接觸電阻對(duì)熱電阻溫度測(cè)量的影響

摘要:針對(duì)某氣相聚丙烯裝置聚臺(tái)反應(yīng)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(cè)量回路構(gòu)成、故障處理。熱電阻測(cè)量方法及熱電阻三線制接線法等方面分別分析了接觸電阻對(duì)熱電阻溫度測(cè)量過(guò)程的誤差影響,提出了一種采用一體化溫度測(cè)量的有效方案以解決測(cè)量回路所存在的問(wèn)題。實(shí)踐證明,該方法提高了測(cè)量的穩(wěn)定性,很好地解決了裝置反應(yīng)釜溫度波動(dòng)的現(xiàn)狀,保證了生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。
1問(wèn)題的提出
　　某化工裝置聚合反應(yīng)器由氣體及液體循環(huán)回路控制,反應(yīng)器在66℃,2.2MPa下操作,液體物料作為冷卻劑噴灑到反應(yīng)器床層氣化后吸收聚合反應(yīng)熱,通過(guò)控制液體的流量來(lái)控制恒定的聚合溫度。反應(yīng)器的溫度控制器直接控制急冷液調(diào)節(jié)閥的閥位輸出,急冷液調(diào)節(jié)閥根據(jù)溫度測(cè)量值的變化,通過(guò)改變閥位控制加入該區(qū)域的急冷液流量來(lái)穩(wěn)定溫度,采用Pt100電阻體測(cè)量工藝流程如圖1所示。工藝生產(chǎn)反應(yīng)器溫度過(guò)低聚合不反應(yīng),過(guò)高容易爆聚,溫度控制對(duì)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(nèi)。催化劑加入量大小是控制反應(yīng)速度的重要指標(biāo),從聚合反應(yīng)機(jī)理來(lái)講,溫度升高會(huì)導(dǎo)致催化劑性能的衰減,溫度過(guò)低又不反應(yīng),若大量加入催化劑,一旦到達(dá)反應(yīng)條件(溫度),會(huì)劇烈反應(yīng),易造成反應(yīng)器溫度控制失控,反應(yīng)器爆聚的可怕結(jié)局。催化劑價(jià)格極其昂貴,因此,精確的溫度測(cè)量對(duì)裝置很重要。
 
　　裝置開(kāi)車(chē)以來(lái),反應(yīng)器溫度不定期出現(xiàn)指示波動(dòng),大多數(shù)是指示緩慢或快速升高5~10℃,儀表故障檢查未發(fā)現(xiàn)因震動(dòng)造成電阻體瞬間斷裂或接線端子松動(dòng).溫度指示回路開(kāi)路(IOP)故障。查看DCS趨勢(shì)記錄,溫度升高是在幾分鐘或十幾分鐘持續(xù)增加的,其他相關(guān)測(cè)量?jī)x表也未發(fā)現(xiàn)異常情況,溫度測(cè)量回路如圖2所示。
 
　　但重新接線緊固更換智能溫度轉(zhuǎn)化安全柵后溫度指示正常。初步認(rèn)為機(jī)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(jī)柜排風(fēng)扇,但該現(xiàn)象仍不定期出現(xiàn),到底是控制不穩(wěn)還是溫度測(cè)量波動(dòng)無(wú)明確結(jié)論,給裝置平穩(wěn)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(cè)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(xiàn)場(chǎng)接線端子,儀表恢復(fù)正常使用。儀表人員在故障檢查過(guò)程中詳細(xì)記錄如下數(shù)據(jù):第一次先在安全柵輸入端測(cè)量阻值、再測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)阻值,現(xiàn)場(chǎng)和機(jī)柜室采用3X1.5mm²電纜,連接距離330m,兩根線路電阻正常值7Ω;第二次先測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)阻值,再測(cè)量安全柵輸入端阻值;第三次先在安全柵輸入端測(cè)量阻值,再測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)阻值,結(jié)果見(jiàn)表.1所列。
 
　　對(duì)更換下來(lái)的安全柵測(cè)試，發(fā)現(xiàn)部分安全柵并無(wú)問(wèn)題仍可以在其他回路繼續(xù)使用,認(rèn)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(cè)量線路電阻值不定,在7~11Ω之間波動(dòng)。最大一次為13Ω,斷定線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(cè)量溫度原理分析
　　電阻溫度計(jì)是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與本身溫度差成一定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的,即金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻溫度函數(shù)關(guān)系一旦確定后，就可以通過(guò)測(cè)量置于測(cè)溫對(duì)象之中并與測(cè)溫對(duì)象達(dá)到熱平衡的熱電阻的阻值而求得對(duì)象的溫度,一般適用于-200~500℃。金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)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(shù),即溫度每升高1℃時(shí)的電阻相對(duì)變化量;t一感溫元件實(shí)際測(cè)量溫度;t0一感溫元件初始溫度。
　　測(cè)溫儀表是通過(guò)測(cè)溫元件的電阻值變化來(lái)檢測(cè)溫度的,所以引線電阻值的大小、引線電阻的變化(受溫度影響)及信號(hào)回路的千擾直接影響其測(cè)量精度,因此必須采取措施來(lái)消除引線電阻及干擾所引起的誤差,提高測(cè)量精度。
　　熱電阻的接線方法有兩線制.三線制、四線制方式。兩線制不能消除因引線電阻的變化所引起的測(cè)量誤差,一般不用;三線制在配合電橋電路測(cè)溫時(shí),可以減小或消除因引線電阻變化所引起的測(cè)溫誤差,應(yīng)用比較廣泛;四線制通常用于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻,用于配合電位差計(jì)測(cè)量電阻時(shí),消除引線電阻的影響,在精度高測(cè)量場(chǎng)合使用。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差,這是因?yàn)闇y(cè)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(dǎo)線(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(cè)量誤差。采用三線制,將導(dǎo)線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(dǎo)線線路電阻r帶來(lái)的測(cè)量誤差,如圖3所示。
 
　　當(dāng)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(duì)熱電阻的測(cè)量會(huì)毫無(wú)影響。當(dāng)采用不平衡電橋與熱電阻測(cè)量溫度時(shí),雖不能消除導(dǎo)線電阻影響,但三線制已大大減少了誤差,完全可以滿足測(cè)量需求。
　　鉑熱電阻的使用雖然簡(jiǎn)單,但切不可想當(dāng)然的在終端把兩線并三線接入巡檢儀或者別的測(cè)量?jī)x表,一-定要從Pt100傳感器三線接出,并三線接入終端儀表，否則必然存在溫度虛高。測(cè)溫電阻Rt的大小直接決定了溫度的測(cè)量值,由于接線接觸不緊密,或接線端子氧化處理不好,假想r不一致,造成Ru回路的接觸電阻增大2Ω左右,計(jì)算溫度會(huì)高出5.19℃.因此,無(wú)論三線制還是四線制，導(dǎo)線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(yīng)器溫度檢測(cè)采用了三線制接法。在實(shí)際故障處理時(shí),在安全柵輸入端測(cè)量電阻值并不完全等于實(shí)際溫度的電阻值和線路電阻值之和,在重新接線后,溫度恢復(fù)正常,說(shuō)明基于某種原因(震動(dòng).氧化等)造成接線端產(chǎn)生接觸電阻影響了實(shí)際測(cè)量值,是溫度測(cè)量波動(dòng)主要原因。從實(shí)際故障處理分析,測(cè)量回路在現(xiàn)場(chǎng)電.阻體接線、現(xiàn)場(chǎng)接線箱、機(jī)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(wěn)造成溫度升高外,多數(shù)情況下催化劑加入量無(wú)明顯變化,反應(yīng)器急冷液、循環(huán)氣加入量變化不大,反應(yīng)器壓力、料位控制無(wú)明顯升高,生產(chǎn)控制不穩(wěn)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(cè)量不準(zhǔn)主要原因:測(cè)量回路現(xiàn)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,線路電阻不穩(wěn)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(jī)會(huì)對(duì)測(cè)量回路進(jìn)行了改造如圖4所示:a)把現(xiàn)場(chǎng)到控制室的傳輸信號(hào)由原阻值信號(hào)改為4~20mADC傳輸;b)安全柵改為模擬量輸入柵;c)現(xiàn)場(chǎng)電阻體端子盒內(nèi)加裝248HART溫變,保證了連接導(dǎo)線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(yùn)行平穩(wěn),得到了工藝人員的認(rèn)可。
 
4結(jié)束語(yǔ)
　　從該裝置反應(yīng)器溫度波動(dòng)原因看,接觸電阻對(duì)溫度影響較大,特別像聚合反應(yīng)器溫度控制范圍要求非常高的情況下,要使溫度符合±1℃標(biāo)準(zhǔn),接觸電阻就必須足夠小,電阻體等級(jí)必須選用A級(jí)(-200~650℃時(shí)允許誤差±(0.15+0.002|t|)),采用一體化溫度測(cè)量在反應(yīng)器溫度測(cè)量.上有效解決了線路接觸電阻對(duì)測(cè)量的影響。由于熱電阻測(cè)量回路有可能穿越強(qiáng)磁場(chǎng)、電纜層，其附近的電力電纜和控制電纜將對(duì)信號(hào)線感應(yīng)而產(chǎn)生干擾,因此,測(cè)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(tǒng)一的分度表存在差值，這個(gè)差值的大小不能超過(guò)所規(guī)定的范圍。所以在熱電阻使用之前必須進(jìn)行檢驗(yàn),投入使用后也要定期進(jìn)行校驗(yàn)。此外,對(duì)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)定位器輸入接線電阻大,會(huì)造成調(diào)節(jié)閥不能達(dá)到控制開(kāi)度;聯(lián)鎖控制負(fù)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,除保持儀表接線端子緊固,接線箱溫度、濕度適宜,密封良好,控制回路也要減少中間接線。溫度測(cè)量使用一體化變送器,既能提高測(cè)量穩(wěn)定性,又在儀表信號(hào)線方面節(jié)省1/3資源,降低了成本。