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热管恒温槽在发电机组温度检定中的应用
点击次数:542 发布时间:2015-06-05

  随着高参数、大容量机组的迅速发展,自动化水平、热工仪表测量的准确性要求日益提高,此选择合适检定仪器和检定方法,保证热工计准确度至关重要。目前,华电宁夏灵武发电有限公司一期2x600 MW和二期2xl 000 MW共计4台机组,共有温度测量仪表如热电偶、热电阻、温度开关、双金属温度计上万个,每年的机组正常运行维护和大小修工作中,均需对温度测量仪表进行周期检定,其中检定zui多的是热电偶和双金属温度计。热工计量标准室共配置有2套温度测量仪表检定装置,即二等标准铂电阻和二等铂铑10-铂热电偶检定装置;温度源使用的是恒温油槽和热电偶检定炉KRJ-600(温度源总长度为600mm)。600 mm长度热电偶检定炉适用于长度不小于750 mm的热电偶检定。
但在实际工作中,经常出现长度为750 mm以下的热电偶,由于插入深度不够(插人深度为炉子几何尺寸中心点)导致误差超过允许值而不合格。恒温油槽测温范围为100~300℃,现场很多300~500℃的双金属温度计也无法检定。为解决这些问题,必须对原有检定装置进行检定设备补充。
1 温度检定中存在的问题
1.1 短型热电偶检定中存在的问题
(1)根据热电偶检定规程的要求,检定热电偶时被检偶的工作端应处于一个均匀温区的中心,该均匀温区沿检定炉轴向60 mm范围内,温差不超过1℃。此条件下,从工作端沿被检偶偶丝的热传导较小,工作端与其周围环境之间的温差处于允许范围内。但在实际工作中,有很多长度不足750 mm的短型热电偶,因工作端无法插到检定炉的均匀温区中心,而处于温度梯度较大的环境中,容易误判。
(2)短型热电偶在检定时,被检偶外露部分过短,偶丝的参考端距检定炉边缘太近,参考端温度较高,所连接的补偿导线与被检偶参考端热接触面积小,热传导不良,接触部位保持着较大温差,造成被检偶热电势的损失,造成误判。
(3)热电偶检定炉为卧式结构,被检偶与标准偶(标准偶应放于耐高温石英管中)应捆扎牢固再沿热电偶炉轴向装于炉子几何尺寸中心点,此种安装方式既浪费时间,又容易损坏标准热电偶。
(4)短型热电偶被误判,会造成资源浪费。
1.2 高参数双金属温度计检定中存在的问题
(1)恒温油槽测温范围是100—300℃,无法检定300—500℃双金属温度计。
(2)使用恒温油槽做温度源时,随着检定点温度的升高(200℃以上),由于油烟的挥发逐渐加重,造成环境污染,损害操作人员的身体健康。恒温水槽检定范围有限,叶片及温度计,且噪声大、能耗高,存在不安全因素 。
(3)便携式干体炉0~650℃,虽然测温范围满足要求,可当双金属温度计传感器长度小于150 mm时,会由于插入深度不够造成误差大而不合格,且由于该炉子体积小,每炉每次只能检定1支温度计。
2 热管恒温槽在温度检定中的应用
为了满足公司一期、二期4台机组稳定、经济运行的参数要求,能够更加地显示热工过程控制的参数,经过技术人员的多方对比,zui终决定采用热管恒温槽作为温度源,将测温范围向上扩展到500℃,此应用不但能解决高参数双金属温度计的检定问题,同时又能解决短型热电偶检定误判和装炉困难的问题。本文介绍的热管恒温槽为PR601—500型,由泰安磐然测控科技有限公司生产。
2.1 热管恒温槽的工作原理
热管恒温槽的核心部分是一个称为“热管"的装置。热管的主体为垂直放置的圆柱体,高约600 mm,直径约130 mm,圆柱体上端面均匀排布着不同孔径的传感器插管,插管孔深约450 mm,电加热元件位于热管内靠近下端面的部位。热管经高真空设备抽空、氦质谱检漏仪检漏后灌注一定量的液态工质,工质的化学成分根据热管的工作温度范围不同而有所不同。热管类似1台特殊的电加热微型蒸汽锅炉,外部电源通过热管内的电加热元件加热工质时,部分液态工质吸收大量热能产生汽化,变为蒸汽的工质携带潜热充满热管内部空间。蒸汽在热管内与插管外壁、热管主体内壁的各部位充分换热,释放出潜热后的蒸汽被冷凝,并在重力的作用下返回热管底部,被继续加热,再次汽化,如此往复循环,但是,工质在上述循环过程中只进行着液态气态的状态变化,同时传递大量的热量,属于物理过程,不存在任何化学反应。热管与相同材料、相同形状的实芯金属棒相比,前者的导热能力比后者高几个数量级,相当于热的“超导体",具有的“温度展平"能力,因此热管恒温槽具有理想的温场均匀性等指标"1。
2.2 热管恒温槽的主要特点
(1)温度范围相对较宽。同型号的热管恒温槽工作温度有150~300℃、200~400℃、300~500℃等。对于双金属温度计,在恒温油槽中通常能检到200℃,这时油的挥发已经比较严重,而热管恒温槽为全密封结构,在200~500℃工作无挥发、无腐蚀,是目前检定双金属温度计zui理想的温度源。国内有多家双金属温度计生产厂使用热管恒温槽进行出厂前的检验。
(2)均匀温场宽。PR601—500型热管恒温槽,工作温度范围为300~500℃,从热管端口向下100 mm至450 mm之间长达350 mm的工作区域内,zui大温差不超过0.06℃。实际上,针对热电偶检定中不超过1℃的均匀温差要求,该热管恒温槽的均匀温场范围可扩展到端口下50 mm至插孔底部,长度达400 mm。上述均匀温区的宽度分别是热电偶检定炉温场宽度的5倍和7倍。这意味着,可将被检热电偶根据长度不同,插入热管恒温槽100 mm以下的不同位置,即使在插深互不相同的条件下,因温场不均匀所引入的测量不确定分量都是可以忽略的,这是热电偶检定炉、干体炉等温度源根本无法做到的。
(3)温度波动小。热管恒温槽的温度波动不超过±0.05%/10 min,大大优于热电偶检定炉。
2.3 性能测试
热管恒温槽进行性能测试,如表1所示,测试结果合格,并通过了上级计量监督部门考核认证。
2.4 热管恒温槽在温度检定中的应用
2.4.1 短型热电偶检定
图1是用热管恒温槽检定短型热电偶工作的原理图,解决短型热电偶检定zui根本的问题就是用热管恒温槽替代热电偶检定炉做温度源。主标准器可用二等标准铂电阻,也可用标准热电偶,只是用标准热电偶做标准时,应考虑参考端补偿问题。其它如接线、信号测量等均同于一般热电偶

检定方式。图1中用短型被检热电偶做示例,泰安磐然公司生产的的温度检定装置一炉可检10支热电偶。由于热管恒温槽具有很宽的均匀温场,可得到非常理想的检定结果。在近2年检定过的短型热电偶中,长度zui短的仅200 mm,稍长的有295mm、350 mm等等,均检定合格。
表2列出了用2种不同温度源检定短型热电偶的结果对比。

由表2可以看出,热电偶炉对短型热电偶的检定误差较大,且超过允许误差,而热管恒温槽对短型热电偶的检定误差小,完全符合使用要求。
使用热管恒温槽检定短型热电偶应注意2个问题:①应将被检热电偶插入直径相匹配的插孔中,空气间隙以小于1mm为宜,否则可能导致测量误差增加;②应特别注意补偿导线与被检偶参考端的连接问题,要尽量用螺丝压紧(或使用裸铜线等将两者紧密缠绕),加强两者之间的热接触和热传导,减小因参考端延伸处理不理想所导致的测量误差,特别要避免使用鳄鱼夹之类的简单操作方法。
2.4.2 高参数双金属温度计检定
图2是用热管恒温槽检定双金属温度计工作的原理,根本解决高参数双金属温度计检定问题的方法就是用热管恒温槽做温度源。该热管恒温槽有13个不同直径插孔,检定时可根据双金属温度计传感器不同直径插人热管槽相对应的插孔中,采用人机结合方式,当某一温度点如300 稳定10 min左右,则可读取同时插入的双金属温度计(6支左右)读数,依次可将所有温度表计温度检定点读完后,再进行下一个温度点的检定,这样做非常方便,既能提高双金属温度计检定速度,提高工作效率,又能避免因反复升、降温对热管恒温槽使用寿命的影响 。
表3列出了2种温度源检定双金属温度计的结果对比。

由表3可看出,同一支双金属温度计,用便携式干体炉检定实际误差较大,且逼近允许误差,而用热管恒温槽检定则误差小,完全符合使用要求。
3 效果分析
(1)热管恒温槽理想的宽温场特性,检定短型热电偶时插入深度zui短只要满足100 mm,则不但可以避免热电偶炉检定短型热电偶时工作端温度梯度大的不利影响,而且还可以解决短型热电偶参考端热传导不良的问题。
(2)补充热管恒温槽做温度源,大大提高了检定速度和效率,将原来3天检定30支热电偶的时间缩短到了1天。在实际检定工作中,2套检定装置同时运行,即长、短热电偶同时检定,加之该温度检定程序有混合检定功能(可在一次检定10支热电偶中同时接人E型和K型),特别在机组日常维护和小修工期短任务重的情况下,可尽快判断不合格仪表,提早定货,及时回装,以确保检修工期按期保质保量完成。
(3)热管恒温槽为立式结构,在热电偶装炉方面比卧式热电偶炉方便很多,标准器、石英管不易被损坏。检定双金属温度计时,不仅装炉方便,且单次检定数量多,解决了以往用干体炉检定双金属温度计时单次单支检定且误差较大的问题,大幅度提升工作效率。
(4)经过近两年来实践证明,PR601—500型热管恒温槽以其工作温度高、均匀温场宽、温度稳定性好等突出特点,在短型热电偶和高参数双金属温度计检定中发挥了不可替代的作用,从根本上解决了以往由于温度源不合适而造成的温度测量仪表误判、资金浪费问题。
如按一年大修1次,小修3次测算,共可节约资金约35万元(测算数据如表4所示)。

(1)采用热管恒温槽代替热电偶检定炉做温度源,有效解决了长度小于750 mm的热电偶因检定误差偏大易造成误判及装炉困难的问题。
(2)补充热管恒温槽做温度源,既解决了测量范围300~500℃的双金属温度计无法用100—300℃恒温油槽检定的问题,又解决了用干体炉检定时误差偏大和每炉每次只能检定1支温度计的问题。
(3)热管恒温槽的使用,避免了资金浪费问题,每年可节约大笔设备维修资金。

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