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解决固体颗粒侵蚀(SPE)相关的热电偶套管故障

来源:发表时间:2018-10-08

    在煤粉碎生产线中,有数十亿个煤颗粒与硬面热电偶套管高速碰撞,导致通常被称为固体颗粒侵蚀(SPE)的现象。今天,我们上海自动化仪表三厂尝试解决这个问题。

 

    想象一下,安装在煤粉碎生产线上的热电偶 - 热电偶套管组件。生产线中的煤是关于婴儿爽身粉的稠度,并且正以高速向燃烧方式输送。在本申请中获得的温度测量值用于控制该过程。


    比例,积分和微分(PID)控制系统正在工作,做各种奇特的事情,比如预测温度传感器响应时间的滞后,并在运行中进行调整以节省能源。为此,煤粉碎设备的善意制造商已经仔细地提供了一种坚硬的钴材料的热电偶套管,该材料因其耐腐蚀性而闻名于世。技术是一个奇迹, 我们生活在奇迹时代,生活不可能更精细。

    

    固体颗粒侵蚀的影响


    尽管钴硬面涂层,但由于煤粉碎线的腐蚀,顶部两个热电偶套管未能打开。尽管在工艺中暴露较长时间,但底部的保护管仍然  存在而没有失效。


    尽管硬质饰面比原钢更耐腐蚀,但这些饰面通常用作火焰喷涂或等离子喷涂或焊接。然后将表面抛光并完善,以便肉眼看不到明显的瑕疵或瑕疵。挑战?在这个煤粉碎生产线中,有数十亿个煤颗粒以高速与这个硬面热电偶套管碰撞,导致通常被称为固体颗粒侵蚀(SPE)的现象。


    当您处理小固体颗粒和热电偶套管柄之间数十亿次接触时,这些非常小的颗粒中的一个或三个或几百个将与热电偶套管中的面层中的最轻微的不规则接触。相互作用的重复将加剧不规则性,直到不规则性成为硬面的破坏,此时底层钢直接暴露于煤粉流。物质损失不可避免地随之而来。在实践中,尽管有适当的硬面,但热电偶套管可能会失去其每半年至少六到六个月直接暴露在煤粉流中的柄部。  


    那么这种困境的合理解决方案是什么?坚硬的面板很昂贵,并且使用热电偶套管的每个部分的冲动是令人信服的。为什么不简单地将热电偶套管翻转180度左右,以便未磨损的部分现在暴露在煤粉流中?直到有一天,维护人员转动热电偶套管并且没有热电偶套管可以转动。


    图中的三个热电偶套管各自安装在煤粉碎线中,其中热电偶套管柄的主要长度直接暴露于高速小颗粒侵蚀。顶部两个孔涂有钴基硬面,以增加热电偶套管的寿命。尽管硬面材料比钢硬得多,但涂层工艺会留下微小的缺陷或裂缝,这在数十亿粒粉末喷射到热电偶套管柄的过程中不可避免地显露出来。一旦煤粉开采出缺陷,就会露出裸露的金属,热电偶套管会迅速腐蚀,如图所示。  


    顶部两个热电偶套管已分别安装在热电偶套管中六个月和三个月。每个都是坚硬的,固体颗粒侵蚀完全打开他们的小腿。底部的热电偶套管是必需的儿童,安装在煤粉碎线上超过一年。长时间暴露于粉煤流不会对热电偶套管造成损坏或从该装置获得的温度测量的可靠性。


    上海自动化仪表三厂硬面热电偶套管的可行替代方案


    带有侵蚀尖端的热电偶套管


图:管道应用中热电偶套管的侵蚀尖端。


    确定的解决方案是使用具有金属支撑结构的固体陶瓷。因为所使用的陶瓷是固体(≈0.125“厚)而不是面层,所以它没有涂层中存在的缺陷。由此产生的性能差异是戏剧性的。以这种方式制造的保护管,例如图1底部的保护管,已经持续了六年甚至更长时间而没有失效,其低于硬面热电偶套管的每个热电偶套管成本的一半,其在相同的情况下很少持续六个月安装。


    然而,比降低热电偶套管的成本和更换频率更重要的是所获得的温度测量的响应时间的可靠性的提高。  


    当然,温度传感器会告诉您自身的温度,而不是过程介质。根据诸如热电偶套管的厚度等因素,工艺温度的变化将逐渐反映在传感器的温度中。随着硬面热电偶套管的壁被侵蚀,温度传感器越来越绝缘,并开始越来越快地响应,直到最终传感器本身被侵蚀和失效。安装的传感器的响应时间的这种波动通过降低燃烧过程的效率而导致操作设备的显着费用。控制系统调整包括安装的传感器的响应时间因子。虽然调整适合安装,随着热套管壁的侵蚀,其安装的传感器的响应时间发生了显着变化。这种变化导致控制系统反应过度,浪费了大量的能量资源以响应控制指示。  


    当侵蚀是一个值得关注的问题

    侵蚀问题远非煤粉碎生产线所特有的。在考虑侵蚀的情况下,材料的厚度可以与所施加的性能硬面一样重要。在使用温度传感器来控制过程特性的情况下,侵蚀的影响可能非常显着 - 响应时间的变化可能远远超过与移除和更换侵蚀部件相关的成本。在电力,化学,石化和工业应用中存在许多类似的现象,其中沙子或其他小颗粒可能导致部件快速磨损和失去功能。

 

    最后一点:上海自动化仪表三厂发布了一个唤醒频率标准(PTC 19.3TW-2010),该标准解决了热电偶套管的机械完整性问题。虽然该标准允许量化热套管的材料损失,但它没有量化对温度测量的影响。此外,上自仪三厂标准明确指出,具有硬面涂层的热电偶套管不在19.3TW分析的范围内,“保护管”也是如此,这些应用中常用。在这种情况下,适当的设计策略是关注避免故障 - 腐蚀的实际原因 - 而不是假设的失败原因,如速度引起的振动。



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