一种恶劣工况下的测温装置的制作方法

1.本发明属于能源控制技术领域，具体涉及一种温度测量装置。


背景技术：

2.气化炉膛温度控制是气化工艺操作控制的关键，温度的高低将影响耐火砖寿命、气化炉的排渣及有效气组成等指标，因此准确测量反应温度十分重要。
3.从德士古气化工艺开发投运以来，热电偶测温法一直是气化炉膛测温的标准方法。热电偶测温的准确可靠性是气化炉安全高效运行的保障。为了延长热电偶的使用寿命，热电偶端部一般比炉膛内壁后缩10～20mm，有的用户甚至后缩100mm甚至更多，其测量值与炉膛实际温度相差可达500℃，严重影响气化装置的可靠运行。因此，开发一种既能实时准确测温，又能避免热电偶过快损坏的测温装置很有必要。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种恶劣工况下的测温装置，通过在线连续调节热电偶的位置，实现热电偶全行程不同位置准确测温。同时，恶劣工况下将热电偶缩入到冷却保护夹套内部，并通入保护气体吹扫、冷却保护，避免损坏。
5.本发明的技术解决方案是：一种恶劣工况下的测温装置，包括动作驱动器、控制器、热电偶、位置测量单元以及冷却保护夹套，热电偶安装在冷却保护夹套内，动作驱动器与热电偶的非测量端通过连接件固定连接，位置测量单元实时检测热电偶在冷却保护夹套内的位置并传送至控制器，控制器根据实际工况以及热电偶的实时位置控制动作驱动器动作，由动作驱动器带动热电偶的测量端伸出冷却保护夹套外部或者在冷却保护夹套内部进行温度测量。
6.可选的，所述的冷却保护夹套为多层套管式结构，包括由内至外同轴布置的内管、中管和外管；内管后端设有驱动器连接法兰将后端封闭，侧壁设有保护气入口，前端通过端盖与外管相连；外管后端设有冷却水端部法兰将后端封闭，侧壁设有冷却水出入口；中管将内管、外管间组成的冷却水通道隔为内、外两层，冷却水通过冷却水出入口由内层供入外层引出或者由外层供入内层引出。
7.可选的，所述的热电偶装设于所述内管内，与驱动器连接法兰之间通过密封件实现相互动密封。
8.可选的，所述的冷却水为脱盐水，流量0.5～5t/h。
9.可选的，所述的保护气入口供入空气、氮气、二氧化碳、氩气或者循环合成气，气体流量2～20nm3/h，气体流速0.5～2m/s。
10.可选的，所述的位置测量单元包括位置传感器、位置开关和定位片，定位片安装在连接件上，位置传感器安装在支架上，所述支架用于连接动作驱动器与驱动器连接法兰，在热电偶的测量端移动的前端最大位置及后端最大位置处设有位置开关，位置传感器及位置开关通过定位片来获得热电偶的位置信号。
11.可选的，所述的热电偶外表面设置耐磨耐高温陶瓷保护套管。
12.可选的，所述的动作驱动器为单作用气动执行器，外部气源经过滤减压后接入控制器，输出气路通过冗余双两位三通电磁阀接入单作用气动执行器后端，通过后端气压力与前部弹簧弹力的差异，执行向前或者向后的动作。
13.可选的，所述的动作驱动器为双作用气动执行器，外部气源经过滤减压后接入控制器，而后形成两路压力分别为p1、p2的气路，p1气路通过冗余双两位三通电磁阀接入双作用气动执行器后端，p2气路接入双作用气动执行器前端，通过前端气压力与后端气压力的差异，执行向前或者向后的动作。
14.可选的，所述的冗余双两位三通电磁阀包括第一电磁阀和第二电磁阀，第一电磁阀和第二电磁阀的气源接口同时与控制器的输出气路连接，第一电磁阀的公共口与第二电磁阀的排气口串联，第二电磁阀的公共口与气动执行器相连，第一电磁阀和第二电磁阀的控制端接外部开关控制信号。
15.本发明与现有技术相比的优点在于：
16.(1)本发明通过控制动作驱动器来拖动热电偶前后动作，连续调整热电偶的位置，可以实现热电偶全行程不同位置准确测温；
17.(2)为适应高温、腐蚀、冲刷及杂质污染等恶劣工况，本发明通过在热电偶外表面设置耐磨耐高温陶瓷保护套管，并将整个热电偶缩入到冷却保护夹套内部，通入保护气体对其进行吹扫、冷却保护，避免损坏，延长使用寿命；而且冷却保护夹套通入循环冷却水进行冷却保护，使用寿命长；
18.(3)本发明控制气路冗余双电磁阀设计，既可避免其中一个电磁阀线圈故障后控制失灵，又可实现紧急情况联锁关闭快速将热电偶退回到保护位置。
附图说明
19.图1为本发明测温装置原理示意图；
20.图2为本发明测温装置热电偶动作示意图；
21.图3为本发明测温装置的一种控制示意图；
22.图4为本发明测温装置的另外一种控制示意图；
23.图5为本发明测温装置的保护气流量及伸出距离对测温的修正系数曲线。
24.附图标记
25.图中：1动作驱动器；2控制器；3支架；4连接件；5热电偶；6密封件；7.1、7.2位置开关；8位置传感器；9定位片；10驱动器连接法兰；11内管；12保护气入口；13冷却水端部法兰；14外管；15、16冷却水进出口；17中管；18安装法兰；19端盖；20过滤减压阀；21两位三通电磁阀；22单作用气动执行器；23双作用气动执行器。
具体实施方式
26.下面结合说明书附图和实施例对本发明的测温装置作进一步详细说明。
27.如图1所示，本发明的测温装置，它主要包括：动作驱动器1、控制器2、热电偶5、位置传感器8、位置开关7.1、7.2、冷却保护夹套及密封件6。
28.其中冷却保护夹套由同轴布置的内、中、外3层套管组成：内管11后端设有驱动器
连接法兰10将后端封闭，侧壁设有保护气入口12，前端通过端盖19与外管14相连。外管14后端设有冷却水端部法兰13将后端封闭，侧壁设有冷却水入口15、冷却水出口16及安装法兰18；中管17将内管11、外管14间组成的冷却水通道隔为内、外两层，冷却水可由内层供入外层引出或由外层供入内层引出。冷却保护夹套通过安装法兰18整体安装于待测温部位。
29.热电偶5装设于冷却保护夹套的内管11内，与驱动器连接法兰10之间通过密封件6来实现相互动密封。
30.动作驱动器1通过支架3安装在冷却保护夹套后端，并通过连接件4与热电偶5连接，用于驱动热电偶5沿轴向运动，来调节热电偶5测温头部的位置；动作驱动器1由控制器2控制。
31.热电偶5工作头部的位置通过装设在支架3上的位置传感器8指示，前端最大位置及后端最大位置处设有位置开关7.1、7.2指示，位置传感器8及位置开关7.1、7.2通过感应连接件4上的定位片9来获得位置信号，并将位置信号反馈给控制器2。
32.为适应高温、腐蚀、冲刷及杂质污染等恶劣工况，热电偶5外表面还设置有保护套管。保护套管材质选用热传导性能、机械性能、耐磨、耐高温性能优异的刚玉、碳化硅等陶瓷类材料，可有效延长热电偶5使用寿命。
33.保护气入口12可供入空气、氮气、二氧化碳、氩气、循环合成气等气体，流量2～20nm3/h。内管11内保护气体流速需控制在0.5～2m/s范围内，不能太低，起不到吹扫保护作用；也不能太高，会影响热电偶测温的准确性。
34.冷却水入口15供入循环脱盐水，流量0.5～5t/h。冷却水流量太低时，冷却水通道内水流速较低，对流换热效果较差，对夹套冷却保护作用较差；冷却水流量太高时，冷却水通道内水流速较高，循环水流到助力较大。当冷却水流量取低值时，冷却水进出口温升可能较大，此时冷却水应采用由内层供入外层引出形式。
35.如图3所示，为本发明动作驱动器1的一种具体实现形式，此处动作驱动器1为单作用气动执行器22。
36.仪表气源串联过滤减压阀20接入控制器2，控制器2输出气路混连冗余双两位三通电磁阀21接入单作用气动执行器22后端。
37.控制信号包括输入控制器2的4～20ma连续位置电信号以及输入冗余双两位三通电磁阀21的开关量信号。控制器2接收输入的4～20ma连续位置控制信号，冗余双两位三通电磁阀21同时接收输入的开关控制信号。
38.控制器2将输入的位置电信号和位置传感器8反馈信号进行比较，如有信号偏差，控制器2通过调节输出气路的压力p，p增大，单作用气动执行器22内后部气压力大于前部弹簧弹力，执行器向前动作；反之，执行器向后动作，直至输入信号与位置反馈信号相等为止。
39.如图4所示，为本发明动作驱动器1的另外一种具体实现形式，此处动作驱动器1为双作用气动执行器23。
40.仪表气源串联过滤减压阀20接入控制器2，控制器2输出两路压力分别为p1、p2的气路，p1气路混连冗余双两位三通电磁阀21接入双作用气动执行器23后端，p2气路接入双作用气动执行器23前端。
41.控制信号包括输入控制器2的4～20ma连续位置电信号以及输入冗余双两位三通电磁阀21的开关量信号。控制器2接收输入的4～20ma连续位置控制信号，冗余双两位三通
电磁阀21同时接收输入的开关控制信号。
42.控制器2将输入的位置电信号和位置传感器反馈信号进行比较，如有信号偏差，控制器2通过调节输出气路的压力p1、p2，p1》p2，双作用气动执行器23内后部气压力大于前部气压力，执行器向前动作；反之，执行器向后动作，直至输入信号与位置反馈信号相等为止。
43.如图3、图4所示，冗余双两位三通电磁阀21连接方式如下：两个两位三通电磁阀21的气源接口1同时与控制器2的输出气路并联，第一电磁阀的公共口2与第二电磁阀的排气口3串联，第二电磁阀的公共口2与气动执行器22、23相连，第一电磁阀的排气口3放空。两个电磁阀互相备份，避免其中一个电磁阀线圈故障后控制失灵。
44.冗余双两位三通电磁阀21的工作过程如下：电磁阀得电时1口、2口导通，失电时2口、3口导通，相应的，双电磁阀接收开信号，两个电磁阀都正常带电工作时，1口、2口导通，气源通过第二电磁阀阀的1口、2口进入气动执行器22、23；当第一电磁阀故障时，第一电磁阀2口、3口导通，气源通过第二电磁阀的1口、2口进入气动执行器22、23；当第二电磁阀故障时，第二电磁阀2口、3口导通，气源通过第一电磁阀的1口、2口，第二电磁阀的2口、3口进入气动执行器22、23，输入气动执行器22、23后端的控制器2输出气路导通，可以正常进行位置控制。
45.双电磁阀接收关信号，两个电磁阀均失电，气动执行器22、23后部的气体通过第二电磁阀的2口、3口，第一电磁阀的2口、3口排空，气动执行器22、23退回到后端。
46.本发明的工作原理如下：
47.测温工作时，电磁阀21接收开信号，并向控制器2输入位置信号，控制器2控制动作驱动器1前后动作，并将热电偶5头部伸出冷却保护夹套送到前端设定的工作位置。如图2所示，热电偶前端最大位置伸出夹套端面距离h，热电偶可实现前端0～h范围内的任意位置连续测温。
48.保护工况时，电磁阀21接收关信号，动作驱动器1迅速向后动作，并将热电偶5头部缩入冷却保护夹套送到后端保护位置。如图2所示，热电偶后端最大位置缩入夹套端面距离h，为了保证热电偶的保护效果，应满足h≥d，其中d为内管11内径。动作驱动器1的行程l＝h h。
49.因通入的保护气流会掠过热电偶5表面，会对热电偶5的测温产生影响，保护气流量越大、越靠近冷却保护夹套端面影响越大，所以还需要建立保护气流量及伸出距离对测温的修正系数ξ、η曲线，如图5所示，该曲线由试验得出。试验采用控制变量法，求取流量修正系数ξ曲线时，保持伸出距离h不变，首先不通保护气测出温度真实值t0，然后通过改变保护气流量，测量得出不同保护气流量下温度测量值t
ξ
，ξ＝温度真实值t0/测量值t
ξ
，进而绘制出流量修正系数曲线；同理，求取距离修正系数η曲线时，保持通入相同流量的保护气体，首先设定伸出距离h测出温度真实值t0，然后通过改变伸出距离，测量得出不同伸出距离时温度测量值t
η
，η＝温度真实值t0/测量值t
η
，进而绘制出距离修正系数曲线。正常使用时，温度真实值t0＝测量值t〃ξ〃η。
50.为保证测温的准确性，另一种操作方法为：在测温工作时保护气入口12联锁停止供入保护气，测温结束保护工况时再联锁通入保护气。
51.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。