚烧炉SL-MR7838-51P红外测温仪，
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德国艾邦红外测温仪，SL-MR783851P红外测温仪，SL-MR783851红外测温仪，
希而科贸易全国总代理，德国ahlborn，