Датчик температуры для печи

В настоящее время для измерения температуры расплава соли в печах используют в основном термоэлектрические датчики температуры, помещенные в керамический чехол из оксида алюминия и защищенные арматурой из высокохромистой стали.

Специалистами предприятия ОАО НПП «Эталон» была опробована пирометрическая система измерения температуры на Омском предприятии ОАО «Омскгидропривод».

Основным достоинством данной системы является использование в качестве измерительного датчика так называемой «ИК-термопары». ИК-термопара представляет собой трубу, заглушенную с одной стороны донышком в виде конуса, с другой стороны установлен приемник ИК-излучения от пирометра ПД-7, сфокусированный на конус донышка (Рисунок 1). Сам же приемник ИК-излучения соединен с пирометром высокотемпературным армированным оптоволоконным кабелем, позволяющим устанавливать электронную часть прибора на безопасном расстоянии от объекта контроля. Таким образом исключается перегрев и выход из строя чувствительного элемента и электроники.

Рисунок 1 – ИК термопара

Для проведения сличения параллельно штатной термопаре, осуществляющей измерение температуры и передачу измерительного сигнала на регулятор, в расплав соли была помещена ИК-термопара (Рис. 2).

Рисунок 2 – Измерение температуры хлорида бария ИК-термопарой в солевой печи.

Результаты проведенных измерений были получены во время плановой закалки стальных деталей и приведены на рис.3.

Рисунок 3 – Забросы температуры солевой печи, связанные с инерционностью штатной термопары.

Рисунок 4 - Вариант возможной реализации релейного регулирования температуры на пирометре ПД-7

Из графика измерений видно, что в момент максимального нагрева печи температура, измеренная ИК-термопарой, составила 1233°С, в то время как показания штатной термопары в данный момент времени составили 1211°С. В момент остывания ИК-термопара показала 1177°С, а штатная термопара 1209°С. Т.е. в верхнем значении температуры ИК-термопара завышала на 22°С относительно штатной, а в нижнем занижала на 32°С, в то время как на регуляторе была установлена верхняя уставка регулирования 1211°С, а нижняя 1209°С.

По мнению специалистов ОАО НПП «Эталон», такое расхождение результатов измерений связанно с разной инерционностью датчиков, осуществляющих измерение температуры, а также не пропорционально подобранной мощностью, вкачиваемой в солевой расплав. Средняя инерционность термопар в защитной арматуре, разрабатываемых на предприятиях для температур свыше 1000°С, составляет от 20 до 40 секунд, в данной печи за это время разница действительной и измеренной температуры составляет от 20 до 30°С. Так как регулирование температуры расплава соли на большинстве предприятий в основном релейное (включено/выключено) и скорость нагрева/остывания высокая, то это приводит к забросам температуры, и соответственно, ухудшению качества закалки стальных деталей.

Благодаря конструктивному исполнению ИК-термопары и высокому быстродействию пирометра существенно снижается инерционность измерений по отношению к термоэлектрическим датчикам защищенным керамическим чехлом и арматурой из жаростойкой стали.

Данная конструкция также позволяет значительно уменьшить финансовые затраты, связанные с износом датчика, так как при выходе из строя замене подлежит лишь ИК-термопара, стоимость которой существенно ниже стоимости термоэлектрических датчиков как ХА типа, так и платиновой группы.

К другим достоинствам пирометрической системы можно отнести и то, что пирометр сам может регулировать температуру с помощью встроенных в прибор ключей регулирования (5в, 20мА), таким образом потребность в отдельном регуляторе температуры отпадает. На Рисунок .4 - Вариант возможной реализации релейного регулирования температуры на пирометре ПД-7 приведена схема возможной реализации релейного регулирования температуры хлорида бария в солевой печи.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТРЫ В ПЕЧИ разными способами :

Температура в печи - феррокольца эксперимент

Ортон коны и новинка - Феррокольца

Традиционно

- я сам и думаю и многие другие керамисты - измеряют температуру в печи полагаясь на датчик температуры - термопару.

Другой способ

- установка в печь конусов фирмы Ортон (Orton cones ). Лично я ставлю их в печь не каждый обжиг, а лишь в ответственные моменты или через определённый интервал обжигов чтобы точнее настраивать обжиг. Я всё-таки делаю архитектурную керамику - плитку, мозаику, панно, архитектурные элементы - и часто они обжигаются в несколько разных обжигов: мне же крайне необходимо чтобы тон глазурей во всех обжигах получался одинаковым. Поэтому точность температуры - один из ключей к стабильности в изделиях.

И вот подошёл день когда печь перестала выдавать нужную скорость набора температуры - что значит пора менять спирали. Спирали я поменял, пустой и бисквитный обжиг провёл и теперь наступил момент первого глазурного обжига в котором мне просто необходимо узнать истинную температуру.

К моей удаче я в дополнение к стандартно мною используемым Ортон конам смог получить от поставщика CeramicaStore новинку - феррокольца. Это заманчиво, так как даёт мне несколько новых возможностей:

- феррокольца измеряют температуру очень точно, до градуса буквально!,

- феррокольца маленькие, тогда как коны занимают высоту 7-8 см (а к ним ещё и подложка нужна),

- феррокольца дают измерение именно максимума достигнутой температуры, а ортон коны накопленной температуры, то есть на феррокольца не влияют скорость набора температуры и плотность загрузки печи,

- на феррокольца не влияет тип атмосферы и тип глазурей стоящих в печи - для конов это значимый фактор в погрешности.

вот на верхней полке стоят несколько конусов и по центру феррокольцо:

А вот ферроколечко и на нижней лещадке:

Видно что феррокольцо компактно и малозначительно на загрузке печи.

Обжиг я поставил на 1220С, со скоростью набора 150гр/час, выдержкой 10 минут и закрыванием вентиляции на 1000 градусов. Вот мои размышления и ожидания:

- задвижки печи я зыкраваю чтобы добиться более ровного прогревания печи вверху и внизу и более плавного опускания температуры; плюс помещение где стоит печь у меня небольшое и достаточно существенно нагревается, а так меньше;

- так как обжиг первый, то я ожидал что он будет с небольшим пережогом градусов в 10С, то есть 1230C;

- так как печь была загружена на 2/3 то этот фактор я посчитал не влияющим на температуру;

- я никогда не измерял разницу температур в верху и низу печи, но слышал страшнеы истории про разницу в 40-50 градусов; ну 40 градусов я бы у себя заметил сразу по глазури, а так моё предположение было что разница будет не более 20С.

И вот - обжиг прошёл. ))

Видно побелевшие коны:

Коны 5 и 1/2 полностью легли на подставку. Кон 6 лёг туда же (1222-1225С). А кон 7 коснулся верхушкой подножки что означает что именно его температура по теплонакоплению и была достигнута. То есть по кону было 1240-50 градусов С (согласно таблице при наборе скорости 150гр/час).

Эти две фотки показывают что обычным штангенциркулем ферокольца не измерить - результаты на глаз неразличимы:

Вот точные измерения ферроколец электронным штангенциркулем (красные точки уже поставил я после обжига чтобы не перепутать какой верхний, а какой нижний, а так феррокольца так же белеют и теряют изначальный цвет и остаются лишь оттиснутые номера партии):

Итого результаты по феррокольцам:

1249С и 1228С

ОГО. разница между верхней полкой и нижней целых 20 градусов, и это у печи Rohde у которой есть второй термослой вокруг кирпичей футировки.

Второй сюрприз - какой пережог случился на верхней полке. Замечу что на глазурях моих это никак не сказывается, так как верхние полки и остывают быстрее поэтому теплонакопления в них меняется несущественно. Но всё же для чувствительных глазурей - например, красных - это может решающий фактор для двух верхних полок отправиться в брак )

Надо сказать что феррокольца измеряют скорее температуру атмосферы, то есть по ним хорошо проверять датчик температуры. Для глазури же в плане температуры больше важно сколько тепла накопила глазурь и с какой скоростю она остывала - и тут лучшим индикатором является всё же коны, так как они сделаны из собственно говоря из глазури и их сгибание и есть показатель сколько именно тепла глазурь накопила.

- То есть для периодической проверки (и калибровки, если ваш компьютер позволяет) термопары доступной альтернативы феррокольцам-то и нет.

- Для проверки разброса нагрева - и тут феррокольца информативнее.

- Для использования в плотной укладке изделий - и тут феррокольца безальтернативно удобнее.

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ

ДЛЯ ПЕЧЕЙ, ТЕПЛООБМЕННИКОВ, КОТЛОВ, НАГРЕВАТЕЛЕЙ, ЗМЕЕВИКОВ

Установка приборов контроля топочной камеры в сочетании с датчиками температуры поверхности (TUBE SKIN THERMOCOUPLES) разработанными DAILY THERMETRICS играют важнейшую роль в обеспечении точности температурных измерений и общей надежности системы. Daily Thermetrics предлагает решения зарекомендовавшие себя на нефтеперерабывающих предприятиях.

компенсационные кольца предназначены предусмотреть возможное тепловое расширение без нагрузки на сварные швы термопары. Проектируется отделом TUBE SKIN ENGINEERING индивидуально для каждой печи, в зависимости от степени и направления расширения.

направляющие приварные клипсы сохраняют контакт термопары с поверхностью трубопровода при охлаждении и предусматривают возможность теплового расширения без повреждения сварных швов.

приварной наконечник обеспечивает непосредственный контакт температурного датчика с измеряемой поверхностью.

Осевое и радиальное крепление.

термозащитный экран защищает наконечник и спай термопары от пламени горелки. Пламя горелки может привести к получению неправильных показаний (более высоких) и преждевременному выходу термопары из строя. Все термозащитные экраны имеют надежную изоляцию, обеспечивающую максимальную защиту от воздействия пламени.

точные изгибы термопары увеличивают срок службы поверхностной термопары и снижают нагрузку на ее корпус. Изгибы выполняются инженерами отдела TUBE SKIN ENGINEERING, обеспечивая правильное расположение термопары без оказания чрезмерного давления на ее корпус.

Рабочий спай IMMEDIATE-RESPONSE™

Daily Thermetrics и отдел TUBE SKIN ENGINEERING используют рабой спай IM-MEDIATE-RESPONSE™ для большинства типовых наконечников поверхностных термопар.

Обычно, рабочий спай термопары находится в центральной точке окончания термодатчика. В случае с поверхностными термопарами это не лучший вариант размещения, хотя и наиболее простой в производстве. Но данный вариант спая не обеспечивает максимальную теплопроводность и точность измерений.

Рабочий спай IMMEDIATE-RESPONSE™ максимально приближен к стенке защитной оболочки термопары, чтобы обеспечить наилучший контакт точки измерения с измеряемой поверхностью.

Мы проводим рентгенографическое тестирование каждого рабочего спая IMMEDIATE-RESPONSE™.

Типы конструкций

Ниже представлены стандартные модели, которые мы изготавливаем. Пожалуйста, сообщите если вам необходимо разработать индивидуальный дизайн.

ПРИВАРНАЯ ПЛОЩАДКА

c дополнительной тепловой изоляцией

Термозащитный экран и площадка приварены к поверхности трубопровода.

Дизайн наконечника с приварной площадкой позволяет менять поверхностные термопары без необходимости проведения дополнительных сварочных работ на поверхности трубопровода. После того, как направляющая трубка будет приварена к поверхности трубопровода, замена термопары может производиться путем простого извлечения неисправной термопары из направляющей трубки и установкой в нее новой.

Лучший вариант применения: печи малой мощности или газовые печи полного сгорания.

Ограничения: Низкая эффективность в системах, требующих большего внешнего диаметра термопар (больше чем 5/16” или 8 мм). В случае применения термопар, предназначенных для высоких нагрузок, отдел TUBE SKIN ENGINEERING рекомендует использовать съемную площадку с гальваническим покрытием EZ-PAD™.

ПЛОЩАДКА С ПРОРЕЗЬЮ

c дополнительной тепловой изоляцией

Дизайн наконечника с квадратной площадкой обеспечивает надежную защиту термопар для печей со средней нагрузкой.

В отличие от других измерительных датчиков с квадратными площадками, где рабочий спай термопары касается наплавленного слоя, площадка с прорезью позволяет обеспечить прямой контакт спая с поверхностью трубопровода.

Лучший вариант применения: в печах средней мощности используются термопары с малым внешним диаметром корпуса, в печах более высокой мощности используются термопары большего внешнего диаметра.

ПЛОЩАДКА EZ-PAD™

c дополнительной тепловой изоляцией

Термозащитный экран можно снять во время замены термопары. Площадка EZ BASE приварена к поверхности трубопровода.

Дизайн площадки с разъемом EZ-PAD™ позволяет менять поверхностные термопары без необходимости проведения дополнительных сварочных работ на поверхности трубопровода. После того, как основная площадка (EZ BASE) будет приварена к поверхности, замена термопары и разъема может производиться путем простого извлечения неисправной термопары и разъема из основной площадки и установки новой термопары и разъема.

Разъемная конструкция EZ-PAD™ является усовершенствованной версией ПРИВАРНОЙ ПЛОЩАДКИ с НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ТРУБКОЙ. Это позволяет подбирать термопары с большим внешним диаметром, что обеспечивает увеличение срока службы и повышение надежности измерения, без нарушения качества контакта рабочего спая с внешней поверхностью трубопровода.

В термопарах с площадкой EZ-PAD™ применяется рабочий спай IMMEDIATE-RESPONSE™ для быстрого и точного измерения.

Лучший вариант применения: в печах с высокой/критической нагрузкой; газовых или нефтяных.

ПЛОЩАДКА KNIFE-EDGE™

c дополнительной тепловой изоляцией

Площадка KNIFE-EDGE™ приварена к поверхности трубопровода.

Дизайн площадки KNIFE-EDGE™ представляет собой прочную и надежную конструкцию для термопар, предназначенных для работы на печах с наиболее высокой нагрузкой.

Площадка KNIFE-EDGE™ приваривается непосредственно к поверхности трубопровода и в сочетании с термозащитным экраном обеспечивает высокую точность измерения температуры поверхности.

В термопарах с площадкой KNIFE-EDGE™ применяется рабочий спай IMMEDIATE-RESPONSE™ для быстрого и точного измерения.

Лучший вариант применения: в печах с высокой/критической нагрузкой; газовых или нефтяных.

Данные тип площадки мы предлагаем в соответствии с требованиями лицензиара ExxonMobil.

Стандартные материалы оболочки термопар.

Inconel 600 (Инконель 600)

Hastelloy® X (Хастеллой X)

Pyrosil® D (Пиросил D)

Использование неквалифицированного персонала при установке и подключении термопар — кратчайший путь к преждевременной поломке оборудования.