CN107543628B - 用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，包括热电偶及套在热电偶外的保护套管，带有保护套管的热电偶通过安装在硫磺炉上的测温支撑管伸入到硫磺炉中，测温支撑管的侧面设有前后相间隔的第一吹气接口和第二吹气接口，第一、第二吹气接口的一端与测温支撑管连通，第一、第二吹气接口的另一端连接保护气体气源，热电偶的后端和接线盒相连，接线盒和测温支撑管密封连接，保护套管和接线盒之间的测温支撑管上安装有一微压压力表，测温支撑管的后端设有能封闭测温支撑管的旋转阀。本发明能有效避免硫化氢气体的渗漏和泄露，延长热电偶使用寿命，提高测温准确性，并且更换热电偶不需要停炉停工，从而延长装置运行周期，大大提高生产效率。

Description

用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶

技术领域

本发明涉及一种热电偶，尤其涉及一种用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶。

背景技术

硫磺回收装置是所有炼油设备中重要且必不可少的环保装置，已经被大量应用于天然气净化厂和煤气化工艺中，通过它使原油中的硫得以回收并生成硫磺产品，从而避免了炼制过程中因排放酸性气体而造成环境污染。硫磺炉包括石油化工酸性气体硫磺焚烧炉、硫磺尾气回收加热炉和硫磺尾气焚烧炉。硫磺炉是整个硫磺回收装置的核心设备，其炉膛温度非常高，通常在1200～1450℃，最高时可达1500℃，有时设备出故障时温度能够高达1600℃。而且硫磺炉内含有大量的剧毒气体H₂S气体，硫化氢气体是一种剧毒气体，当其浓度大于10mg/m3时，人就会出现身体不适的症状，当其浓度大于760mg/m3时，人就会很快出现急性中毒，最后因呼吸麻痹而死亡。

在正常的生产流程中，对该炉的温度控制非常关键，必须保证炉膛温度在上述温度范围内。如果温度过低，催化剂反应效率低下，会影响硫回收效率，只能回收部分硫磺；如果温度过高，则会加速设备老化，特别影响炉膛内衬耐火砖的寿命，极端的情况还可能出现因内衬损坏而导致反应器壳体破裂而出现硫化氢气体泄露危及现场人员生命安全的严重事故。由于硫磺炉的上述特点，关于硫磺炉炉膛的温度测量一直是行业内的难点。目前，主要的测温手段还是采用贵金属热电偶的方法来测量硫磺炉炉膛的温度，也有采用红外或光纤等非接触式测温手段来测量硫磺炉炉膛温度的，但从现场使用的效果来看，并不是很理想，一旦现场电源发生意外，情况更是无法想象。

在硫磺炉炉膛这样的高温下选择正确的热电偶套管材质尤为关键。如选择高温不锈钢套管，所含的镍在硫化还原性气体中很快会被破坏，这是因为大多高温合金钢其工作温度上限也就1200℃；如果选择非金属材料作为套管，如刚玉管、石英管和碳化硅管等，虽然耐高温特性是没有问题的，但在应用现场还是出现很多套管破裂的情况，主要是因为非金属套管在高温状态下太脆，如遇热冲击则易碎。现场破裂的套管多数是由于热冲击造成的，硫磺炉内燃烧器产生的火焰根据气体流量的不同其火焰的强度也不同，有时瞬间就能高至2000℃，这就会在炉内造成热冲击。所以热电偶保护套管的材质一定要选择既耐高温又抗冲击的材质。

虽然硫磺炉内的压力不大，一般都在0.4Mpa以内，但是如果热电偶的保护套管损坏，炉内的腐蚀性介质很快就会渗透到热电偶的偶丝上，而热电偶偶丝对腐蚀性介质是极其敏感的，它极容易被毒化，热电偶一旦被毒化，其测量的准确性和可靠性都会受到影响，信号也将不稳定，现场就无法可靠测量。所以，硫磺炉上的热电偶还应该能够承压。

目前采用普通热电偶测量硫磺炉炉膛温度主要遇到下述困难：热电偶使用寿命短，有时刚换上的热电偶几个小时就损坏了，使用时间最多只有半年时间；热电偶保护套管若采用刚玉套管、石英管或碳化硅管等非金属材料，则抗急冷急热性差，易破裂、断裂；当现场套管破裂时，硫化氢气体会顺着破裂的套管腐蚀热电偶偶丝，还会顺着套管进入到接线盒，接线盒一旦被腐蚀，硫化氢就会泄露到现场，极端的情况下还会发生硫化氢顺着电缆泄露到控制室，危及现场人员的安全。

因此，长久以来，对于硫磺炉炉膛温度的测量，一直是行业内的难题，而且考虑到硫化氢气体渗漏、泄露的影响，根本无法在硫磺回收装置在线运行状态下更换热电偶，从而影响装置运行周期和生产效率。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其能有效避免硫化氢气体的渗漏和泄露，实现在硫磺回收装置在线运行状态下安全地更换热电偶，即更换热电偶不需要停炉停工，从而延长装置运行周期，大大提高生产效率。

本发明另一目的是提供一种用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其有很好的气密结构，就算热电偶保护套管破裂，炉内的有毒气体也不会进入接线盒，提高安全性。

本发明又一目的是提供一种用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其所用保护套管耐高温耐热冲击，高温承压至2.5.MPa以上，并有很好的抗硫化氢腐蚀性能，不易破裂，对热电偶起到很好的保护作用，延长使用寿命。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括热电偶及套在热电偶外的保护套管，带有保护套管的热电偶通过安装在硫磺炉上的测温支撑管伸入到硫磺炉中，所述的测温支撑管的侧面设有第一吹气接口，第一吹气接口的一端与所述的测温支撑管连通，第一吹气接口的另一端连接保护气体气源，所述的热电偶的后端和接线盒相连，接线盒和所述的测温支撑管密封连接。保护气体气源可以采用氮气等气体。热电偶测温过程中，第一吹气接口一直处于吹气状态，主要是将有少量渗入到测温支撑管中的有毒介质送向硫磺炉炉膛。需要更换整支热电偶时，通过调节与第一吹气接口连接的控制阀，加大流入第一吹气接口的保护气体气流，从而阻挡硫磺炉内的硫化氢气体向支撑管外溢，从而实现在硫磺回收装置在线运行状态下安全地更换热电偶，不用停工停炉，延长装置运行周期，大大提高生产效率。

作为优选，所述的测温支撑管的侧面设有第二吹气接口，第二吹气接口的一端与所述的测温支撑管连通，第二吹气接口的另一端连接保护气体气源，第二吹气口位于第一吹气口的后方，所述的保护套管和接线盒之间的测温支撑管上安装有一微压压力表。在热电偶测温过程中，如果保护套管发生全部破裂情况，则微压压力表有压力显示，此时立即打开和第二吹气接口相连的控制阀，并加大流入第二吹气接口的保护气体气流，即第一、第二吹气接口同时输送氮气，将渗入保护套管的有素气体和热量吹出，吹回硫磺炉内，从而对热电偶起到保护作用，以便延长热电偶的使用寿命。

作为优选，所述的测温支撑管的后端设有能封闭测温支撑管的旋转阀。在线运行更换热电偶时，拉出热电偶，立即关闭旋转阀，保证绝对密封，确保即使测温支撑管内有少量的有毒气体也不会扩散到现场，提高安全性和可靠性。装入热电偶时，再打开旋转阀。

作为优选，所述的测温支撑管的前端通过法兰密封安装在硫磺炉上，测温支撑管的后端设有一个连接接头，连接接头和所述的接线盒螺纹连接，连接接头和所述的热电偶之间设有一个双卡套密封件。热电偶的安装采用前后两层气密结构，实现多重堵漏功能，进一步确保测温支撑管的气密性，采用双卡套密封件，将热电偶卡死，就算热电偶保护套管破裂，炉内的有毒气体也不会进入接线盒，不会扩散到现场，提高安全性。

作为优选，所述的双卡套密封件包括相连的前卡套和后卡套，前卡套呈带有轴孔的圆锥体，该圆锥体的底部设有一个圆锥孔，所述的后卡套由带有轴孔的圆锥体和圆柱体相连而成，后卡套的圆锥体伸入到前卡套的圆锥孔内并和前卡套相连，前卡套的圆锥体的顶端抵在所述的连接接头和热电偶之间，后卡套的圆柱体和所述的接线盒及热电偶相抵。双卡套密封件由橡胶材质制成。由前卡套和后卡套相连构成的双卡套密封件，在安装连接时能更好地被挤压，起到很好的缓冲作用，减弱介质外泄的冲力，提高密封性能。

作为优选，所述的前卡套圆锥体的底面直径小于后卡套的圆柱体底面直径，前卡套圆锥体的底面和后卡套的圆柱体之间有间隙。进一步增强缓冲作用，提高密封性。

作为优选，所述的保护套管包括前端封闭的非金属保护管和粘结包围在非金属保护管外侧面的金属外保护管。保护套管由金属外保护管和非金属保护管分层制作而成。非金属保护管能在高温、高压下可靠使用，硬度高。在非金属保护管的外侧面包裹有一段金属外保护管，从而增强抗蠕变和抗应力断裂性能，还便于与金属材料进行焊接，便于安装。非金属保护管和金属外保护管之间用高温粘结剂进行粘结，在1500℃左右时，金属外保护管与高温粘结剂会形成复合状态，进一步提高热电偶保护套管的强度及抗蠕变和抗应力断裂性能。因此，本技术方案中的保护套管，耐高温达2000℃以上，具有很好的抗热冲击性能，在炉温强烈波动时不开裂、不断裂，在高温、高压下有足够强的机械强度和耐高温熔渣冲刷能力，能够承受高温压力，还能耐硫化氢腐蚀，大大延长了保护套管及热电偶的使用寿命。

作为优选，所述的金属外保护管采用合金冶炼而成，所述的合金包括重量比为30％～45％的钽、5％～13％的铌、5％～15％的钨、4％～8％的钼、3％～5％的铝、1％～3％的钇、1.5％～4.5％的铬和其余的铁。本技术方案的合金为难熔高温合金材料，具有很好的耐高温性能。

作为优选，所述的非金属保护管为采用亚微米碳化硅粉沫无压烧结而成的碳化硅管。该烧结工艺产生的自结合细晶(小于10微米)碳化硅具有硬度极大、重量轻且空隙率低等特点，是热电偶保护套管的理想材料。碳化硅具有广泛的优越性能：耐高温，在超过1750℃高温时仍可在空气中可靠地使用；硬度强，碳化硅是仅次于金刚石的最硬的高性能材料之一；耐磨损性好，碳化硅的超高硬度和密度使得它能经受高磨损；抗热震性好，因为高热导率和低热膨胀系数，碳化硅非常抗热震，而且与其他耐火材料相比可以胜任快速热循环；耐腐蚀、氧化和侵蚀性能好，碳化硅的高密度、低气孔率和化学惰性使得它即使在超高温度下也能工作于热的气体和液体环境中、氧化和腐蚀性气体中以及强酸和强碱中。高热导性，和不锈钢材料的导热性相当，是氧化铝的导热性的5倍。抗弯强度(4点)：380Mpa；断裂韧性：4.6Mpa/√m；弹性模量(室温)：410Gpa。

作为优选，所述的热电偶为B型双铂铑铠装热电偶，热电偶和所述的保护套管之间设有氧化镁绝缘物，热电偶的正极和负极穿设在氧化铝材质制成的双孔管上。热电偶的正极和负极之间采用氧化铝材质制成的双孔管进行隔离和绝缘，热电偶和保护套管之间采用高温氧化镁进行绝缘，进一步提高可靠性。采用B型双铂铑铠装热电偶，测温高至1800℃，双铂铑铠装金属，耐温2500℃以上。

本发明的有益效果是：通过双吹气接口，其能有效避免硫化氢气体的渗漏和泄露，延长热电偶使用寿命，提高测温准确性，并且实现硫磺回收装置在线运行状态下可以安全地更换热电偶，即更换热电偶不需要停炉停工，从而延长装置运行周期，大大提高生产效率。采用前后端两层气密结构，实现多重堵漏功能，进一步确保测温支撑管的气密性，采用双卡套密封件，提高密封性能，将热电偶卡死，就算热电偶保护套管破裂，炉内的有毒气体也不会进入接线盒，不会扩散到现场，提高安全性。采用由金属外保护管和非金属保护管分层制作而成的保护套管，耐高温耐热冲击，高温承压至2.5.MPa以上，并有很好的抗硫化氢腐蚀性能，不易破裂，对热电偶起到很好的保护作用，延长使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一种剖视结构示意图。

图2是图1中A的放大图。

图中1.热电偶，2.保护套管，3.测温支撑管，4.第一吹气接口，5.接线盒，6.第二吹气接口，7.微压压力表，8.旋转阀，9.法兰，10.连接接头，11.双卡套密封件，12.双孔管，13.硫磺炉，111.前卡套，112.后卡套。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，如图1所示，包括热电偶1及套在热电偶1外的保护套管2，热电偶1采用B型双铂铑铠装热电偶，热电偶和保护套管之间填充有纯度为99.95％的高温氧化镁作为绝缘物，热电偶1的正极和负极穿在由99.99％高纯氧化铝材质制成的双孔管12上，以隔离正极和负极。保护套管2包括前端封闭的非金属保护管和粘结包围在非金属保护管外侧面的金属外保护管。非金属保护管采用亚微米碳化硅粉沫无压烧结而成的碳化硅管，金属外保护管采用合金冶炼而成，合金包括重量比为30％的钽、5％的铌、5％的钨、4％的钼、5％的铝、3％的钇、4.5％的铬和其余的铁。带有保护套管2的热电偶1通过安装在硫磺炉13上的测温支撑管3伸入到硫磺炉13中，热电偶1的后端和接线盒5相连，接线盒5和测温支撑管3密封连接。测温支撑管3的前端通过法兰9密封安装在硫磺炉13上，测温支撑管3的后端连有一个连接接头10，连接接头10和接线盒5螺纹连接，连接接头10和热电偶1之间安装有一个双卡套密封件11。如图2所示，连接接头呈T字型，有内、外螺纹，内孔形成台肩，内孔中安装有双卡套密封件11，测温支撑管的后端端面有一个凹槽，连接接头的T字头堵在测温支撑管的凹槽中，接线盒有环形凹槽，环形凹槽的两面分别和连接接头的内、外螺纹紧密拧接，将双卡套密封件11挤压在连接接头的内孔台肩和接线盒之间。双卡套密封件11包括相连的前卡套111和后卡套112，前卡套111呈带有轴孔的圆锥体，该圆锥体的底部有一个圆锥孔，后卡套112由带有轴孔的圆锥体和圆柱体相连而成，后卡套112的圆锥体伸入到前卡套111的圆锥孔内并和前卡套111相连，前卡套111圆锥体的底面直径小于后卡套112的圆柱体底面直径，前卡套111圆锥体的底面和后卡套112的圆柱体之间有间隙，前卡套111的圆锥体的顶端抵在连接接头10的台肩和热电偶1之间，后卡套112的圆柱体和接线盒5及热电偶1相抵。双卡套密封件采用橡胶材质制成。如图1所示，测温支撑管3的侧面安装有第一吹气接口4和第二吹气接口6，第一吹气接口4靠近法兰，第二吹气接口6位于第一吹气接口4的后方，第二吹气接口和第一吹气接口有间距，第一、第二吹气接口的一端分别与测温支撑管3连通，第一、第二吹气接口的另一端分别经控制阀和保护气体气源相连，本实施例中保护气体采用氮气。测温支撑管比保护套管长，在保护套管和接线盒之间的测温支撑管上安装有一微压压力表7和旋转阀8，且旋转阀8靠近接线盒。

热电偶测温过程中，第一吹气接口一直处于吹气状态，主要是将从法兰连接处渗入的有毒介质送向硫磺炉炉膛。需要更换整支热电偶时，通过调节与第一吹气接口连接的控制阀，加大流入第一吹气接口的氮气气流，阻挡硫磺炉内的硫化氢气体向支撑管外溢，另一方面，拉出热电偶时关闭安装在测温支撑管后端的旋转阀，确保即使测温支撑管内有少量的有毒气体也不会扩散到现场，因此，不用停炉停工就能更换热电偶，从而实现在硫磺回收装置在线运行状态下安全地更换热电偶，从而延长装置运行周期，大大提高生产效率，也提高安全性和可靠性。在热电偶测温过程中，如果保护套管发生全部破裂情况，则微压压力表有压力显示，此时立即打开和第二吹气接口相连的控制阀，并加大流入第二吹气接口的氮气气流，即第一、第二吹气接口同时输送氮气，将渗入保护套管的有素气体和热量吹出，吹回硫磺炉内，对热电偶起到保护作用，以便延长热电偶的使用寿命。热电偶的安装采用前后端两层气密结构，实现多重堵漏功能，进一步确保测温支撑管的气密性，采用双卡套密封件，提高密封性能，将热电偶卡死，就算热电偶保护套管破裂，炉内的有毒气体也不会进入接线盒，不会扩散到现场，提高安全性。采用由金属外保护管和非金属保护管分层制作而成的保护套管，耐高温达2000℃以上，具有很好的抗热冲击性能，在炉温强烈波动时不开裂、不断裂，在高温、高压下有足够强的机械强度和耐高温熔渣冲刷能力，能够承受高温压力，还能耐硫化氢腐蚀，大大延长了保护套管及热电偶的使用寿命。

Claims (7)

1.一种用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，包括热电偶(1)及套在热电偶(1)外的保护套管(2)，其特征在于带有保护套管(2)的热电偶(1)通过安装在硫磺炉(13)上的测温支撑管(3)伸入到硫磺炉(13)中，所述的测温支撑管(3)的侧面设有第一吹气接口(4)，第一吹气接口(4)的一端与所述的测温支撑管(3)连通，第一吹气接口(4)的另一端连接保护气体气源，所述的热电偶(1)的后端和接线盒(5)相连，接线盒(5)和所述的测温支撑管(3)密封连接；所述的测温支撑管(3)的侧面设有第二吹气接口(6)，第二吹气接口(6)的一端与所述的测温支撑管(3)连通，第二吹气接口(6)的另一端连接保护气体气源，第二吹气接口(6)位于第一吹气接口(4)的后方，所述的保护套管(2)和接线盒(5)之间的测温支撑管(3)上安装有一微压压力表(7)；所述的测温支撑管(3)的前端通过法兰(9)密封安装在硫磺炉(13)上，测温支撑管(3)的后端设有一个连接接头(10)，连接接头(10)和所述的接线盒(5)螺纹连接，连接接头(10)和所述的热电偶(1)之间设有一个双卡套密封件(11)；双卡套密封件(11)包括相连的前卡套(111)和后卡套(112)，前卡套(111)呈带有轴孔的圆锥体，该圆锥体的底部设有一个圆锥孔，所述的后卡套(112)由带有轴孔的圆锥体和圆柱体相连而成，后卡套(112)的圆锥体伸入到前卡套(111)的圆锥孔内并和前卡套(111)相连，前卡套(111)的圆锥体的顶端抵在所述的连接接头(10)和热电偶(1)之间，后卡套(112)的圆柱体和所述的接线盒(5)及热电偶(1)相抵。

2.根据权利要求1所述的用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其特征在于所述的测温支撑管(3)的后端设有能封闭测温支撑管(3)的旋转阀(8)。

3.根据权利要求1所述的用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其特征在于所述的前卡套(111)圆锥体的底面直径小于后卡套(112)的圆柱体底面直径，前卡套(111)圆锥体的底面和后卡套(112)的圆柱体之间有间隙。

4.根据权利要求1所述的用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其特征在于所述的保护套管(2)包括前端封闭的非金属保护管和粘结包围在非金属保护管外侧面的金属外保护管。

5.根据权利要求4所述的用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其特征在于所述的金属外保护管采用合金冶炼而成，所述的合金包括重量比为30％～45％的钽、5％～13％的铌、5％～15％的钨、4％～8％的钼、3％～5％的铝、1％～3％的钇、1.5％～4.5％的铬和其余的铁。

6.根据权利要求4所述的用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其特征在于所述的非金属保护管为采用亚微米碳化硅粉沫无压烧结而成的碳化硅管。

7.根据权利要求1所述的用于硫磺炉测温的在线运行可更换热电偶，其特征在于所述的热电偶(1)为B型双铂铑铠装热电偶，热电偶(1)和所述的保护套管(2)之间设有氧化镁绝缘物，热电偶(1)的正极和负极穿设在氧化铝材质制成的双孔管(12)上。