液化烴球罐在工業(yè)裝置中一般作為中間罐或成品罐，因其為承壓罐，危險(xiǎn)性很大。在國內(nèi)外曾出現(xiàn)過多起爆炸事故，造成生命和財(cái)產(chǎn)的重大損 失。因此，球罐的消防設(shè)計(jì)要求很嚴(yán)格。
球罐消防設(shè)計(jì)，要求球罐表面溫度與雨淋閥進(jìn)行聯(lián)鎖。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，聯(lián)鎖打開雨淋閥進(jìn)行消防噴淋。對(duì)于球罐表面溫度的檢測，在以往的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常采用閉式噴頭(又稱感溫玻璃泡)。感溫玻璃泡安裝在凈化風(fēng)管線上，在球罐外構(gòu)成多個(gè)環(huán) 狀，在罐底凈化風(fēng)總管上設(shè)壓力開關(guān)。當(dāng)球罐外表面溫度超過68℃時(shí)，感溫玻璃泡破裂，壓力降低，壓力開關(guān)動(dòng)作輸出信號(hào)，通過控制系統(tǒng)聯(lián)鎖開啟雨淋閥，實(shí)現(xiàn)消防噴淋。這種設(shè)計(jì)方案在中國沿續(xù)了很長時(shí)間，其特點(diǎn)是反應(yīng)快、投資少，缺點(diǎn)是施工量大、容易誤動(dòng)作。一旦因?yàn)橥饨缭蚴垢袦夭Ａ莸钠屏眩斐陕?lián)鎖動(dòng)作，往往使操作人員虛驚一場，同時(shí)造成水資源浪費(fèi)。
采用線形定溫火災(zāi)探測器，也只能對(duì)已發(fā)生的火災(zāi)進(jìn)行探測，而在火災(zāi)發(fā)生之前，環(huán)境溫度為-40~68℃時(shí)，無法發(fā)出報(bào)警。
如果能夠檢測出真實(shí)的罐外表面溫度，在事故或火災(zāi)未發(fā)生時(shí)發(fā)出報(bào)警，在確定的條件下才進(jìn)行聯(lián)鎖動(dòng)作，就能解決誤動(dòng)作的問題。同時(shí)，使操作人員具有充分時(shí)間采取相應(yīng)的措施，避免發(fā)生事故或引起火災(zāi)。現(xiàn)在，由美國研制開發(fā)的測溫電纜就能實(shí)現(xiàn)上述要求。它能夠連續(xù)產(chǎn)生與其長度所及范圍內(nèi)的最高點(diǎn)溫度相對(duì)應(yīng)的毫伏信號(hào)，可用來連續(xù)探測監(jiān)控區(qū)域的最高溫度，對(duì)溫度的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能測定溫度異變的幅度，而且能確定溫度異變的區(qū)域。
連續(xù)熱電偶工作原理
連續(xù)熱電偶又稱特種測溫?zé)崦綦娎|或?qū)崾綗犭娕迹脽犭娦?yīng)原理，能夠連續(xù)產(chǎn)生與其長度所及范圍內(nèi)的最高點(diǎn)溫度相對(duì)應(yīng)的毫伏信號(hào)，它與普通熱電偶不同之處在于它的熱接點(diǎn)不固定，而是始終與線纜上的最高溫度點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)測溫電纜上任何一點(diǎn)(T1)的溫度高于其他部分的溫度時(shí)，該處的熱電偶導(dǎo)線之間的絕緣電阻(R)降低，導(dǎo)致出現(xiàn)“臨時(shí)”熱電偶接頭，其作用與常規(guī)單接點(diǎn)熱電偶接頭相同，當(dāng)測溫電纜上另外一點(diǎn)(T2)的溫度高于T1點(diǎn)時(shí)，該處的熱電偶導(dǎo)線之間的絕緣電阻會(huì)變的低于T1點(diǎn)的電阻，導(dǎo)致出現(xiàn)新的“臨時(shí)”熱電偶 接頭。測溫電纜在單點(diǎn)受熱、兩點(diǎn)受熱時(shí)的情況見圖1所示。
圖1 連續(xù)熱電偶工作原理
連續(xù)熱電偶在球罐上的安裝設(shè)計(jì)
由于連續(xù)熱電偶獨(dú)特的功能，現(xiàn)已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用：電纜通道、氣化爐、反應(yīng)罐、油罐等。其安裝設(shè)計(jì)已有成熟的經(jīng)驗(yàn)。但是，在液化烴球罐上的安裝設(shè)計(jì)還很少。
藍(lán)星石化公司天津石化廠液化烴罐區(qū)原有4個(gè)400m3球罐。內(nèi)徑為9.2m，壁厚34mm。新建2個(gè)1000m3球罐，內(nèi)徑為12.3m，壁厚40mm。設(shè)計(jì)中選用昌暉儀表生產(chǎn)的連續(xù)熱電偶。
400m3球罐安裝設(shè)計(jì)過程如下。
①確定連續(xù)熱電偶在球罐上敷設(shè)的環(huán)數(shù)
根據(jù)連續(xù)熱電偶布線距離要求：連續(xù)熱電偶布置位置離被保護(hù)處所不應(yīng)超過2m。這樣，兩環(huán)電纜之間最大間距應(yīng)不超過4m。因此，敷設(shè)環(huán)數(shù)可用 球罐半周長除以4m得到。即
從而得到電纜在400m3球罐上布置大于3.6環(huán)，即至少4環(huán)。
②確定連續(xù)熱電偶安裝位置
確定角度：在球罐表面布置4環(huán)電纜，即將球心分成8個(gè)角，每個(gè)角設(shè)為α，α=360/8=45°。確定每兩環(huán)測溫電纜之間的間距。根據(jù)計(jì)算公式：弧長=半徑×α×π/180=(4600+34)×45×π/180≈3638mm
現(xiàn)場施工時(shí)，由球罐最高點(diǎn)開始定位，每兩環(huán)之間的電纜間距約3638mm。安裝方法：用帶凹槽的強(qiáng)磁鐵每隔0.5~1m固定一點(diǎn)，如圖2所示。
圖2 連續(xù)熱電偶在400m3球罐上的安裝圖
③確定連續(xù)熱電偶長度與磁鐵個(gè)數(shù)
需將一個(gè)罐上所需的連續(xù)熱電偶總長度確定下來，只要知道每個(gè)連續(xù)熱電偶環(huán)的半徑，就能計(jì)算出每環(huán)連續(xù)熱電偶長度，將每環(huán)長度相加，即得出連續(xù)熱電偶總長度。如圖3所示。
圖3 連續(xù)熱電偶總長度計(jì)算圖
①第一環(huán)連續(xù)熱電偶半徑BC=OC×sin(45°/2)=(半徑+壁厚)×sin22.5°≈1774mm，第一環(huán)連續(xù)熱電偶長度=2×π×BC=2×π×1774≈11141mm≈11.1m。
②第二環(huán)連續(xù)熱電偶半徑ED=OE×sin(45°/2+45°)=(半徑+壁厚)×sin67.5°≈4282mm，第二環(huán)連續(xù)熱電偶長度=2×π×ED=2×π×4282≈26891mm≈27m
③第三環(huán)連續(xù)熱電偶長度等于第二環(huán)連續(xù)熱電偶長度
④第四環(huán)連續(xù)熱電偶長度等于第一環(huán)連續(xù)熱電偶長度
⑤連續(xù)熱電偶總長=11.5×2+27×2+球罐半周長=77+15=92m
⑥安裝所需磁鐵約180個(gè)。
參照以上計(jì)算步驟，可以計(jì)算出1000m3球罐表面溫度測量的連續(xù)熱電偶安裝位置與長度：
①確定在罐上敷設(shè)至少5環(huán)。
②確定連續(xù)熱電偶安裝位置，由球罐最高點(diǎn)開始定位，每兩環(huán)之間的連續(xù)熱電偶間距約3888mm。
③確定連續(xù)熱電偶長度與磁鐵個(gè)數(shù)，球罐上的電纜總長約為160m。根據(jù)連續(xù)熱電偶長度要求：“一般情況下，連續(xù)熱電偶長度小于150m。如長度大于150m可分多個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測”。這樣，需將1000m3球罐上的連續(xù)熱電偶分為兩根。一根敷設(shè)在第一環(huán)、第二環(huán)、第三環(huán)的一半，另一根敷設(shè)在第三環(huán)的另一半、第四環(huán)與第五環(huán)。其電纜長度分別為：第一根電纜長度=第一環(huán)+第二環(huán)+第三環(huán)/2+球罐半周長=84m；第二根電纜長度=第三環(huán)/2+第四環(huán)+第五環(huán)+球罐半周長/2=74m；安裝所需磁鐵約320個(gè)。
連續(xù)熱電偶的應(yīng)用和選用稍顯復(fù)雜，大家可到產(chǎn)品頁面http://www.gsipv.com/product/2513.html仔細(xì)了解這種特殊熱電偶。
作者：天津辰鑫石化工程設(shè)計(jì)有限公司 劉崢嶸
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