專利名稱：磚后的熱電偶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于氣化過(guò)程的熱電偶的保護(hù)，更具體點(diǎn)說(shuō)，涉及使用耐火磚來(lái)延長(zhǎng)用于氣化過(guò)程的熱電偶的使用壽命。
在高溫氣化過(guò)程中，從含烴燃料如煤、油、烴廢氣等中可產(chǎn)生部分氧化的熱燃?xì)?。其時(shí)，含烴燃料與活性的含氧氣體在氣化反應(yīng)器內(nèi)起化學(xué)反應(yīng)。
術(shù)語(yǔ)“含烴的”在本文被用來(lái)說(shuō)明各種合適的原燃料，包括氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的烴、含碳材料及其混合物?；旧?，任何可燃的含碳有機(jī)材料或其稀漿都可包括在這術(shù)語(yǔ)內(nèi)，并可包括任何比例的石臘、烯烴、乙炔、環(huán)烷和芳烴化合物，以及氧化的含烴有機(jī)材料包括碳水化合物、纖維素材料、醛類、有機(jī)酸、酒精、酮類、充氧燃料油、含有氧化烴有機(jī)材料的化學(xué)過(guò)程的廢液和副產(chǎn)品、及其混合物。
術(shù)語(yǔ)“液態(tài)烴”在本文被用來(lái)說(shuō)明各種合適的液態(tài)原燃料，包括液化石油氣、石油餾分和殘余、汽油、石腦油、煤油、原油、瀝青、粗柴油、渣油、焦油砂油和頁(yè)巖油、煤煉油、芳烴(如苯、甲苯、二甲苯餾分)、煤焦油、來(lái)自液體催化裂化操作的循環(huán)粗柴油、焦?fàn)t粗柴油的糠醛抽提、及其混合物。
“氣態(tài)烴”在本文被用來(lái)說(shuō)明各種合適的氣態(tài)原燃料，包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、天然氣、焦?fàn)t煤氣、煉油廠氣、乙炔尾氣、乙烯廢氣、及其混合物。
“固態(tài)烴燃料”在本文被用來(lái)說(shuō)明各種合適的固態(tài)原燃料，包括形式為無(wú)煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤、焦炭的各種煤、煤液化衍生的殘余、泥煤、油頁(yè)巖、焦油砂、石油焦炭、硬瀝青、微粒碳(煤煙或煤灰)、固態(tài)的含碳廢料如垃圾、及其混合物。某些型式的烴燃料特別是煤和石油焦炭能產(chǎn)生大量的灰和熔渣。
在氣化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，含烴燃料與含有自由氧的氣體接觸，是否須有溫度節(jié)制器可任選。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，內(nèi)含物通常達(dá)到的溫度在約1700°F(930℃)到約3000°F(1650℃)的范圍內(nèi)，較典型地在約2000°F(1100℃)到約2800°F(1540℃)的范圍內(nèi)。壓力通常在約1大氣壓(100kPa)到約250大氣壓(25,000kPa)的范圍內(nèi)，較典型地在約15(1500kPa)到約150(15,000kPa)大氣壓的范圍內(nèi)。
在一典型的氣化過(guò)程中，部分氧化的熱燃?xì)饣旧暇哂蠬2、CO和至少一種下列組群中的氣體H2O、CO2、H2S、COS、NH3、N2和Ar。在自由流動(dòng)、向下流動(dòng)的、垂直的、耐火襯里的鋼制壓力容器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行公知的部分氧化過(guò)程時(shí)通常還產(chǎn)生典型地含有SiO2、Al2O3和Fe、Ca等金屬的氧化物和氧硫化物的微粒碳、煤灰及/或熔渣。這種過(guò)程和壓力容器的實(shí)例曾在美國(guó)專利2,818,326號(hào)中示出并說(shuō)明，該專利在這里被引用并說(shuō)明。
熱電偶通常被用來(lái)測(cè)量在這類高溫過(guò)程中的溫度、包括在氣化反應(yīng)器內(nèi)的溫度。熱電偶為一對(duì)不相同的在兩端連接的金屬線，這兩種金屬線的成分必須充分地不同使在它們之間能夠產(chǎn)生電位差。除了在熱電偶兩端的接頭外，兩根線在保護(hù)套內(nèi)互相電絕緣。電絕緣通常由保護(hù)套提供，保護(hù)套由耐熱的電絕緣材料構(gòu)成，具有兩個(gè)不相交地沿軸向延伸通過(guò)一部分保護(hù)套長(zhǎng)度的孔，兩根熱電偶線就分別穿過(guò)這兩個(gè)孔，這兩個(gè)孔只在端頭上相交。典型的保護(hù)套材料為耐高溫的高純度陶瓷如氧化鋁。這些孔可用耐火材料澆注在熱電偶線和傳感器的周圍制成。
熱電偶的工作原理為在所連接的金屬之間的電位會(huì)隨著溫度而變。這個(gè)電位與一個(gè)實(shí)際的或人造標(biāo)準(zhǔn)的、代表相同金屬在標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)的電位比較，便可用放置在熱電偶回路內(nèi)的電壓計(jì)測(cè)出溫度差，電壓計(jì)也可根據(jù)由放置在熱電偶回路內(nèi)的傳感器送來(lái)的信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。選擇用于熱電偶的不同金屬主要取決于所希望測(cè)量的溫度范圍。例如在氣化反應(yīng)器的條件下通常使用的熱電偶的一種型式，其中一根線含有鉑和約30％的銠，而第二根線含有鉑和約6％的銠。對(duì)氣化反應(yīng)器可使用型式B、型式R和型式S的鉑銠熱電偶。
在氣化過(guò)程的環(huán)境下，特別是在氣化反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境下，熱電偶的壽命很短，部分是因?yàn)闅饣磻?yīng)器在工作時(shí)的氣氛具有腐蝕性，在這種環(huán)境下未被保護(hù)的熱電偶會(huì)很快受到侵蝕而變?yōu)闊o(wú)用，特別是當(dāng)與反應(yīng)器內(nèi)的熔渣接觸時(shí)，熱電偶在幾分鐘內(nèi)便會(huì)報(bào)廢。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常將熱電偶插置在沿著氣化反應(yīng)器外壁安裝的耐火熱電偶套管內(nèi)。耐火熱電偶套管可包括由氧化鉻-氧化鎂、氧化鉻或類似的抗熔渣材料構(gòu)成的屏障，并可引用其他耐火的和不耐火的材料如Al2O3、MgO、青玉、鉬和不銹鋼，但這種耐火熱電偶套管并不能對(duì)氣化器內(nèi)的氣氛構(gòu)成完全的屏障，它不能承受壓力和應(yīng)力，只是一個(gè)可部分轉(zhuǎn)移物質(zhì)的半滲透屏障，起到對(duì)熔渣，直接火焰和某些熱燃?xì)獾谋Ｗo(hù)作用。
當(dāng)用于氣體反應(yīng)器內(nèi)時(shí)，熱電偶套管可通過(guò)反應(yīng)器壓力容器外壁上的開(kāi)口引入，然后通過(guò)通常用來(lái)襯墊反應(yīng)器壓力容器的耐火材料或一系列耐火材料上的開(kāi)口延伸到反應(yīng)器的敞開(kāi)的空間內(nèi)或者比較典型的做法是可以從反應(yīng)器的內(nèi)部往回縮進(jìn)一個(gè)小距離。
遣憾的是將熱電偶定位在熱電偶套管內(nèi)并未能完全解決問(wèn)題。隨著時(shí)間的推移，熔渣會(huì)突破熱電偶套管，一方面是由于燒蝕和腐蝕的作用，同時(shí)也由于熱應(yīng)力及/或機(jī)械應(yīng)力的作用，這個(gè)突破初始時(shí)雖然較小，但已可使熔渣侵入與熱電偶接觸使熱電偶無(wú)用。
因此需要有一設(shè)施來(lái)提高在氣化過(guò)程內(nèi)使用的熱電偶的壽命。
本發(fā)明為用來(lái)測(cè)量在氣化反應(yīng)器內(nèi)溫度的熱電偶的安裝。熱電偶是通過(guò)氣化反應(yīng)器的壁安裝的使測(cè)量元件位在一個(gè)耐火的熱面磚的連續(xù)層之后。熱電偶組件被安裝在一個(gè)通過(guò)氣化器壁、絕熱磚的開(kāi)口內(nèi)并可任選地部分通過(guò)熱面磚。


圖1為示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一部分氣化器壁的剖面，從圖可見(jiàn)有一熱電偶被安裝在金屬氣化器壁之外，延伸通過(guò)氣化器殼體、通過(guò)一層或多層絕熱磚并部分通過(guò)熱面磚。
本文所用術(shù)語(yǔ)“熱電偶”為一溫度感知裝置，包括熱電偶傳感器、導(dǎo)線和有關(guān)的支承、絕緣、保護(hù)或安裝設(shè)施。
本文所用術(shù)語(yǔ)“熱面磚”為一層或多層與氣化器內(nèi)部鄰近的耐火材料。
本文所用術(shù)語(yǔ)“熱電偶傳感器”指通常在熱電偶遠(yuǎn)端的一個(gè)點(diǎn)，在那里不同金屬被連接在一起并產(chǎn)生電位。
本文所用術(shù)語(yǔ)“熱電偶套管”為一保護(hù)套能對(duì)燃?xì)饬鲃?dòng)提供基本屏障并能承受壓力，在該壓力下密封。
本文所用術(shù)語(yǔ)“套”和“保護(hù)套”可互換使用，用來(lái)說(shuō)明對(duì)至少一根熱電偶線提供支承、保護(hù)和電絕緣的物體。
本文所用術(shù)語(yǔ)“熔渣”包括在反應(yīng)器條件下能變成流體的渣滓、灰分、金屬、氧化硅和其他污染物。
在高溫氣化過(guò)程中，從含烴材料如煤、油、含烴廢料等可產(chǎn)生部分氧化的熱燃?xì)?。其時(shí)含烴燃料與活性的含氧氣體如空氣和氧在氣化反應(yīng)器內(nèi)起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生部分氧化的熱燃?xì)?，因此反?yīng)器是專門設(shè)計(jì)的部分燃燒器。在氣化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，含烴燃料與含有自由氧的氣體接觸，是否須有溫度節(jié)制器可任選。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，內(nèi)含物通常達(dá)到的溫度在約1700°F(930℃)到約3000°F(1650℃)的范圍內(nèi)，較典型地在約2000°F(1100℃)到約2800°F(1540℃)的范圍內(nèi)。壓力通常在約1大氣壓(100kPa)到約250大氣壓(25,000kPa)的范圍內(nèi)，較典型地在約15大氣壓(1500kPa)到約150大氣壓(15,000kPa)的范圍內(nèi)。
在許多用途中燃料含有相當(dāng)多的灰分。在氣化溫度下灰分可部分或完全熔化。一般最好在灰分離開(kāi)氣體反應(yīng)器之前將它保持在熔化狀態(tài)。否則微粒物能積聚并堵塞反應(yīng)器。但這個(gè)熔化的灰分或渣滓對(duì)它所接觸的表面而言非常粗糙。熔化的灰分會(huì)侵蝕耐火磚使它不得不定期更換。
氣化器必須設(shè)計(jì)得能承受其內(nèi)的壓力，這一點(diǎn)一般需要有一金屬殼體10(圖1)。殼體可由鋼、鉬或任何合適的材料制成，它必須能承受在它工作時(shí)達(dá)到的最高溫度下在氣化器內(nèi)產(chǎn)生的壓力。在氣化器內(nèi)部的溫度典型地約為2000°F(1100℃)的情況下，鋼的強(qiáng)度會(huì)嚴(yán)重受損。
因此，在氣化區(qū)與殼體之間設(shè)有一層或多層絕熱磚22，該絕熱磚可從約6英寸(15cm)厚到超過(guò)10英寸(25cm)厚，通常布置成多個(gè)重疊層，由任何一種合適的耐火材料制成，常為氧化鋁、氧化鉻、氧化鎂或其混合物。絕熱磚常用密度比熱面磚低的材料鑄成。
熱電偶固定件必須延伸通過(guò)氣化器殼體內(nèi)的開(kāi)口32并通過(guò)絕熱。磚。金屬殼體與絕熱磚的熱膨脹系數(shù)不同。因此當(dāng)反應(yīng)器加熱和冷卻時(shí)殼體和絕熱磚常會(huì)相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)。熱電偶延伸通過(guò)殼體和絕熱磚的開(kāi)口必須具有足夠大的直徑，使殼體、絕熱磚和可選用的熱面磚能夠相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不會(huì)撕裂熱電偶。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)口的直徑從約0.5英寸(1.3cm)到約6英寸，適宜從約1英寸(2.5cm)到約4英寸(10cm)，最好從約1.5英寸(3.8cm)到約2.5英寸(6.4cm)。
在絕熱磚的內(nèi)表面上有一層或多層熱面磚24，其成分通常與絕熱磚相似，但一般具有比絕熱磚高的密度并比絕熱磚容易導(dǎo)熱，它們由任何一種合適的耐火材料如氧化鋁、氧化鉻、氧化鎂、或其混合物制成。對(duì)于具有相當(dāng)數(shù)量渣滓的原燃料，即渣滓重量大于燃料總重量約0.1％時(shí)，熱面磚最好由更能抗渣滓的耐火材料如高氧化鉻、高氧化鎂、或其混合物制成。
熱面磚單層或多層24的厚度可從約4英寸(10cm)到約14英寸(36cm)，適宜從約6英寸(15cm)到約12英寸(31cm)，最好從約8英寸(20cm)到約10英寸(25cm)。
在氣化過(guò)程的環(huán)境下，特別是在氣化反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境下，熱電偶的壽命很短，部分是因?yàn)闅饣磻?yīng)器在工作時(shí)的氣氛具有腐蝕性，在這種情況下未被保護(hù)的熱電偶會(huì)很快受到侵蝕而變?yōu)闊o(wú)用，特別是當(dāng)與反應(yīng)器內(nèi)的溶渣接觸時(shí)，熱電偶在幾分鐘內(nèi)便會(huì)報(bào)廢。
本發(fā)明中的熱電偶傳感器30被安裝在一層熱面磚24之后。帶有或不帶熱電偶套管的熱電偶26延伸筆直通過(guò)氣化器鋼殼10內(nèi)的開(kāi)口，然后通過(guò)耐火絕熱磚22內(nèi)對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口32，并可任選地部分通過(guò)熱面磚24。
溫度響應(yīng)即在氣化器內(nèi)溫度的改變?cè)跓犭娕嫉捻憫?yīng)上反映出來(lái)的時(shí)間部分取決于在熱電偶和氣化區(qū)之間的熱面磚層的厚度。另外，熱面磚的較小的絕熱效果會(huì)使安裝在熱面磚之后的熱電偶的讀數(shù)較低。對(duì)于熱電偶傳感器30和氣化器內(nèi)部之間的厚的熱面磚層，時(shí)間的延遲和溫度的差異較為明顯。因此在熱電偶傳感器和氣化器內(nèi)部之間的熱面磚層的厚度應(yīng)小于約12英寸(31cm)，適宜小于9英寸(23cm)，較好小于約6英寸(15cm)，最好小于約4.5英寸(12cm)。同時(shí)，由于熱面磚受到熔渣和氣化器內(nèi)氣氛的侵蝕，熱面磚會(huì)失效。而失效會(huì)被熱電偶前減薄的熱面磚所造成的應(yīng)力加速，因此熱面磚的厚度適宜大于約2英寸(5cm)，最好大于約3.5英寸(8.9cm)。對(duì)于產(chǎn)生較多熔渣的含烴燃料，即溶渣以重量計(jì)大于約0.1％時(shí)，熱面磚的厚度適宜大于約3.5英寸(8.9cm)，最好大于約4英寸(10cm)。
這些尺寸可隨各種燃料而變。在含有熱電偶的開(kāi)口和氣化器內(nèi)部之間的熱面磚的厚度可為熱面磚厚度的約20％到約100％，適宜從約30％到約66％，最好從約40％到約60％。只要在開(kāi)口和氣化器內(nèi)部之間的厚度小于熱面磚厚度的100％，這個(gè)開(kāi)口就最好從絕熱磚內(nèi)的開(kāi)口鄰接地延伸出來(lái)。從氣化器內(nèi)部看，熱面磚最好沒(méi)有顯著數(shù)量的材料被除去。
本發(fā)明的一個(gè)特別好的實(shí)施例具有一個(gè)平均的熱面的厚度從約8英寸(20cm)到約10英寸(25cm)，在熱電偶之前的熱面磚厚度從約3.5英寸(8.9cm)到約4.5英寸(11.4cm)，并有一段開(kāi)口部分通過(guò)熱面磚，這段開(kāi)口與延伸通過(guò)殼體和絕熱磚的開(kāi)口是連續(xù)的。這個(gè)開(kāi)口能在絕熱磚和熱面磚中鑄出或者在砌好的磚中用機(jī)加工制出。開(kāi)口應(yīng)定好尺寸使在反應(yīng)器加熱或冷卻時(shí)不會(huì)由于熱膨脹和運(yùn)動(dòng)而使熱電偶被剪裂。
對(duì)于如圖1所示的設(shè)有絕熱磚、外殼體和凸緣組合件的熱電偶，在熱電偶前的熱面磚為4英寸厚度時(shí)，熱電偶對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的溫度變化的響應(yīng)在時(shí)間上延遲20到30秒，并且熱電偶的讀數(shù)比傳統(tǒng)安裝的熱電偶低約100°F(55℃)到約300°F(170℃)。但一旦知道并考慮這兩個(gè)因素予以校正后就能操作并控制反應(yīng)器。
熱電偶應(yīng)這樣安裝使熱電偶傳感器30不會(huì)觸及耐火磚22和24，最好熱電偶傳感器從熱面磚后表面上離開(kāi)一個(gè)距離，適宜的距離為約0.25英寸(0.6cm)到約3英寸(8cm)，最好為約0.5英寸(1.2cm)到約1英寸(2.5cm)。
熱電偶26具有兩根線18，這兩根線具有不同的金屬含量使當(dāng)熱電偶暴露在熱源下時(shí)能在兩根線之間產(chǎn)生電位差。例如一根線可含有約30％的銠，而另一根線含有約6％的銠?；蛘咭桓€可以是純鉑，而另一根線含有10％或13％的銠。兩根線的其余部分主要為鉑。
一般最好將熱電偶傳感器裝在保護(hù)套28的端頭。兩根線在熱接頭30和冷接頭(未示出)被連接在一起。所謂熱接頭是因?yàn)樵跍y(cè)量反應(yīng)器的溫度時(shí)該接頭較接近熱源。量出兩根線的電位差。用什么方法來(lái)測(cè)量并不重要。例如可將伏特計(jì)設(shè)在熱電偶回路內(nèi)，或者可將冷接頭設(shè)在溫度傳感器(未示出)上，然后用信號(hào)傳送設(shè)施(未示出)將該傳感器產(chǎn)生的信號(hào)傳送到控制室。
除了熱、冷接頭外，熱電偶的兩根線在其他地方都互相電絕緣。如何絕緣并不重要，在本實(shí)施例中，電絕緣是由耐高溫、高純度的陶瓷嵌入件或在保護(hù)套28內(nèi)鑄出的分開(kāi)的孔來(lái)完成的。
本發(fā)明有兩個(gè)實(shí)施例。第一實(shí)施例用熱電偶套管來(lái)對(duì)熱電偶提供增添的保護(hù)，熱電偶被封閉在從凸緣延伸出來(lái)的熱電偶套管內(nèi)。所說(shuō)熱電偶套管造成一個(gè)壓力(燃?xì)?的屏障使在某些情況下熱電偶可在氣化器工作時(shí)被維修，燃?xì)馄琳峡梢圆皇墙^對(duì)的。例如在本文被參考引用的美國(guó)專利5,005,986所說(shuō)明的鈀/銀熱電偶套管就是可透過(guò)氫氣的。不管怎樣，熱電偶套管在某些情況下能將熱電偶保持在基本上為大氣壓的壓力下。但缺點(diǎn)是熱電偶套管延伸到反應(yīng)器內(nèi)，熱面磚上的突破將使腐蝕的熔渣直接侵蝕壓力屏障，因此這不是本發(fā)明的較優(yōu)實(shí)施例。
用螺釘、螺栓或夾緊將熱電偶套管固定到熱電偶凸緣上使熱電偶和熱電偶套管組合件保持在位。采用兩個(gè)分開(kāi)的連接部可提高效率，這樣更換熱電偶時(shí)就可不用移走熱電偶套管。
或者，可用保護(hù)套28來(lái)保護(hù)熱電偶而不構(gòu)成壓力密封。在某些點(diǎn)上熱電偶線必須從壓力容器內(nèi)出來(lái)。這時(shí)熱電偶線可延伸通過(guò)一個(gè)壓力密封配件，該配件與一配裝在可移走凸緣14內(nèi)的軸襯接觸，凸緣14與降溫凸緣12配合，而后者又與氣化反應(yīng)器的壓力容器的外鋼壁10配合。
最好熱電偶周圍的壓力密封在溫度從氣化器溫度相當(dāng)降低的位置上作出，即當(dāng)溫度在1000°F(540℃)以下，適宜在600°F(320℃)，最好在約400°F(200℃)以下時(shí)作出。這樣在熱面磚被突破時(shí)，壓力密封就不會(huì)受到熔渣的侵蝕。溶渣將凝固，不會(huì)到達(dá)壓力密封。另外，彈性體或其他壓力密封連接件如果不是暴露在氣化器那樣的高溫下一般具有較長(zhǎng)的壽命。壓力密封一般制在靠近熱電偶凸緣14的或制在其內(nèi)。
保護(hù)套一般由任何一種合適的耐火材料制成，如氧化鋁、氧化鉻、氧化鎂、或其混合物。但保護(hù)套將不會(huì)暴露在熔渣前，因此可用較便宜的氧化鋁制成。保護(hù)套在兩導(dǎo)電體之間一般設(shè)有絕緣件。在一較優(yōu)的實(shí)施例中，保護(hù)套沿著其長(zhǎng)度設(shè)有兩個(gè)孔，熱電偶線就布置在這兩個(gè)孔內(nèi)，這兩個(gè)孔除了兩根線連接處的一點(diǎn)外互不相交。
最好在熱電偶傳感器和保護(hù)套的周圍再加上一個(gè)保護(hù)套。這種保護(hù)套可由耐火的及/或不耐火的材料如Al2O3、MgO、鉻-氧化鎂、高鉻、鉬、不銹鋼、或其混合物、或其復(fù)合物制成，所謂復(fù)合物系指將兩個(gè)或多個(gè)不同的材料放在同一個(gè)套內(nèi)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)套可由一個(gè)內(nèi)保護(hù)套和一個(gè)外保護(hù)套組成。內(nèi)保護(hù)套能由高密度少孔隙的耐火材料如氧化鋁或氧化鎂制成，然后將可澆鑄的耐火材料典型地為高密度少孔隙的耐火材料澆注在內(nèi)保護(hù)套的周圍使它硬化，這樣來(lái)形成外保護(hù)套。最好，這個(gè)可鑄的高密度少孔隙的耐火材料由氧化鉻或氧化鉻-氧化鎂。
熱面磚不能構(gòu)成壓力密封。因此必須有一兩個(gè)凸緣12和14或其他合適的組件將壓力密封起來(lái)。這個(gè)組件最好能被移走，這樣在需要時(shí)便能將熱電偶維修。至少有一個(gè)凸緣既能密封住氣化器殼體內(nèi)的開(kāi)口使氣化器氣密，又能移走使熱電偶能被維修。除了配合的凸緣外，帶螺紋的帽和噴嘴或其他連接設(shè)施也能使用。
凸緣被有效地保護(hù)使它免受從熱面磚和絕熱磚輻射出來(lái)的熱，否則凸緣會(huì)被過(guò)熱。一種保護(hù)方法是將凸緣裝在氣化器殼體的外面，再加上一個(gè)與它相對(duì)的凸緣，使熱電偶延伸通過(guò)該凸緣，而在凸緣體內(nèi)有至少一個(gè)、最好多個(gè)外觀如環(huán)狀物的墊圈裝置20包圍著保護(hù)層。這些墊圈或環(huán)狀物最好由柔順的絕熱材料特別是考伍爾(kaowool，硅酸鋁合成纖維)制成。在這些環(huán)狀物之間設(shè)置柔順的擋壁32也是有效的方法。
這些環(huán)狀物和薄而柔順的擋壁將開(kāi)口密封不讓作用如黑體的熱面磚沿著保護(hù)套延伸的路徑輻射的熱量出來(lái)。保護(hù)套一般是直的，在將這個(gè)輻射熱堵塞后，便可從壓力密封中出來(lái)并連接到比較傳統(tǒng)的線上，在該處的溫度可保持在約1000°F(540℃)以下，最好在約400°F(200℃)以下。這些環(huán)狀物和薄而柔順的擋壁也對(duì)對(duì)流的熱量構(gòu)成部分阻擋。
采用降溫凸緣使熱電偶得以取出維修而很少干擾這些環(huán)狀物和薄而柔順的擋壁。在本實(shí)施例中，熱電偶本身被裝在熱電偶凸緣14上。在這凸緣之外溫度已相當(dāng)?shù)停虼藷犭娕紝?dǎo)線可連接到傳統(tǒng)的高溫線上例如在管道內(nèi)用一個(gè)終端的接線塊。這個(gè)管道可設(shè)有燃?xì)饷芊庖苑廊細(xì)獠皇茏璧K地竄入控制室內(nèi)。在高壓的氣化反應(yīng)器和大氣壓的管道之間的壓力密封最好制在熱電偶凸緣14內(nèi)或其附近。
按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例將熱電偶設(shè)置在熱面磚之后除了其他優(yōu)點(diǎn)外，與傳統(tǒng)的將熱電偶包在抗熔渣的保護(hù)套內(nèi)的方法相比可提高熱電偶的有效壽命。
在另一個(gè)實(shí)施例中，多于一個(gè)的熱電偶被插置在熱面磚后的空腔32內(nèi)，這些熱電偶具有數(shù)目至少相應(yīng)的內(nèi)保護(hù)套。在這實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)熱電偶的遠(yuǎn)端30可分別定位在保護(hù)套長(zhǎng)度上的各個(gè)不同的點(diǎn)，或者說(shuō)各個(gè)保護(hù)套可按不同的深度延伸到空腔內(nèi)。最好熱電偶傳感器離開(kāi)熱面磚表面的距離的差異為2英寸(5cm)或更多。例如，在一采用兩個(gè)熱電偶的實(shí)施例中，最終會(huì)穿透保護(hù)套的熔渣一般首先到達(dá)最靠近的熱電偶使這個(gè)熱電偶失效，而熔渣到達(dá)第二個(gè)熱電偶并使它失效還要一點(diǎn)時(shí)間。這樣，運(yùn)行過(guò)程就可較長(zhǎng)，氣化器的關(guān)停和重新開(kāi)始可預(yù)先計(jì)劃，不需緊急關(guān)停。雖然第二熱電偶提供數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度不及第一熱電偶，但這差異不會(huì)對(duì)過(guò)程控制造成問(wèn)題，因?yàn)榈诙犭娕嫉淖x數(shù)可根據(jù)第一熱電偶在失效前收集到的數(shù)據(jù)來(lái)校正。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以有一種或多種測(cè)量氣化器溫度的方法，這些方法可包括但并不限于傳統(tǒng)的將熱電偶放在熱電偶套管內(nèi)的保護(hù)套內(nèi)而熱電偶套管位在一個(gè)通過(guò)熱面磚的孔內(nèi)。這樣，位在熱面磚后的熱電偶所記錄的溫度和較直接暴露在氣化器環(huán)境中的熱電偶所記錄的溫度便能用來(lái)評(píng)估熱面磚的狀態(tài)。例如，如果在正常情況下在熱面磚后的熱電偶的讀數(shù)比更完全暴露的熱電偶的讀數(shù)低200°F(110℃)，那么讀數(shù)低100°F(55℃)的情況下就可證明熱面磚層變薄了。如果兩種測(cè)量的讀數(shù)相同，那就證明熱面磚已被基本沖破。最好如果熱電偶由于熔渣侵蝕而中止工作，那么可以證明突破熱面磚的熔渣至少已達(dá)到熱面磚在熱電偶和氣化器內(nèi)部之間的深度。在問(wèn)題變得尖銳之前預(yù)先獲知熱面磚失效的情況可較有序地關(guān)停并有時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備關(guān)停時(shí)的維修。
權(quán)利要求
1．一種反應(yīng)器內(nèi)的熱電偶裝置，所說(shuō)反應(yīng)器氣化含烴材料并含有熔渣，具有一個(gè)殼體、絕熱磚和熱面磚；所說(shuō)熱電偶裝置具有熱電偶傳感器和包裝在保護(hù)套內(nèi)的導(dǎo)線，保護(hù)套延伸通過(guò)氣化器殼體和絕熱磚內(nèi)的開(kāi)口但該開(kāi)口沒(méi)有完全通過(guò)熱面磚。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)套，其特征為，所說(shuō)套含有氧化鋁、氧化鉻、氧化鎂或其混合物。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)套，其特征為，所說(shuō)套含有氧化鋁。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)套，所說(shuō)套設(shè)有兩個(gè)沿軸向延伸通過(guò)一部分套長(zhǎng)的孔眼，其特征為，兩根熱電偶線分別在兩個(gè)孔眼內(nèi)布線，并且兩個(gè)孔眼只在一個(gè)點(diǎn)上互相交叉。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，熱電偶傳感器離開(kāi)它與氣化器內(nèi)部之間的熱面磚后表面的距離從約為0.25到約3英寸。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，熱電偶傳感器離開(kāi)它與氣化器內(nèi)部之間的熱面磚后表面的距離從約0.5英寸到約1英寸。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，孔眼的直徑從約1到約4英寸。
8．根據(jù)權(quán)利要1的熱電偶裝置，其特征為，孔眼的直徑從約1.5到約2.5英寸。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，在熱電偶傳感器與氣化器內(nèi)部之間的熱面磚層的厚度從約2英寸到約9英寸。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，在熱電偶傳感器與氣化器內(nèi)部之間的熱面磚層的厚度從約3.5英寸到約6英寸。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，產(chǎn)生的熔渣以重量計(jì)約為含烴材料的0.1％或更多，并且在開(kāi)口與氣化器內(nèi)部之間的熱面磚層的厚度從約3.5英寸到約6英寸。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，開(kāi)口延伸部分通過(guò)熱面磚，致使在開(kāi)口與氣化器內(nèi)內(nèi)部之間的熱面磚的厚度從約3.5英寸到約6英寸，否則熱面磚的厚度將為約8英寸到約10英寸。
13．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，還包括將熱電偶線和傳感器包裝在多個(gè)保護(hù)套內(nèi)。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，最內(nèi)層的保護(hù)套含有氧化鋁、氧化鎂、鉻-氧化鎂、高鉻、或其混合物，而最外層的保護(hù)套含有氧化鋁、氧化鎂、鉻-氧化鎂、高鉻、鉬、不銹鋼、或其混合物、或其復(fù)合物。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的熱電偶裝置，其特征為，內(nèi)保護(hù)套由氧化鋁、氧化鎂、或其混合物制成，而外保護(hù)套為將氧化鉻或氧化鉻-氧化鎂澆鑄在內(nèi)保護(hù)套的周圍而成。
16．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，還包括將熱電偶包裝在熱電偶套管內(nèi)。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，還包括一個(gè)裝在氣化器殼體外面的凸緣和一個(gè)與它相對(duì)而在其內(nèi)有熱電偶延伸通過(guò)的凸緣，還包括至少一個(gè)包圍保護(hù)套的墊圈裝置。
18．根據(jù)權(quán)利要求18的熱電偶裝置，其特征為，墊圈裝置由硅酸鋁合成纖維制成。
19．根據(jù)權(quán)利要求1的熱電偶裝置，其特征為，裝置還包括包裝在一個(gè)或多個(gè)保護(hù)套內(nèi)的多個(gè)熱電偶傳感器和導(dǎo)線，其特征為，各個(gè)熱電偶傳感器按預(yù)定距離離開(kāi)熱面磚的后表面，并且所說(shuō)距離各不相同，相互間至少相差2英寸。
20．一種反應(yīng)器內(nèi)的熱電偶裝置，所說(shuō)反應(yīng)器氣化含烴材料并含有熔渣，具有一個(gè)殼體、絕熱磚和熱面磚。所說(shuō)熱電偶裝置具有包裝在保護(hù)套內(nèi)的熱電偶傳感器和導(dǎo)線，該保護(hù)套延伸通過(guò)氣化器殼體和絕熱磚內(nèi)的開(kāi)口，而在含有熱電偶傳感器的孔眼與氣化器內(nèi)部之間的熱面磚的厚度為其鄰近的熱面磚的厚度的約20％到約100％。
全文摘要
本發(fā)明為一測(cè)量氣化反應(yīng)器內(nèi)溫度的熱電偶裝置,熱電偶通過(guò)氣化反應(yīng)器的壁而安裝在耐火熱面磚的連續(xù)層之后。熱電偶組件被安裝在一個(gè)開(kāi)口內(nèi),該開(kāi)口是通過(guò)氣化器的壁、絕熱磚,并可任選地部分通過(guò)熱面磚制出的。
文檔編號(hào)G01K1/14GK1321242SQ99811623
公開(kāi)日2001年11月7日 申請(qǐng)日期1999年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月30日
發(fā)明者約翰·S·史蒂文森, 肯特·W·桑托斯, 格斯·扎哈里奧 申請(qǐng)人:德士古發(fā)展公司