柔性多点温度计检测列管式固定床反应器温度的应用分析

翁逸卿

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

反应器是化工生产中的关键设备，物料在催化剂的作用下在反应器中发生化学和物理变化[1]，反应器控制方案及控制参数的选择对反应过程起着重要作用。

化学反应的直接质量指标需采用分析仪表进行检测，但由于检测直接质量指标的成分分析仪表价格昂贵、维护成本高和分析时间滞后等方面的原因，工业装置中很少采用。鉴于化学反应的一大特点是反应的同时伴随有热效应[1]，因此，温度参数作为监控反应器化学反应的间接质量指标，在化工生产中被广泛采用[2]。化工生产中反应器结构有多种类型，本文针对列管式固定床反应器特点，阐述其温度检测仪表的正确选型和安装要求。以下以某化工生产装置的列管式固定床反应器为例展开讨论。

1 温度计选型

1.1 温度元件形式

通常选用的温度测量元件有热电偶和热电阻两种形式[3]，由于本文讨论的催化剂列管直径很小（25 mm），反应温度维持在400℃～600℃之间，所以，对温度计的选型提出了很高的要求。热电偶体积更小、更耐高温的特性使它更适合作为列管式固定床反应器的测温元件[4]。

1.2 温度计结构

温度计按物理结构分类，可以分为刚性温度计与柔性温度计。

1.2.1 刚性温度计

刚性温度计如图1所示。选用刚性温度计测量列管内温度，无疑必须在反应器顶端按测量的列管数量设置相同数量的温度计管口才能进行温度检测，由于需要检测的列管数量太多（100多个点），势必会在设备上开过多的连接口，显然这种方法是不可行的。为了减少设备上开口的数量，选用刚性温度计是不可行的。

图1 刚性温度计结构图

1.2.2 柔性多点温度计

柔性多点温度计的柔性特点，以及单支温度计内有多点测温元件的特性，提供了解决列管式固定床反应器温度检测难题的新思路，为我们实现对列管式固定床反应器温度的高精度检测提供了简单易行的解决方案。

选用柔性多点温度计减少了设备的开口数量，又能达到检测更多温度点的目的，其结构如图2所示。

图2 柔性多点温度计结构图

每支柔性多点温度计由长度不同的热电偶丝组成，图2中的①为热电偶丝，热电偶丝在每支温度计内的分布如图3所示。热电偶丝不需要外部保护管，它的柔性设计，可使其在一定曲率半径下弯曲，便于安装在不同位置。

图3 热电偶丝的分布

2 应用举例

2.1 催化剂列管温度检测

图4所示，列管式固定床反应器的反应区在几万根装满催化剂的列管内（图中的催化剂列管数量仅作示意），反应物料通过反应器底部进入列管，由于列管数量有几万根，为了测量管式固定床的温度，要调节温度测量位置至反应热点或冷点，使所测管子的温度能够代表其他管子的反应情况[5]，图4中催化剂列管内的检测点代表某组列管相应温度。

热电偶丝安装与普通热电偶相比困难很多，因此，每根热电偶丝顶部都焊有牵引钢丝，牵引钢丝将热电偶丝从反应器底部引入，穿入对应的催化剂列管，然后从反应器顶部引出并固定，使热电偶丝固定于催化剂列管中央，检测反应器各个部位的温度。热电偶丝的测温点位置各自独立，并且采用了镜像安装的方式，检测反应器温度分布是否均匀。即使在开车过程中有某几个测温点失效，如偶丝断裂，也不会影响对整个反应器温度的检测。

图4 催化剂列管热电偶丝安装示意图

3 提高温度计可靠性的特殊设计

3.1 密封

由于反应器属于高温设备，柔性多点温度计过程连接处的密封效果以及耐高温材料也是设计重点。

3.1.1 密封措施

柔性多点温度计的过程接口处采用多孔金属格兰密封，格兰固定件将多点测温元件包在格兰中，用特殊的软密封剂将测温元件与格兰固定件之间的接缝填实，防止气体和液体的溢出，并固定测温元件，防止其在过程连接处的移动，如图2中②所示。图2中③采用的双法兰连接结构，再增加了一道密封“屏障”。

3.1.2 密封材料

在图2中④所示的过程接口处使用特殊的耐高温、密封材料进行填实。现在常用的几种耐高温密封材料技术如下：

（1）铜焊

铜焊的特点是焊剂熔点较高，它是一种高强度、无泄漏的连接方法。外保护管与法兰连接处采用铜焊，将焊剂在高温下溶解后进行密封填实。这种方法的连接强度高，并且可以承受最高的极限温度工况。

（2）氧化镁粉

在法兰连接处嵌入密实的氧化镁粉，氧化镁粉的熔点为2 852℃，体现了其高度耐火绝缘性能，同时，增加耐压密封性。

（3）高温水泥

高温水泥有极强的耐高温性以及稳定性，所以，也可作为耐高温密封材料填充于法兰连接处，这种填充方式提高了过程接口处的耐高温性以及防泄漏性。

3.2 二次压力保护

图2中的热电偶丝在法兰的连接处套有护线管，护线管起到保护热电偶丝与法兰密封的作用。图2中⑥为二次泄漏检测压力表，对热电偶丝与外部电缆接口处进行压力测试，检测护线管与热电偶丝的连接处是否存在泄漏，起到二次压力保护的作用。

4 柔性多点温度计与常用刚性温度计的使用比较

（见表）

表 柔性多点温度计与常用刚性温度计的使用比较

5 结束语

采用柔性多点温度计检测列管式固定床反应器温度，通过一个过程接口引入多点测温元件并固定在不同测量位置而获得多个温度点的信号。此设计减少了反应器上的过程接口，提高了过程控制的安全性和可靠性，减少停车维护时间，节省安装工程成本。柔性温度计的柔性特性还能便于成卷运输，节省运输成本柔性多点温度计作为管式固定床反应器的测温仪表，将在化工生产中得到广泛应用。

[1] 王汉松.石油化工设计手册（第3卷）[M]. 北京：化学工业出版社,2002,1821-1832.

[2] 何衍庆，黎冰，黄海燕.工业生产过程控制.第二版[M]. 北京：化学工业出版社,2010,227.

[3] 陆德民.石油化工自动控制设计手册.第三版[M].北京：化学工业出版社,2000,43-53.

[4] 王汉松.石油化工设计手册（第4卷）[M]. 北京：化学工业出版社,2002,700.

[5] 中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册.上册,第四版[M].北京：化学工业出版社,2009,335-353.