热电偶在化工企业生产中常见故障及处理方法

2019-11-12孙林

魅力中国 2019年42期

孙林

（本钢集团北营焦化厂，辽宁本溪 117017）

一、热电偶的基本原理

将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路，如下图所示：当导体的两个连接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中产生电流，这种现象称为塞贝克效应，所产生的电动势称热电动势，流过的电流称热电流。热电势的大小只与热电偶导体材质以及两端温差有关，与热电偶导体的长度、直径无关。直接用作测量介质温度的一端叫工作端（测量端），另一端称为冷端（补偿端）。

热电偶的导体材料一般都属于贵金属，而化工企业现场的测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低材料成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（补偿端）延伸到温度比较稳定的控制室的仪表盘柜内，连接到仪表端子上。热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

二、热电偶的性能特点

首先，测量精度高。热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

其次，测量范围广。铂铑-铂热电偶测温范围630-1064℃；镍铬-镍硅热电偶测温范围0-900℃；钨-铼热电偶测温范围300-2000℃；镍铬-考铜热电偶测温范围0-600℃；铜-康铜热电偶测温范围-200-100℃。T型0-400℃，J型0-750℃，E型0-800℃，K型0-1100℃，S、R型0-1400℃，B型0-1600℃。

再次，构造简单，使用方便。热电偶是由两种不同材质的金属丝焊接构成，不受长度和大小限制，外有保护套管，使用起来方便。

最后，信号低，易受外部信号干扰。因热电动势产生的范围在0～70mV之间，毫伏级电压信号相当弱，极易受外部信号干扰，所以在热电极生产、现场安装、补偿导线屏蔽要求较高。

此外，热电偶的价格低廉、寿命长。普通的热电偶几百元左右，常规环境下一般可稳定运行4-6年时间，主要受腐蚀、磨损等原因而影响使用寿命，很少会发生机械故障。

三、热电偶常见故障分析

热电偶在运行维护中发生的故障率相比其它仪表设备偏低，但是一旦发生故障之后，查找原因相比较困难，常规的检查方法是将计算机或二次仪表侧的接线解开，将温度元件与系统断开，缩小排查范围，从热电极到补偿导线逐一进行检查、分析，再根据具体情况处理故障。在焦化厂干熄焦区域的实际维护中，热电偶出现的故障，总结有如下几种情况：

（一）显示值比实际值偏小

热电动势比正常值偏低，造成这种原因的因素比较多，在这里暂不讨论二次仪表转换环节出现的问题（下同）。可能原因为热电极短路、接线端子或补偿导线短路、热电偶特性失效等等，应从简而难一一排除。检查热电极直流电阻以及补偿导线绝缘阻值，一般热电偶的直流电阻在100 欧左右，补偿导线绝缘要求在500V电压下应达到100M 欧以上；现场接线端子是否正常、是否存在积灰较严重。若检查一切正常最后看能否采取更换热电偶消除故障。如果在年修之后出现这种缺陷现象，还因考虑检查热电偶接线端子是否接反、是否是新放、补偿电缆型号是否与之匹配、极性是否接反。

（二）显示值比实际值偏高

即热电势比实际值偏高。发生这种故障的原因可能为补偿导线绝缘不佳导致干扰信号窜入，也有可能是因为热电极性能发生失效，一般处理过程与情况1 相似，各种具体情况可综合考虑进行处理。

（三）热电势输出不稳定或无输出

可能的原因是接线端子锈蚀不导通、松动、松脱，补偿导线瞬间短路或瞬间接地或将断未断开，也有可能热电极将断未断，也有可能是受到外界干扰。各种原因应一一进行排除，对于外界干扰是无法从测量上进行判定的，只能从温度变化和现场电缆走向情况进行综合分析，并采取有效的屏蔽措施进行处理。

（四）热电偶热电势误差大

在正常运行中发生可能的原因是热电偶变质或保护管表面积灰，造成温度测量偏差大。这种情况在运行中较易判定，重新更换热电偶即可。总之，在处理热电偶故障时，应将温度元件、补偿导线分开一一检查的同时，还应考虑其他情况，综合各种现场因素，特别是现场错综复杂的信号干扰，进行处理。

四、针对故障提出的建议

首先，重要的温度测点元件应送仪表校检，不符合技术要求的温度元件要及时更换；其次，重视热电偶补偿导线的绝缘检查，技术值应严格按照相关规定执行；再次，对于易发生热电偶磨损、腐蚀的测点，除了要加强措施，安装防护板，减少磨损，还可根据实际情况进行周期性更换，以保证机组的安全稳定运行；最后，在现场处于恶劣环境的接线端子最好能定期进行清灰，减少端子积灰造成回路短路故障，另外还应更换现场腐蚀严重的接线端子排，避免锈蚀而造成回路导通不良的故障。