炉用热电偶的工作原理是什么？
在工业炉中，铠装热电偶常被用作炉用热电偶。热电偶本体带有金属护套，可以直接测量介质的温度。或者，它也可以作为温度测量核心元件放置在保护管内。它具有耐弯曲、耐高压、热响应速度快、坚固耐用等优点。
铠装热电偶通常与显示仪表、无纸记录仪和调节器配合使用。它可在各种生产过程中测量液体、蒸汽、气体介质和固体表面的温度，测量范围为 0-1600°C。
将热电偶芯线和无机矿物绝缘材料置于金属套管内。这种可缠绕的拉伸固体组件即为绝缘绝缘电缆 (MI 电缆)。
以热电偶芯线为芯线的铠装热电偶电缆焊接形成测量端，并与相应的接线盒组装在一起。这种热电偶称为铠装热电偶。根据需要，炉用热电偶可制成绝缘型、接地型和裸露型。
炉膛热电偶——煤化工气化炉解决方案
气化炉是煤化工行业最具代表性的设备。Sino-Inst 基于德士古（TEXACO）气化炉和壳牌（Shell）气化炉的特殊工况，分享了气化炉热电偶的特殊结构、材料选择及其他专业知识，帮助用户解决各种场合的温度测量难题。
精确的温度测量和严格控制是保证工艺正常运行的关键因素，直接影响工艺是否在理想条件下进行，甚至影响整机的使用寿命、安全生产和环境保护。
由于气化炉炉体结构、内部介质、反应过程和运行条件等因素，煤化工行业中德士古（TEXACO）气化炉和壳牌（Shell）气化炉的温度测量条件极其特殊。因此，选择合适的炉膛热电偶也显得尤为重要和复杂。
作者凭借多年丰富的经验，结合德士古（TEXACO）气化炉和壳牌（Shell）气化炉的典型工况，提出了本解决方案。除了与各位讨论的相应热电偶的选择原则和注意事项外，本文旨在为煤化工用户提供参考指导和建议。
1.TEXACO 气化炉
① TEXACO 气化炉的运行条件
德士古气化炉的典型应用场所包括宁夏煤业集团25万吨/年甲醇装置、神华包头和内蒙古九台能源的煤制烯烃项目。
上述场所采用德士古快速冷却工艺和全废锅炉工艺，这是目前世界上最先进的节能工艺。
德士古气化炉具有高温、高压、氧化还原气氛共存、强冲刷、温度和压力突变等特殊工况。
燃烧室运行温度为1350-1500℃，运行压力为2.5-8.7MPa。
火焰气体包含CO、H₂、CO₂、H₂O、CH₄、Ar、N₂、H₂S等成分。
煤灰的熔点为1310-1370℃。
燃烧室壳体与内衬耐火砖由于热膨胀系数不同，容易发生剪切作用。
最重要的是，气化炉内的冲刷和磨损极其严重，因此温度计的测量点必须位于炉壁内壁15-25mm处。
然而，砌筑过程中难以保证炉壁厚度的均匀性。加之炉内冲刷和磨损的存在，炉壁在生产过程中不可避免地会逐渐变薄。
② TEXACO 气化炉炉内热电偶的性能要求：
由于上述德士古气化炉特殊的工作条件，温度传感器必须能够承受1600℃的高温和8.7MPa的高压。
它能够同时抵抗氧化性和还原性气体的双重腐蚀。
它具有可调节的插入长度和后续结构。当内衬厚度、扭转和剪切发生变化时，可以进行相应的结构调整。
③ TEXACO 气化炉温度测量解决方案
针对这些要求，我们采用特殊材料和结构设计了炉用 热电偶 ，以满足气化炉严苛的运行条件对温度传感器的要求。该热电偶专为气化炉设计，具有可调节的抗振、耐腐蚀、抗氧化和多级防漏性能。
首先，炉用热电偶的主体结构采用了可调节抗振的设计理念。
当气化炉内衬厚度发生变化时，可通过可收缩螺纹套管将炉用热电偶在±120mm范围内进行调节，从而确保测量元件始终处于最佳位置。
当炉壳和内衬发生剪切时，可通过万向旋转球使探头随倾斜角度旋转，并在限位导管和校正阻尼弹簧的作用下保持稳定。
始终将探头保持在壁套管中心的正确位置。这样可以防止气化炉的热电偶在炉壁变形时损坏。
多级防漏结构设计。当热电偶套管损坏时，可以通过套管防止炉内外之间的对流。避免高温传导甚至泄漏造成的安全隐患。体现了安全意识和环保理念。
其次，炉内热电偶保护管采用进口碳化硅材料，由亚微米级碳化硅粉末经无压烧结制成。该材料兼具陶瓷和金属的双重特性，即使在超过1750℃的高温下也能可靠使用。
其导热系数与不锈钢相当，是氧化铝的5倍。硬度仅次于金刚石，是高性能材料之一。经 氦气泄漏检测，其晶体尺寸小于10μm。
该材料孔隙率接近于零，可有效防止氢气和一氧化碳通过管壁上的孔隙损伤炉内热电偶丝。其超高的硬度和密度使其具有理想的耐磨性和长期抗材料侵蚀性能。即使在超高温下，它也能适应氧化还原气氛以及强酸强碱等腐蚀性环境。
2.壳式气化炉
目前，国内已引进十余套壳式气化炉。典型应用地点包括河南凯翔甲醇项目、云威集团合成氨项目和广西流花煤气化厂。
①壳式气化炉运行条件特点
保证壳式气化炉正常运行的条件：
既不能造成汽化器过热损坏，也不能造成汽化器损坏。必须尽可能减少 氧气 消耗。为实现碳完全转化，温度控制至关重要。
然而，壳式气化炉的结构特点决定了其温度无法直接测量，只能通过间接方法进行控制。
气化炉内膜壁与外壳之间形成“环形空间”。高温合成气无法逸入“环形空间”，导致外壳过热。通过测量“环形空间”内水冷壁的温度来计算炉内温度，是壳式气化炉温度测量的特点。
环形空间内的温度数据在多个点位采集，每个温度测量点都是判断气化炉是否正常运行的关键。如有任何异常，应立即查找并分析原因，并及时处理，否则会对气化炉造成重大损坏。
②壳牌气化炉炉膛热电偶的性能要求
由于壳牌气化炉的煤粉压力为4MPa，在气化炉内与氧气和水蒸气在约1500℃的温度下燃烧，送入煤粉燃烧器时已承受2MPa的压力，因此，温度计的耐压能力必须不低于2MPa，并具备过压应急措施，且能承受1500℃的高温。
壳牌气化炉是集动静设备、燃烧、反应、换热和淬火等工艺于一体的复合设备。因此，所用热电偶必须易于安装、拆卸和更换。由于其结构复杂且控制点众多，必须使用多点式热电偶。
③壳牌气化炉温度测量方案
针对壳牌多点式拉芯防漏气化炉，专门设计的炉膛热电偶方案满足了现场安装要求。
a. 使用不同长度（最长6米）的多点式热电偶，一次性测量不同控制点的温度，采用三点式或四点式热电偶。
b. 根据现场安装特点，采用4英寸（1英寸=25.4毫米）600号法兰安装件。该安装件与温度测量体为可分离结构，可先完成法兰的安装固定，再将温度测量体安装到法兰上。
该方案可一次性完成体积较大的法兰安装。日常维护中，只需更换主要部件，方便快捷。与此结构紧密结合的是核心元件的独立更换性。每个测量元件都是一个可拆卸的独立部件。如果任何一个元件发生故障，都可以单独取出更换。这降低了维护成本以及备件的数量和费用。
c. 由于炉内介质中含有大量HCl，设备制造中通常使用Incoloy和Inconel合金。为了保持其优异的耐高温和耐腐蚀性能，炉内热电偶保护管的材料必须全部采用Inconel600合金。同时，温度测量元件、安装法兰和密封套管的材料也必须保持一致。
d. 温度计必须采用多级防漏密封结构设计。也就是说，每个元件都必须配备双级防漏装置。当任何一个温度测量元件损坏时，由于防漏装置的存在，高温高压气流中的“环形空间”不会发生泄漏。它还能保证现场安全和环境保护要求。
3.炉内热电偶安装说明
①气化炉停机后，应考虑耐火材料和压力容器的减压效应以及热胀冷缩问题。气化炉的泄压和更换过程应缓慢进行，炉内压力应基本降至大气压并完全更换完毕。
之后，趁熔渣尚未完全凝固，将气化炉热电偶从炉内抽出。
如果熔渣已凝固，则无法将热电偶陶瓷套管抽出，只能抽出背面的金属部分。陶瓷套管通常需要用专用工具压入炉内。
②安装新的气化炉热电偶时，将组装好的气化炉热电偶放置在专用支架上。将支架放置在带轮小车上，使气化炉热电偶与支架完全对齐。
设备在中间进行操作。缓慢地将气化炉热电偶推入炉内，每5分钟推进约10毫米。保护热电偶免受热冲击。
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