接觸電阻對熱電阻溫度測量的影響

摘要:針對某氣相聚丙烯裝置聚臺反應器溫度頻繁波動(dòng)的問(wèn)題,從裝置的工藝生產(chǎn)控制.儀表測量回路構成、故障處理。熱電阻測量方法及熱電阻三線(xiàn)制接線(xiàn)法等方面分別分析了接觸電阻對熱電阻溫度測量過(guò)程的誤差影響,提出了一種采用一體化溫度測量的有效方案以解決測量回路所存在的問(wèn)題。實(shí)踐證明,該方法提高了測量的穩定性,很好地解決了裝置反應釜溫度波動(dòng)的現狀,保證了生產(chǎn)的平穩運行。
1問(wèn)題的提出
　　某化工裝置聚合反應器由氣體及液體循環(huán)回路控制,反應器在66℃,2.2MPa下操作,液體物料作為冷卻劑噴灑到反應器床層氣化后吸收聚合反應熱,通過(guò)控制液體的流量來(lái)控制恒定的聚合溫度。反應器的溫度控制器直接控制急冷液調節閥的閥位輸出,急冷液調節閥根據溫度測量值的變化,通過(guò)改變閥位控制加入該區域的急冷液流量來(lái)穩定溫度,采用Pt100電阻體測量工藝流程如圖1所示。工藝生產(chǎn)反應器溫度過(guò)低聚合不反應,過(guò)高容易爆聚,溫度控制對產(chǎn)品質(zhì)量和裝置安全生產(chǎn)非常關(guān)鍵,因此,工藝溫度控制要求誤差在±1之內。催化劑加入量大小是控制反應速度的重要指標,從聚合反應機理來(lái)講,溫度升高會(huì )導致催化劑性能的衰減,溫度過(guò)低又不反應,若大量加入催化劑,一旦到達反應條件(溫度),會(huì )劇烈反應,易造成反應器溫度控制失控,反應器爆聚的可怕結局。催化劑價(jià)格極其昂貴,因此,精確的溫度測量對裝置很重要。
 
　　裝置開(kāi)車(chē)以來(lái),反應器溫度不定期出現指示波動(dòng),大多數是指示緩慢或快速升高5~10℃,儀表故障檢查未發(fā)現因震動(dòng)造成電阻體瞬間斷裂或接線(xiàn)端子松動(dòng).溫度指示回路開(kāi)路(IOP)故障。查看DCS趨勢記錄,溫度升高是在幾分鐘或十幾分鐘持續增加的,其他相關(guān)測量?jì)x表也未發(fā)現異常情況,溫度測量回路如圖2所示。
 
　　但重新接線(xiàn)緊固更換智能溫度轉化安全柵后溫度指示正常。初步認為機柜室安全柵安裝密集,散熱不好造成安全柵工作異常,DCS指示溫度高的假象。在安全柵安裝機柜排風(fēng)扇,但該現象仍不定期出現,到底是控制不穩還是溫度測量波動(dòng)無(wú)明確結論,給裝置平穩生產(chǎn)帶來(lái)困惑和不安。
2原因分析
2.1從故障處理過(guò)程分析
　　因測溫回路無(wú)過(guò)多元件,通過(guò)更換智能溫度安全柵、緊固現場(chǎng)接線(xiàn)端子,儀表恢復正常使用。儀表人員在故障檢查過(guò)程中詳細記錄如下數據:第一次先在安全柵輸入端測量阻值、再測量現場(chǎng)阻值,現場(chǎng)和機柜室采用3X1.5mm²電纜,連接距離330m,兩根線(xiàn)路電阻正常值7Ω;第二次先測量現場(chǎng)阻值,再測量安全柵輸入端阻值;第三次先在安全柵輸入端測量阻值,再測量現場(chǎng)阻值,結果見(jiàn)表.1所列。
 
　　對更換下來(lái)的安全柵測試，發(fā)現部分安全柵并無(wú)問(wèn)題仍可以在其他回路繼續使用,認為智能溫度安全柵造成溫度波動(dòng)概率較小。但多次故障測量線(xiàn)路電阻值不定,在7~11Ω之間波動(dòng)。最大一次為13Ω,斷定線(xiàn)路接觸電阻是造成溫度波動(dòng)的重要原因。
2.2從熱電阻測量溫度原理分析
　　電阻溫度計是基于金屬導體或半導體電阻值與本身溫度差成一定函數關(guān)系的原理實(shí)現溫度測量的,即金屬導體或半導體的電阻溫度函數關(guān)系一旦確定后，就可以通過(guò)測量置于測溫對象之中并與測溫對象達到熱平衡的熱電阻的阻值而求得對象的溫度,一般適用于-200~500℃。金屬導體或半導體的電阻與溫度關(guān)系可表示為:
 
　　式中Rt一溫度為1時(shí)刻的電阻值;Rt0一溫度為t0時(shí)刻的電阻值φ一電阻溫度系數,即溫度每升高1℃時(shí)的電阻相對變化量;t一感溫元件實(shí)際測量溫度;t0一感溫元件初始溫度。
　　測溫儀表是通過(guò)測溫元件的電阻值變化來(lái)檢測溫度的,所以引線(xiàn)電阻值的大小、引線(xiàn)電阻的變化(受溫度影響)及信號回路的千擾直接影響其測量精度,因此必須采取措施來(lái)消除引線(xiàn)電阻及干擾所引起的誤差,提高測量精度。
　　熱電阻的接線(xiàn)方法有兩線(xiàn)制.三線(xiàn)制、四線(xiàn)制方式。兩線(xiàn)制不能消除因引線(xiàn)電阻的變化所引起的測量誤差,一般不用;三線(xiàn)制在配合電橋電路測溫時(shí),可以減小或消除因引線(xiàn)電阻變化所引起的測溫誤差,應用比較廣泛;四線(xiàn)制通常用于標準鉑電阻,用于配合電位差計測量電阻時(shí),消除引線(xiàn)電阻的影響,在精度高測量場(chǎng)合使用。采用三線(xiàn)制是為了消除連接導線(xiàn)電阻引起的測量誤差,這是因為測量熱電阻的電路一-般是不平衡電橋。熱電阻作為.電橋的一個(gè)橋臂電阻,其連接導線(xiàn)(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部分,這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化,造成測量誤差。采用三線(xiàn)制,將導線(xiàn)一根接到電橋的電源端,其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上,這樣消除了導線(xiàn)線(xiàn)路電阻r帶來(lái)的測量誤差,如圖3所示。
 
　　當電橋平衡時(shí),(R3+r)R1=(Rt+r)R2.因此,只有在R1=R2的情況下,r對熱電阻的測量會(huì )毫無(wú)影響。當采用不平衡電橋與熱電阻測量溫度時(shí),雖不能消除導線(xiàn)電阻影響,但三線(xiàn)制已大大減少了誤差,完全可以滿(mǎn)足測量需求。
　　鉑熱電阻的使用雖然簡(jiǎn)單,但切不可想當然的在終端把兩線(xiàn)并三線(xiàn)接入巡檢儀或者別的測量?jì)x表,一-定要從Pt100傳感器三線(xiàn)接出,并三線(xiàn)接入終端儀表，否則必然存在溫度虛高。測溫電阻Rt的大小直接決定了溫度的測量值,由于接線(xiàn)接觸不緊密,或接線(xiàn)端子氧化處理不好,假想r不一致,造成Ru回路的接觸電阻增大2Ω左右,計算溫度會(huì )高出5.19℃.因此,無(wú)論三線(xiàn)制還是四線(xiàn)制，導線(xiàn)都必須從熱電阻感溫體的根部引出,盡量減少中間接點(diǎn),否則仍會(huì )有影響。
　　該裝置反應器溫度檢測采用了三線(xiàn)制接法。在實(shí)際故障處理時(shí),在安全柵輸入端測量電阻值并不完全等于實(shí)際溫度的電阻值和線(xiàn)路電阻值之和,在重新接線(xiàn)后,溫度恢復正常,說(shuō)明基于某種原因(震動(dòng).氧化等)造成接線(xiàn)端產(chǎn)生接觸電阻影響了實(shí)際測量值,是溫度測量波動(dòng)主要原因。從實(shí)際故障處理分析,測量回路在現場(chǎng)電.阻體接線(xiàn)、現場(chǎng)接線(xiàn)箱、機柜室端子排、安全柵插拔接頭均可能產(chǎn)生接觸電阻。大量智能儀表集中安裝存在一定隱患也是造成溫度波動(dòng)的輔助因素。
2.3從生產(chǎn)控制方面分析
　　查看工藝記錄,除幾次明顯工藝控制不穩造成溫度升高外,多數情況下催化劑加入量無(wú)明顯變化,反應器急冷液、循環(huán)氣加入量變化不大,反應器壓力、料位控制無(wú)明顯升高,生產(chǎn)控制不穩造成溫度波動(dòng)概率不高。
3技術(shù)改進(jìn)及效果
　　以上分析造成測量不準主要原因:測量回路現場(chǎng)電阻體端子到控制室安全柵端子之間接觸電阻過(guò)大,線(xiàn)路電阻不穩定;智能溫度安全柵安裝過(guò)于緊湊不易散熱容易造成輸出異常。
儀表人員利用裝置停車(chē)檢修機會(huì )對測量回路進(jìn)行了改造如圖4所示:a)把現場(chǎng)到控制室的傳輸信號由原阻值信號改為4~20mADC傳輸;b)安全柵改為模擬量輸入柵;c)現場(chǎng)電阻體端子盒內加裝248HART溫變,保證了連接導線(xiàn)都從熱電阻感溫體的根部引出,直接接入橋路,有效消除偏差,投用改造后裝置運行平穩,得到了工藝人員的認可。
 
4結束語(yǔ)
　　從該裝置反應器溫度波動(dòng)原因看,接觸電阻對溫度影響較大,特別像聚合反應器溫度控制范圍要求非常高的情況下,要使溫度符合±1℃標準,接觸電阻就必須足夠小,電阻體等級必須選用A級(-200~650℃時(shí)允許誤差±(0.15+0.002|t|)),采用一體化溫度測量在反應器溫度測量.上有效解決了線(xiàn)路接觸電阻對測量的影響。由于熱電阻測量回路有可能穿越強磁場(chǎng)、電纜層，其附近的電力電纜和控制電纜將對信號線(xiàn)感應而產(chǎn)生干擾,因此,測量回路一定要保證良好的屏蔽。熱電阻的電阻溫度關(guān)系和統一的分度表存在差值，這個(gè)差值的大小不能超過(guò)所規定的范圍。所以在熱電阻使用之前必須進(jìn)行檢驗,投入使用后也要定期進(jìn)行校驗。此外,對于其他儀表回路端子接觸電阻問(wèn)題也要高度重視,避免造成接觸電阻過(guò)大。比如:閥門(mén)定位器輸入接線(xiàn)電阻大,會(huì )造成調節閥不能達到控制開(kāi)度;聯(lián)鎖控制負載回路阻抗過(guò)大,造成電磁閥不能正常工作,關(guān)鍵控制閥不動(dòng)作。因此,除保持儀表接線(xiàn)端子緊固,接線(xiàn)箱溫度、濕度適宜,密封良好,控制回路也要減少中間接線(xiàn)。溫度測量使用一體化變送器,既能提高測量穩定性,又在儀表信號線(xiàn)方面節省1/3資源,降低了成本。