本文分享神華新疆化工有限公司高壓聚乙烯裝置的高壓熱電偶和溫度變送器的選型、安裝、回路調(diào)試和使用經(jīng)驗(yàn)，這些技術(shù)要求和經(jīng)驗(yàn)對同行貨同類裝置的熱電偶及溫度變送器的應(yīng)用有所借鑒。
高壓聚乙烯裝置加工和儲(chǔ)存的主要介質(zhì)為乙烯、醋酸乙烯及過氧化物等易燃易爆物質(zhì)。乙烯在一定的壓力下進(jìn)入裝置，經(jīng)過一次/增壓壓縮機(jī)壓縮到25-31MPa，與高壓回路的高壓循環(huán)氣一起進(jìn)入二次機(jī)，二次機(jī)將乙烯升壓至反應(yīng)壓力，然后送入反應(yīng)器進(jìn)行聚合反應(yīng)。工藝過程操作壓力最高達(dá)到310MPa，反應(yīng)溫度最高達(dá)到320℃，聚合反應(yīng)非常劇烈，如果操作不當(dāng)極易產(chǎn)生乙烯分解爆炸，因此對儀表控制系統(tǒng)和關(guān)鍵的現(xiàn)場儀表要求有非常高的可靠性且響應(yīng)速度應(yīng)極快。為保證高壓熱電偶測量信號(hào)的快速可靠性，高壓聚乙烯裝置高壓管線測溫均采用專用的高壓惰性熱電偶，根據(jù)高壓熱電偶的應(yīng)用位置不同，其壓力等級(jí)分為PN50MPa、PN160MPa、PN360MPa，高壓熱電偶與透鏡墊的密封采用金屬線密封，響應(yīng)時(shí)間為t-50＜0.6s、t-90＜1.8s。
全裝置共有144支高壓熱電偶，其中有103支作為EP1和EP2的輸入觸發(fā)信號(hào)，作用極其重要，為保證信號(hào)的快速、可靠傳送，采用溫度變送器把熱偶信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)4-20mA信號(hào)，再送入DCS/SIS 系統(tǒng)。溫度變送器響應(yīng)時(shí)間要求為 t-50≤30ms。
筆者參加了神華新疆煤制烯烴項(xiàng)目高壓聚乙烯裝置高壓熱電偶和溫度變送器的儀表選型、詳細(xì)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工、裝置開車及運(yùn)行維護(hù)等有關(guān)工作，并對高壓聚乙烯裝置開車和運(yùn)行階段遇到的高壓熱電偶常見問題進(jìn)行了深入分析和妥善處理。
1、高壓熱電偶的技術(shù)要求
①選型要求
全裝置高壓熱電偶共有144支，其中PLT4935型號(hào)(L1=135mm，L=338mm)50支， PLT4926 型號(hào)(L1=156mm，L=358mm)94支，全部采用NiCr-Ni(Type K) 雙支熱電偶，外徑為9mm，設(shè)計(jì)壓力360MPa，測量范圍0-400℃，響應(yīng)時(shí)間t-50＜0.6s、t-90＜1.8s。因中間接線箱需要放置在現(xiàn)場振動(dòng)小且易于操作維護(hù)的位置，為了保證延長電纜能夠順利連接至接線箱，本裝置要求所有高壓熱電偶的延長電纜由廠家推薦的10m改為15m。
②高壓熱電偶安裝要求
高壓熱電偶與透鏡墊之間采用螺紋連接，密封形式為錐形金屬線密封。因設(shè)計(jì)壓力高達(dá)360MPa，對高壓熱電偶的安裝要求也非?？量?，根據(jù)熱電偶廠家的要求和設(shè)備廠家提供的操作手冊要求，在本裝置的安裝方式按以下步驟進(jìn)行：
a、先確認(rèn)所有部件無損壞且密封面完好；
b、將鎖緊螺母擰到熱電偶的反向螺絲上;；
c、將壓緊螺絲擰7圈到熱電偶的反向螺紋上;；
d、將壓緊螺絲帶著熱電偶擰到透鏡墊的正向螺紋上并擰緊；
e、用350N·m專用扭矩扳手將壓緊螺絲擰緊，這時(shí)螺紋的末端剛好與透鏡墊螺紋孔上沿平齊，在用扭矩扳手?jǐn)Q緊的時(shí)候一定要保持熱電偶不轉(zhuǎn)動(dòng)，否則將損壞密封面；
f、擰緊鎖緊螺母；
g、將擋套和鎖緊板安裝固定在壓緊螺絲上，避免振動(dòng)引起螺絲松動(dòng);；
h、最后再進(jìn)行接線連接。高壓熱電偶安裝情形如圖1所示。
2、溫度變送器的技術(shù)要求
①選型要求
本裝置溫度變送器采用的是MTP-300i型變送器，將熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)4-20mA信號(hào)(信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間t-50≤30ms) ，再送入DCS/SIS 系統(tǒng)。MTP-300i 型溫度變送器在本裝置采用兩進(jìn)一出接線方式，如果兩個(gè)輸入測量回路之間的偏差超過0.4mA，快速溫度變送器將在1.5s后輸出信號(hào)關(guān)閉，再持續(xù)0.4s輸出一個(gè)內(nèi)部故障；如果回路中有外部故障(例如熱電偶線路斷線)也將在0.4s后輸出故障信號(hào)，這時(shí)快速溫度變送器的輸出電流小于3.6mA。如果快速溫度變送器的輸出電流不大于3.6mA或者大于22mA將超出信號(hào)輸出范圍，即輸出一個(gè)壞值。 在實(shí)際應(yīng)用中，很多高壓熱電偶多次出現(xiàn)了雙支測量回路之間的偏差超過0.4mA的現(xiàn)象，導(dǎo)致快速溫度變送器輸出壞值，從而觸發(fā)EP1和EP2聯(lián)鎖，EP1、EP2觸發(fā)后，裝置全線停車，系統(tǒng)內(nèi)物料緊急放大氣，導(dǎo)致裝置無法正常運(yùn)行。針對這一現(xiàn)象，重新與熱電偶溫度變送器廠家討論對接，在征得廠商同意的情況下，改變了原有的接線方式，將雙支高壓熱電偶的其中一支接線至溫度變送器， 在溫度變送器輸入側(cè)將兩個(gè)通道用補(bǔ)償導(dǎo)線跨接，高壓熱電偶的另外一支作為備用，這樣便解決了這一問題。
②溫度變送器安裝要求
溫度變送器MTP-300i為導(dǎo)軌式溫度變送器，即可以安裝在現(xiàn)場，也可以安裝在機(jī)柜室的機(jī)柜內(nèi)。由于裝置現(xiàn)場的設(shè)計(jì)極端溫度為-39.2～40℃，且考慮到現(xiàn)場雨淋、曝曬及振動(dòng)等情況，最終將溫度變送器集成安裝在機(jī)柜室的機(jī)柜內(nèi)，從現(xiàn)場接線箱至機(jī)柜溫度變送器采用補(bǔ)償導(dǎo)線連接。MTP-300i體積較小，加之采用導(dǎo)軌式安裝，在機(jī)柜內(nèi)并不難集成，但布線時(shí)一定要將高壓熱電偶雙支的備用支敷設(shè)到相應(yīng)的溫度變送器旁邊，這樣當(dāng)更換備用支時(shí)不但不容易出錯(cuò)也可提高工作效率。
3、熱電偶測溫回路校驗(yàn)
高壓熱電偶回路校驗(yàn)可分為兩部分，一是高壓熱電偶設(shè)備完好性校驗(yàn)，二是快速變送器回路校驗(yàn)。高壓熱電偶設(shè)備校驗(yàn)采用加熱爐在0-400℃量程范圍加熱，熱電偶廠家要求精度為±0.2%， 因此誤差不能超過±0.8℃，與標(biāo)準(zhǔn)表相對比，不符合精度的熱電偶進(jìn)行標(biāo)記淘汰，雙支都符合精度要求的熱電偶才允許拿到現(xiàn)場進(jìn)行安裝。溫度變送器的回路校驗(yàn)要在現(xiàn)場接線箱端子進(jìn)行，這樣可以將補(bǔ)償電纜所產(chǎn)生的誤差通過調(diào)整快速溫度變送器的零點(diǎn)和量程旋鈕來消除，否則，就算高壓熱電偶本身合格，溫度變送器也符合精度要求，但整個(gè)回路不一定符合精度要求。正確的檢驗(yàn)方法應(yīng)在現(xiàn)場接線箱端子用信號(hào)發(fā)生器給溫度變送器發(fā)信號(hào)，在DCS/SIS操作站上看溫度變化，誤差不在±0.8℃范圍內(nèi)的，需要在溫度變送器上調(diào)整零點(diǎn)和量程，調(diào)整至誤差范圍內(nèi)，對于無法調(diào)整到誤差范圍內(nèi)的溫度變送器，需要更換新的溫度變送器重新進(jìn)行校驗(yàn)。
4、常見故障分析與處理
經(jīng)過高壓聚乙烯裝置的開工運(yùn)行，在本裝置高壓熱電偶回路主要出現(xiàn)了以下問題：
a、在裝置運(yùn)行期間，熱電偶溫度在DCS上突然顯示壞值
原因很可能是熱電偶本身故障或者線路斷路造成的，使溫度變送器輸出電流不大于3.6mA或者大于22mA，導(dǎo)致溫度變送器輸出壞值。這時(shí)應(yīng)盡快將高壓熱電偶雙支的備用支更換上，否則，如果再出現(xiàn)一個(gè)溫度壞值，將觸發(fā)SP-3A程序，SP-3A程序觸發(fā)后，系統(tǒng)物料部分向火炬排放，反應(yīng)器降壓至200MPa，停止引發(fā)劑注入，造成裝置停車。如果雙支都已損壞，工藝又不具備更換條件，應(yīng)將該溫度點(diǎn)進(jìn)行旁路，防止產(chǎn)生高報(bào)誤報(bào)觸發(fā)EP1聯(lián)鎖。
b、在裝置運(yùn)行期間，熱電偶溫度比正常溫度偏低
原因可能是補(bǔ)償導(dǎo)線產(chǎn)生了誤差，或者是介質(zhì)的超高壓沖擊力使熱電偶本身出現(xiàn)問題。這時(shí)應(yīng)首先考慮更換雙支的備用支，不要盲目調(diào)整溫度變送器的零點(diǎn)和量程，因?yàn)闇囟茸兯推骰芈沸ｒ?yàn)好后基本不會(huì)出現(xiàn)問題，出現(xiàn)零點(diǎn)或量程漂移的概率很小，在本裝置出現(xiàn)的問題基本都是現(xiàn)場高壓熱電偶本身故障所導(dǎo)致。
c、在裝置運(yùn)行期間，突然出現(xiàn)某個(gè)熱電偶測點(diǎn)溫度滿量程，超過高報(bào)聯(lián)鎖點(diǎn)275℃，這將直接觸發(fā)EP1聯(lián)鎖，導(dǎo)致停車
在溫度變送器設(shè)計(jì)選型時(shí)，要求當(dāng)熱電偶斷線時(shí)，溫度變送器輸出壞值，當(dāng)有兩個(gè)壞值同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，觸發(fā)SP-3A程序。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，出現(xiàn)熱電偶測點(diǎn)溫度滿量程的原因是在溫度變送器插針端子上沒有采用逐一接線方式操作，而是將插針端子從快速溫度變送器上拔下，接好線后直接插到溫度變送器上，在插入的瞬間回路產(chǎn)生大電壓，從而導(dǎo)致溫度變送器輸出20mA，出現(xiàn)熱電偶測點(diǎn)溫度滿量程現(xiàn)象。因此，在裝置運(yùn)行期間，溫度變送器側(cè)接線時(shí)，一定不要將插針端子拔下，而應(yīng)采用逐一接線方式操作。
高壓聚乙烯裝置所有高壓管道的溫度測量都采用的是筆者所述高壓熱電偶測溫方式，如果安裝時(shí)出現(xiàn)一點(diǎn)疏忽將導(dǎo)致介質(zhì)外漏，在310MPa壓力下外漏是極為危險(xiǎn)的，如果高壓熱電偶的回路測量不能滿足控制要求，將導(dǎo)致裝置無法開車，因此高壓熱電偶的溫度測量是高壓聚乙烯裝置最重要的部分之一，希望上述的技術(shù)要求和經(jīng)驗(yàn)介紹能對同行或同類裝置的應(yīng)用有所借鑒。
