锅监工程师热工知识培训1材料.ppt

电力行业锅炉监/检师培训考核教材(热工部分),中电联锅监工程师和锅炉压力容器检验师考核委员会,华东电力试验研究院热工专业编写 2005.10,第一章 热工测量,第三章 热工保护,附录：相关标准及规程介绍,第二章 热工自动,,,目录,概述,本教材编制依据,,,,根据中电联锅监/锅检师考核委员会组织编制,本教材由中电联锅监/锅检师考核委员会提出并归口,本教材归口,华东电力试验研究院,本标准负责编制单位,,,,测量控制与仪器仪表的作用及地位 1.电站机组的测量、控制、保护； 2.化工、石油、冶金、食品等行业的测量、控制及保护； 3.航天器、人造卫星、飞机、舰艇等军事领域 测量用仪器仪表作为信息采集、处理和控制的手段和设备，已成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术之一王大珩院士指出：“在当今以信息技术带动工业化发展的时代，仪器仪表与测试技术是信息科学技术重要的组成部分”仪器仪表是工业生产的“倍增器”、科学研究的“先行官”、军事上的“战斗力”、国民活动中的“物化法官”发达国家已把发展现代仪器仪表列为一项重要的战略措施例如日本科学技术厅把测量传感器技术作为本世纪首位发展的技术；欧共体则将测量和检测技术列为15个专项之一；美国则更是投入大量的人力物力开发新的测量控制仪器仪表，提高其在军事及科学技术领域领先地位。

第一章、热工测量,,,,温度、压力、流量、液位四大量是确保电厂热力生产过程安全、经济运行的重要参数，也是锅炉、压力容器检验人员最常遇到和应该了解、掌握的参数 第一节 温度测量技术及应用 温度是重要的热工参数，如过热蒸汽温度控制不好，过热器和水冷壁管就可能引过热而爆管；汽包和汽缸在机组启停时，若温度不均就会产生危险的应力，又如给水温度和排烟温度是保证锅炉经济运行的重要参数，锅炉主蒸汽温度是必须监视和控制的参数，过高或过低均会影响锅炉和汽机的安全经济运行升压过程中汽缸壁温上下温差不得超过50因此，准确的测量与控制温度，是保证锅炉、压力容器、承压部件安全的重要手段1、温度及温标,温度是指从特定的标尺上测量出来的物体的冷热程度当以数值表示温度时，称之为温度度数 温标是衡量物体温度高低标尺，统一了表示方法，明确了温度单位 目前温度计量采用1990国际温标，即ITS-90温标，代替1968年国际实用温标IPTS-68和1976暂用的0.5K到30K温标 1990国际温标有热力学温度和摄氏温度两种表示方法符号T90代表热力学温度，它的单位名称是“开尔文”，符号为“K”t90表示摄氏温度，单位名称为“摄氏度”，符号为“”。

其换算公式为：t=T-273.16，式中的单位符号以或K表示 它们的区别仅在于计算的温度起点不同热力学温度的起点是“绝对零度”，而摄氏温度起点则是水的冰点，彼此只差常数273.16 国际温标是经国际协议而采用的易于高精度复现，在当时水平和技术条件下，属于能接近热力学温标的一种在国际上通用的经验温标 我国目前采用的温标是1990年国际温标，其代号为ITS-90，它是目前国际上通用的温标我国从1991年7月1日起实施，并自94年1月1日起，所有温度计量仪器的生产、使用、量值传递均需按照“ITS-90”要求进行 计量法于85年9月6日由国家主席令第28号公布2、常用温度计及特性,1-1 常用温度计及性能指标,,,,1）热电偶测温原理 热电偶的测温原理基于一种金属和另一种金属之间的热电现象，其理论基础是热电效应当两种不同材料的金属导体A和B按图1-1组成闭合回路时，2端放在被测介质中感受温度的变化，称为热端（工作端t），另一端称为冷端（自由端t0），组成热电偶的金属导体称为热电极 当热端和冷端温度不同时，在回路中就会产生有一定方向和大小的电势EAB（t，t0），此电势包括接触电势和温差电势。

接触电势是两种不同的金属导体A和B的材料性质不同，其内部电子密度也不同，要产生电子扩散，即电子密度大的金属中的电子向电子密度小的金属内扩散在一定温度下，当电子的扩散力和电力场达到平衡时，在两种金属导体的接触处产生了电位差3、热电偶温度计,,,,,温差电势是金属本身两端温度不同而产生的电势（即存在温差，且tt0）由于温度不同自由电子所具有的能量也就不同，温度高则能量大，能量大的自由电子要往温度低的一端移动，使温度高的一端带正电，温度低的一端带负电，于是在两端之间产生了电位差，这就是温差电势 若以EAB（t，t0）表示热电偶回路的总电势，则 EAB（t，t0）= EAB（t）+ EB（t，t0）- EAB（t0）- EA（t，t0） 由于温差电势比接触电势小得很多，可以忽略不计，所以上式可改写成 EAB（t，t0）= EAB（t）- EAB（t0） 它表示了热电偶的热电势与温度的关系有式可见，若t0不变，则EAB（t0）为常数，EAB（t，t0）和t之间就有单值对应关系，这就是热电偶测温的基本关系式当t0有变化而不加校正时，就会引起测量误差在用实验来确定热电性质时，常使t0=0，然后求取EAB（t，t0）的数值，并将其实验数据列成表格，称之为热电偶分度表。

热电极的极性确定：在热电势符号EAB（t，t0）中，规定写在前面的A和t为正极和高温，写在后面的B和t0为负极和低温若把前后位置颠倒，则热电势极性相反因此在实践中要判断热电偶热电势时，可将热电偶热端稍加热，然后在冷端用电位差计来识别 当热电偶两电极材料一定时，热电偶产生的热电势仅与热端温度成单值函数关系，而与热电偶丝长短和粗细无关2）热电偶冷端温度处理 由于热电偶分度表和根据温度刻度的温度仪表都是以热电偶冷端温度等于0为条件的，如果冷端温度不等于0，尽管被测温度t保持不变，但热电势E(t，t0)也将随着冷端温度的变化而变化例如，在主蒸汽管道上装有一K型热电偶，与其配用的仪表刻度范围为0600当保持热电偶冷端温度为0时，若热电偶产生的热电势为22.346mV,则仪表指示为540，表示主蒸汽温度为540如果在主蒸汽温度不变的情况下，热电偶冷端的温度升高为30，则热电偶产生的热电势就会下降到21.143mV，此时仪表指示将为512，比实际温度低28如果冷端温度是变化的，则引入的测量误差将是个变量因此需要对冷端温度采取一些补偿措施，以消除冷端温度变化所引起的误差，确保测温的准确性常用的补偿法有如下几种：,,,,（1）热电势修正法 各种热电偶的分度值是在冷端温度0时获得的，也就是只给出E（t，t0）与t之间的关系。

当冷端温度不是0而是t0时，则可应用中间温度定律校正： E（t，0）=E（t，t0）+E（t0，0） 可见，当t00时，只要在热电势E（t，t0）上加上修正值E（t0，0），得出E（t，0）后再查相应的分度表，即可求得被测温度 如：用一支S型热电偶测温，冷端处在20室温下，测的热电势为7.341mV，求被测温度t是多少？ 解：根据t0=20差分度表的Es（20，0）=0.113mV，代入下式： Es（t，0）=Es（t，t0）+Es（t0，0）=7.341+ 0.113= 7.454mV 根据此电势值，在分度表上查得被测温度t=810 注意，由于分度表的非线性性质，直接用7.341mV查分度表得800，在加上室温，即800+20=820 ，就认为是被测真实温度，这是不对的 （2）冷端恒温法 冷端恒温法就是保持热电偶冷端温度为0在保持0时，热电偶输出的热电势就不必进行校正保持0的方法是采用冰点槽或冰瓶这种恒温方法精度较高，常用于实验室，因不方便生产中很少采用 （3）冷端温度的补偿法 利用产生补偿电势来消除冷端温度变化影响的装置，称冷端补偿器，它与热电偶冷端串联相接，它们处于同一环境温度中。

它采用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度变化所引起的热电势变化4）补偿导线法 普通型热电偶的热电极较短，通常热电偶的冷端靠近热源，其冷端温度不但很高而且波动较大为了便于进行热电偶冷端温度的修正和集中监控，必须把热电偶的冷端置于远离热源和温度波动较小的地方，但加长电极尺寸很不经济考虑到热电偶冷端所处环境温度常在100以下，可以找到一种和它的热电极性相同的廉价金属材料做导线，把热电偶的冷端延伸出来，如图1-2所示这种在一定温度范围内，其热电性能与热电偶的热电性能很相近的导线称为热电偶的补偿导线其作用只是将热电偶冷端移至离热源较远及环境温度较稳定的地方，并不能消除冷端温度不是0时的影响使用补偿导线时应注意： 不同的补偿导线只能与相应型号的热电偶配用； 使用补偿导线时切勿将其极性接反，否则将使冷端产生的误差为不使用补偿导线时的两倍； 补偿导线和热电偶连接点温度0150，否则会增大误差； 补偿导线和热电偶连接处的两个连接点温度必须相同，否则会增大误差 目前应用最广的是补偿导线法，如在DCS中广泛采用补偿导线法3）热电偶的材料与结构 对热电偶材料的要求是：物理和化学性能稳定、热电势和热电势率（温度每变化1所引起的热电势的变化）大、热电势与温度之间呈线性关系、电导率高、电阻温度系数小、复现性好、价格便宜。

常用热电偶材料有贵金属、廉金属、非金属和半导体等按工业标准化的情况可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类前者工艺上比较成熟、能批量生产、性能稳定而良好并已列入国标同一性能的热电偶互换性好、具有统一的分度号标准化热电偶见表1-2后者没有统一的分度表，无论从使用范围和数量上都不及标准热电偶 由于使用中因热端氧化、腐蚀、高温结晶等会引起热电特性变化而引起测量误差，因此必须定期校验表1-2 常用热电偶型号及特性,,,,热电偶的结构形式品种繁多，火电厂常用的热电偶有普通插入式和嵌装热电偶，其结构见图1-3和图1-4 普通插入式热电偶制造工艺简单，但体积大、材料消耗量多，不能用于狭小部位的温度测量，热惯性大，难以满足瞬间测温的要求 嵌装热电偶具有体积小、热惯性小、挠性好、寿命长、适应性强、品种多，应用十分广泛4）热电偶的应用 在火力发电厂，热电偶测温被广泛用于管壁温度、缸壁温度、轴承温度、炉膛温度、蒸汽温度等的测量和控制但在应用过程中尤其对热电偶的安装应注意如下几点： （1）安装地点要选择在便于施工维护，而且不易受到外界损伤的位置； （2）热电偶插入方向应与被测介质流向相逆或垂直，尽量避免与被测介质流向一致； （3）热电偶露在设备外的部分要尽量短并应加保温层，以便减少热量损失和测量误差； （4）当热电偶用于测量金属壁温时，其测量精度与热电偶工作端在金属上的贴合方式有关，常采用：将热电偶的热电极装在管壁上开出的槽中；装在管子上凿出的金属片下；装在焊成凸块的压槽中；装在焊成凸块的孔槽中。

N型热电偶的应用 在火电厂的温度测量中，K型热电偶使用面广量大，但其在高温状态下的抗氧化能力较差，所以在1200以上的场合不得不用价格昂贵的S型贵金属热电偶；K型热电偶在250550范围内短期稳定性欠佳，在测温要求较高的场合只能采用E型（或J型）热电偶，因此在测量1300以下温度时，至少要使用三种热电偶而N型热电偶的出现为解决上述问题带来了希望 N型热电偶(镍铬硅镍硅)是由澳大利亚科学家在20世纪70年代研制出来的一种新型镍基合金测温元件，也是国际上在廉金属热电偶合金材料研究方面取得的重大成就，近年来开始在我国电力系统得到应用，有望取代K、E、J、T等廉金属热电偶和部分S型贵金属热电偶它具有：高温抗氧化能力强，长期稳定性好；在250550范围内的短期热循环稳定性好；在250550范围内，抑制了磁性转变，不再出现热电势明显的不规则变化；具有很好的耐辐射能力；在4001300范围内，N型热电偶的线性比K型热电偶要好热电偶用于测量高温场合，而500以下温度常用热电阻 1）热电阻测温原理及特点 RTD温度计是利用导体（或半导体）在温度变化时本身的电阻也发生变化的特性来测量温度的当温度升高1时，大多数金属导体。