翁逸卿

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

反應器是化工生產(chǎn)中的關鍵設備，物料在催化劑的作用下在反應器中發(fā)生化學和物理變化[1]，反應器控制方案及控制參數(shù)的選擇對反應過程起著重要作用。

化學反應的直接質量指標需采用分析儀表進行檢測，但由于檢測直接質量指標的成分分析儀表價格昂貴、維護成本高和分析時間滯后等方面的原因，工業(yè)裝置中很少采用。鑒于化學反應的一大特點是反應的同時伴隨有熱效應[1]，因此，溫度參數(shù)作為監(jiān)控反應器化學反應的間接質量指標，在化工生產(chǎn)中被廣泛采用[2]?；どa(chǎn)中反應器結構有多種類型，本文針對列管式固定床反應器特點，闡述其溫度檢測儀表的正確選型和安裝要求。以下以某化工生產(chǎn)裝置的列管式固定床反應器為例展開討論。

1 溫度計選型

1.1 溫度元件形式

通常選用的溫度測量元件有熱電偶和熱電阻兩種形式[3]，由于本文討論的催化劑列管直徑很?。?5 mm），反應溫度維持在400℃～600℃之間，所以，對溫度計的選型提出了很高的要求。熱電偶體積更小、更耐高溫的特性使它更適合作為列管式固定床反應器的測溫元件[4]。

1.2 溫度計結構

溫度計按物理結構分類，可以分為剛性溫度計與柔性溫度計。

1.2.1 剛性溫度計

剛性溫度計如圖1所示。選用剛性溫度計測量列管內溫度，無疑必須在反應器頂端按測量的列管數(shù)量設置相同數(shù)量的溫度計管口才能進行溫度檢測，由于需要檢測的列管數(shù)量太多（100多個點），勢必會在設備上開過多的連接口，顯然這種方法是不可行的。為了減少設備上開口的數(shù)量，選用剛性溫度計是不可行的。

圖1 剛性溫度計結構圖

1.2.2 柔性多點溫度計

柔性多點溫度計的柔性特點，以及單支溫度計內有多點測溫元件的特性，提供了解決列管式固定床反應器溫度檢測難題的新思路，為我們實現(xiàn)對列管式固定床反應器溫度的高精度檢測提供了簡單易行的解決方案。

選用柔性多點溫度計減少了設備的開口數(shù)量，又能達到檢測更多溫度點的目的，其結構如圖2所示。

圖2 柔性多點溫度計結構圖

每支柔性多點溫度計由長度不同的熱電偶絲組成，圖2中的①為熱電偶絲，熱電偶絲在每支溫度計內的分布如圖3所示。熱電偶絲不需要外部保護管，它的柔性設計，可使其在一定曲率半徑下彎曲，便于安裝在不同位置。

圖3 熱電偶絲的分布

2 應用舉例

2.1 催化劑列管溫度檢測

圖4所示，列管式固定床反應器的反應區(qū)在幾萬根裝滿催化劑的列管內（圖中的催化劑列管數(shù)量僅作示意），反應物料通過反應器底部進入列管，由于列管數(shù)量有幾萬根，為了測量管式固定床的溫度，要調節(jié)溫度測量位置至反應熱點或冷點，使所測管子的溫度能夠代表其他管子的反應情況[5]，圖4中催化劑列管內的檢測點代表某組列管相應溫度。

熱電偶絲安裝與普通熱電偶相比困難很多，因此，每根熱電偶絲頂部都焊有牽引鋼絲，牽引鋼絲將熱電偶絲從反應器底部引入，穿入對應的催化劑列管，然后從反應器頂部引出并固定，使熱電偶絲固定于催化劑列管中央，檢測反應器各個部位的溫度。熱電偶絲的測溫點位置各自獨立，并且采用了鏡像安裝的方式，檢測反應器溫度分布是否均勻。即使在開車過程中有某幾個測溫點失效，如偶絲斷裂，也不會影響對整個反應器溫度的檢測。

圖4 催化劑列管熱電偶絲安裝示意圖

3 提高溫度計可靠性的特殊設計

3.1 密封

由于反應器屬于高溫設備，柔性多點溫度計過程連接處的密封效果以及耐高溫材料也是設計重點。

3.1.1 密封措施

柔性多點溫度計的過程接口處采用多孔金屬格蘭密封，格蘭固定件將多點測溫元件包在格蘭中，用特殊的軟密封劑將測溫元件與格蘭固定件之間的接縫填實，防止氣體和液體的溢出，并固定測溫元件，防止其在過程連接處的移動，如圖2中②所示。圖2中③采用的雙法蘭連接結構，再增加了一道密封“屏障”。

3.1.2 密封材料

在圖2中④所示的過程接口處使用特殊的耐高溫、密封材料進行填實?，F(xiàn)在常用的幾種耐高溫密封材料技術如下：

（1）銅焊

銅焊的特點是焊劑熔點較高，它是一種高強度、無泄漏的連接方法。外保護管與法蘭連接處采用銅焊，將焊劑在高溫下溶解后進行密封填實。這種方法的連接強度高，并且可以承受最高的極限溫度工況。

（2）氧化鎂粉

在法蘭連接處嵌入密實的氧化鎂粉，氧化鎂粉的熔點為2 852℃，體現(xiàn)了其高度耐火絕緣性能，同時，增加耐壓密封性。

（3）高溫水泥

高溫水泥有極強的耐高溫性以及穩(wěn)定性，所以，也可作為耐高溫密封材料填充于法蘭連接處，這種填充方式提高了過程接口處的耐高溫性以及防泄漏性。

3.2 二次壓力保護

圖2中的熱電偶絲在法蘭的連接處套有護線管，護線管起到保護熱電偶絲與法蘭密封的作用。圖2中⑥為二次泄漏檢測壓力表，對熱電偶絲與外部電纜接口處進行壓力測試，檢測護線管與熱電偶絲的連接處是否存在泄漏，起到二次壓力保護的作用。

4 柔性多點溫度計與常用剛性溫度計的使用比較

（見表）

表 柔性多點溫度計與常用剛性溫度計的使用比較

5 結束語

采用柔性多點溫度計檢測列管式固定床反應器溫度，通過一個過程接口引入多點測溫元件并固定在不同測量位置而獲得多個溫度點的信號。此設計減少了反應器上的過程接口，提高了過程控制的安全性和可靠性，減少停車維護時間，節(jié)省安裝工程成本。柔性溫度計的柔性特性還能便于成卷運輸，節(jié)省運輸成本柔性多點溫度計作為管式固定床反應器的測溫儀表，將在化工生產(chǎn)中得到廣泛應用。

[1] 王漢松.石油化工設計手冊（第3卷）[M]. 北京：化學工業(yè)出版社,2002,1821-1832.

[2] 何衍慶，黎冰，黃海燕.工業(yè)生產(chǎn)過程控制.第二版[M]. 北京：化學工業(yè)出版社,2010,227.

[3] 陸德民.石油化工自動控制設計手冊.第三版[M].北京：化學工業(yè)出版社,2000,43-53.

[4] 王漢松.石油化工設計手冊（第4卷）[M]. 北京：化學工業(yè)出版社,2002,700.

[5] 中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊.上冊,第四版[M].北京：化學工業(yè)出版社,2009,335-353.