提高玉钢高炉热风测温热电偶使用寿命方法

摘要：通过对玉钢高炉热风总管中的管道热风流体的雷诺指数(Re)计算分析,确定热风总管的热风为紊流流体,测量管道中的热风温度时,可采用浅插式热电偶安装方式进行热风温度的测量,热电偶使用寿命得到明显提高。
1前言
　　高炉热风炉的作用是为高炉持续不断的提供1000℃以上的高温热风，热风温度是炼铁工艺中的一项关键参数。在热风炉与高炉连接总管.上安装两套铂铑10-铂热电偶测温装置进行热风温度测量，两套测温装置互为备用。在高炉热风高温、高压和高流速环境条件下，热电偶存在使用寿命短，更换成本高(需停风造成工艺中断)，容易发生泄漏等问题，热电偶平均寿命只有1~2个月。为此玉钢对高炉热风温度测量用热电偶(WRP--130,铂铑10-铂,L=1.1m)进行了改进，缩短热电偶长度，采用浅插式热电偶安装方式，使热电偶使用寿命达到5个月以上。
2基本概况
　　玉钢炼铁高炉有效容积1080m³,热风总管长度60m，正常情况下热风温度1100℃，热风流速3312m/min,热风流量2600Nm³/min，热风压力0.28MPa。
　　热风总管外径2.2m，由外而内铺砌针剌纤维毯(保温层)、轻质砖(保温层)、高铝砖(耐火层),耐火保温层总厚度0.6m,流通直径1.0m(半径0.5.m)，如图1所示。
 
　　热风温度测量方法改进前热电偶(WRP-130,铂铑10-铂)长度1.1m,插人管径中心点，直接测.量热风总管中心温度，与热风接触长度0.5m。插人热电偶受高温、高压、高流速的热风不断冲刷着，使热电偶保护套管在热风作用下空隙率逐步增大，很快就失去热电偶保护套管的保护作用，高温气体渗透到了保护套管内部，铂铑铂热电偶的偶丝在高温、高压和有害介质条件下工作，很快会变脆、损坏，平均寿命只有1~2个月。针对测量环境恶劣，检测元件易损、故障率高、使用寿命短等问题，同时也为了减小保护套管对流体的阻力和防止保护套在流体用下发生断裂，偿试了浅插式热电偶安装方式，减少热电偶与热风的接触长度，从而减小了热电偶与热风的接触面积，使热电偶寿命得到了提高。
　　工艺流程及热风温度检测点如图2所示:
 
3提高玉钢高炉热风温度测量热电偶寿命的方法
　　基于热电偶的损坏原因，为提高使用寿命，首先可以选用好的保护套管，比如高纯氧化铝(耐温:1800℃)或氧化镁(耐温:2000℃)保护套管等，但成本高，其次可以减小热电偶与热风的接触面积，即采用，缩短热电偶长度，既节约成本(可降低每支热电偶的购买成本)，又简单易行。但缩短了长度检测端不能到达工艺管道中心线，是否会影响测量的准确度是该方法是否可行的关键。
3.1浅插式热电偶安装方式的理论依据
　　理论上，流体在管道中沿直径方向的温度场是随着流体流速不同而改变的。当流体的流速较低、雷诺指数(Re)低于临界值(2200)时，流体的流动为层流状态。管道内的流体流速以管道中心为最高，离开中心线后流速会很快的降低并沿管道直径方向呈抛物线形变化。而管道截面上的温度分布情况与流速分布情况相似，也是管道中心温度最高，越接近管壁，温度就越低。其温度场也类似抛物线形，如图3中的(a)所示。因此，在层流流体的管道中测量温度时，必须将热电偶的热点准确安置在管道中心。
 
　　当管道中的流体流速较高、其雷诺指数超过临界值时，流体的流动为紊流状态。这时，管道内流体分子相互作用加强，以至只有紧靠管壁的一薄层流体还保持着层流特性。流体大部分截面上的流速几乎是相同的，而管道内温度场的情况也类似，如图五中的(b)所示。因此，在紊流流体的管道中测量温度时，只需将热电偶的热点插人流体的等温区就可以准确地测量出流体的温度，而插人深度完全无需达到管道的中心。
公式(1)为雷诺数计算公式2。
Re=0.354Q/(V·D).....(1)
式中Q----体积流量,Nm³/h;
运动粘度固，Nm²/s(热风:14.5x10^-6Nm²/s)
D---管道内径，mm;
　　正常生产时，玉钢炼铁高炉热风总管热风基本参数为:体积流量Q----600Nm³/min(156000Nm³/h),流通直径D----1000mm,代人公式(1)，计算得雷诺数为3.81x106。
　　高炉慢风时，玉钢热风基本参数为:体积流量一1560Nm³/min(93600Nm2/h),流通直径----1000mm,代人公式(1),计算得雷诺数为2.28x106。
　　根据计算结果，玉钢炼铁高炉热风总管雷诺数远远高于临界值(2200)，流体的流动为紊流状态。因此，理论上，只需将热电偶的热点插人流体的等温区就可以准确地测量出流体的温度，而插人深度完全无需达到管道的中心。
3.2浅插式热电偶安装方式的实验验证
　　为确定准确可靠的热电偶测温插人长度，选取长度为0.7m和0.8m两种热电偶与长度1.1m热电偶进行比较，如图1中所示的测温点(风温1,风温2)进行实验。
　　首先在正常生产时，风温1用1.1m热电偶测温，风温2用0.7m热电偶测温。温度测量实验结果如表1所示。
 
　　在高炉生产不顺而慢风时，进行了同样的测温实验，其结果见表2。
　　从表1、表2的实验结果可看出，正常生产时,1.1m热电偶的测温结果与0.7m热电偶的测温几乎相同，但在高炉生产不顺而慢风时，0.7m热电偶在慢风状态下测量温度有一-定的误差。为此更换成0.8m热电偶，在风温1用1.1m热电偶，风温2用0.8m热电偶进行测温实验，其实验结果如表3所示。
 
　　从表3可看出，用0.8m热电偶的测温结果与用1.1m热电偶测温的结果无差别。因此，选用0.8m.热电偶进行测温，在现在的生产工艺情况下，对于直径为2.2m(流通直径1.0m)的热风总管来说，可满足正常生产送风或非正常生产(慢风)状态下的测温要求，即可认为0.8m长度的热电偶插人深度已经达到了管道热风流体的等温区。
　　根据上述理论分析和试验结果，可以看出:玉钢炼铁高炉热风总管的热风为紊流流体，对管道中的热风测量温度时，热电偶的插人深度选择在0.8m可以准确地测量出热风的温度。
4浅插式热电偶安装方式的使用寿命
　　玉钢炼铁高炉热风总管的热风温度测量热电偶的插人深度由原来1.1m改成了0.8m，总长缩短了0.3m,试用后，热电偶的使用寿命得到了明显提高。以一年为统计周期对风温2使用1.1m和0.8m热电偶测量热风温度使用寿命进行统计，统计结果如表4和表5所示(风温1与风温2相同)。
 
　　如表4，表5所示，改进后热电偶的使用寿命由1~2个月提高到了5~6个月。取得了明显效果。并且选用0.8m热电偶进行热风温度的测量，热电偶购买成本每支可降低约3100.00元人民币。
5结束语
1)玉钢炼铁高炉热风总管的热风为素流流体，对管道中的热风测量温度时，可采用浅插式热电偶安装方式。热电偶的插人深度选择在0.8m可以准确地测量出热风的温度。
2)采用浅插式热电偶安装方式，热电偶使用寿命得到明显提高，其平均寿命由原来的1~2个月提高到了5~6个月。解决了热电偶使用寿命短，更换成本高，容易发生泄漏而没有安全生产保障的问题。
3)采用浅插式热电偶安装方式，不仅提高了热电偶的使用寿命，而且降低了热电偶购买成本，从而达到降低维护费用，节能降耗，稳产、高产、安全生产的目的。