謝 楠，萬 陽，李 陽，裴允彤

（藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司，北京 100176）

氯堿行業(yè)是重要的基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)，主要以鹽為原料，電解鹽水后，產(chǎn)生氯氣、氫氣、氫氧化鈉等產(chǎn)品，進(jìn)一步加工生產(chǎn)以聚氯乙烯為代表的多種耗氯產(chǎn)品，并以其為原料生產(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)、紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、石油化工業(yè)以及公用事業(yè)等。 隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，自動(dòng)化儀表在氯堿生產(chǎn)過程中的重要性日益凸顯。 儀表選型的準(zhǔn)確性對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益以及安全性都具有重要影響。 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中最基本的工藝參數(shù)之一，任何化學(xué)反應(yīng)或物理變化的進(jìn)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度的測(cè)量與控制是生產(chǎn)過程自動(dòng)化的重要任務(wù)之一。

1 氯堿行業(yè)自動(dòng)化儀表選型的重要性

（1）提高生產(chǎn)效率

自動(dòng)化儀表的準(zhǔn)確選型可以提高氯堿生產(chǎn)過程的控制精度，提高生產(chǎn)效率。 如在溫度控制方面，正確選用合適的溫度儀表可以確保生產(chǎn)過程中反應(yīng)溫度的穩(wěn)定性，提高反應(yīng)效率。

（2）降低能源消耗

自動(dòng)化儀表的選型與能源消耗密切相關(guān)。 通過高精度的測(cè)量和控制可以降低能源的消耗，提高能源的利用率。

（3）降低生產(chǎn)成本

選型準(zhǔn)確的自動(dòng)化儀表能夠減少維護(hù)、更換以及停機(jī)時(shí)間等方面的成本。 此外，合理選型還可以減少誤操作引起的事故風(fēng)險(xiǎn)，降低潛在損失。

（4）確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)

自動(dòng)化儀表選型的準(zhǔn)確性直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和生產(chǎn)安全性。 通過選用合理的儀表設(shè)備，可以有效控制工藝參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。 在安全方面，選型準(zhǔn)確的儀表能夠?qū)ιa(chǎn)過程進(jìn)行精確監(jiān)控，消除潛在安全隱患。 不同的生產(chǎn)工藝對(duì)溫度的要求不同，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度避免副反應(yīng)的發(fā)生，合適的選型對(duì)于系統(tǒng)安全的重要性尤為關(guān)鍵。

2 儀表選型一般規(guī)定

儀表選型應(yīng)根據(jù)工藝要求的操作條件、設(shè)計(jì)條件、精度等級(jí)、工藝介質(zhì)特性、檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境、配管材料等級(jí)規(guī)定及安全環(huán)保要求等因素確定，并滿足工程項(xiàng)目對(duì)儀表選型的總體技術(shù)水平要求， 總之，所選儀表應(yīng)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。

儀表選型在性能要求上應(yīng)根據(jù)測(cè)量用途、測(cè)量范圍、范圍度、精度、靈敏性、分辨率、重復(fù)性、線性度、可調(diào)比、永久壓損、輸出信號(hào)特性、響應(yīng)時(shí)間、控制系統(tǒng)要求、安全系統(tǒng)要求、防火要求、環(huán)保要求、節(jié)能要求、可靠性及經(jīng)濟(jì)性等因素來綜合考慮。

設(shè)計(jì)選用的儀表應(yīng)為國(guó)家授權(quán)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)并取得制造許可證的合格產(chǎn)品，不得選用未經(jīng)鑒定的研制儀表，除特殊要求外，儀表宜選用供貨商的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。

在爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)應(yīng)用的電子式儀表應(yīng)取得國(guó)家授權(quán)防爆認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)的《產(chǎn)品防爆合格證》；計(jì)量?jī)x表應(yīng)取得國(guó)家授權(quán)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的《制造計(jì)量器具許可證》或《計(jì)量器具型式批準(zhǔn)證書》；屬于消防電子產(chǎn)品的火災(zāi)、可燃?xì)怏w檢測(cè)及報(bào)警等儀表應(yīng)取得應(yīng)急管理部消防產(chǎn)品合格評(píng)定中心頒發(fā)的《中國(guó)國(guó)家強(qiáng)制性認(rèn)證證書》（即CCCF 認(rèn)證）或《產(chǎn)品型式認(rèn)可證書》。

測(cè)量與控制儀表優(yōu)先采用電子式，首選測(cè)量與控制信號(hào)為4～20 m ADC 帶HART 協(xié)議的智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表， 其次可選用信號(hào)為4～20 mA DC 的非智能現(xiàn)場(chǎng)儀表，也可選用FF、Profibus 等現(xiàn)場(chǎng)總線儀表和工業(yè)無線儀表。

3 氯堿行業(yè)常用溫度儀表

溫度檢測(cè)根據(jù)敏感元件與被測(cè)介質(zhì)接觸與否，分為接觸式和非接觸式兩大類。 接觸式溫度測(cè)量的特點(diǎn)是感溫元件直接與被測(cè)對(duì)象接觸，兩者進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，此時(shí)感溫元件的溫度與被測(cè)介質(zhì)的溫度必然相等，溫度計(jì)的顯示值就是被測(cè)介質(zhì)的溫度。 接觸式測(cè)溫的測(cè)溫精度相對(duì)較高，直觀可靠，測(cè)溫元件價(jià)格較低，但由于感溫元件與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，會(huì)影響被測(cè)介質(zhì)的熱平衡狀態(tài)，而接觸不良又會(huì)增加測(cè)溫誤差；若被測(cè)介質(zhì)具有腐蝕性或溫度太高亦將嚴(yán)重影響感溫元件的性能和壽命。 根據(jù)測(cè)溫轉(zhuǎn)換的原埋，接觸式測(cè)溫可分為膨脹式（如溫度管水銀溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)）、熱阻式、熱電式等多種形式。

非接觸式溫度測(cè)量的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是通過接受被測(cè)物體的熱輻射能實(shí)現(xiàn)熱交換，據(jù)此測(cè)出被測(cè)對(duì)象的溫度。 因此，非接觸式測(cè)溫具有不改變被測(cè)物體的溫度分布，熱慣性小，測(cè)溫上限可設(shè)計(jì)得很高，便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點(diǎn)。 例如機(jī)場(chǎng)、學(xué)校用來測(cè)體溫的紅外溫度計(jì)就屬于非接觸式溫度計(jì)。

氯堿生產(chǎn)裝置中，常用接觸式溫度儀表較多使用的熱電阻、一體化溫度變送器、雙金屬溫度計(jì)，溫度儀表構(gòu)成及工作原理如下。

（1）熱電阻

熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測(cè)量溫度，絕大多數(shù)金屬的電阻值隨溫度而變化，溫度越高，電阻越大，即具有正的電阻溫度系數(shù)，而大多數(shù)半導(dǎo)體材料具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，即溫度越高，電阻越小。

常用熱電阻元件為有鉑熱電阻，銅熱電阻，半導(dǎo)體熱敏電阻。 氯堿生產(chǎn)裝置采用鉑熱電阻居多，鉑熱電阻采用高純度鉑絲繞制而成， 具有測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，因此在基準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中被廣泛應(yīng)用，但其在高溫下容易被還原性氣體所污染，使鉑絲變脆，改變其電阻溫度特性，需用套管保護(hù)方可使用。 鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵。 鉑絲純度越高其穩(wěn)定性越高、復(fù)現(xiàn)性越好、測(cè)溫精度也越高。

銅熱電阻的電阻值與溫度近于呈線性關(guān)系，電阻溫度系數(shù)也較大，且價(jià)格便宜，所以在一些測(cè)量精度要求不是很高的情況下，常采用銅熱電阻。但其在高于100 ℃的氣體中易氧化， 故多用于測(cè)量－50～+100 ℃范圍。

半導(dǎo)體熱敏電阻優(yōu)點(diǎn)是負(fù)電阻溫度系數(shù)大，因此靈敏度高。 電阻率大，可作為體積小而電阻值大的電阻元件，具有熱慣性小和可測(cè)量點(diǎn)溫度或動(dòng)態(tài)溫度。 缺點(diǎn)是同種半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻溫度特性分散性大，非線性嚴(yán)重，元件性能不穩(wěn)定，因此互換性差、精度較低。

（2）一體化溫度變送器

一體化溫度變送器是通過溫度電流變送器，把溫度傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，連接到二次儀表上，從而顯示出對(duì)應(yīng)的溫度。 溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測(cè)溫元件，從測(cè)溫元件輸出信號(hào)送到變送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正、V/I 轉(zhuǎn)換、 恒流及反向保護(hù)等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的4～20 mA 電流信號(hào)輸出。

現(xiàn)場(chǎng)安裝熱電阻傳輸信號(hào)類型為Pt100Ω，可通過在熱電阻接線盒內(nèi)安裝二線制溫變模塊，將信號(hào)類型改為4～20 mA 電流信號(hào)輸出，DCS 端卡件可保證一致性，無需額外采購(gòu)RTD 信號(hào)輸入卡件，同時(shí)三線制儀表改為二線制，導(dǎo)線可以減少一芯，經(jīng)濟(jì)性更好，是目前很多業(yè)主方采取的方案。

（3）雙金屬溫度計(jì)

雙金屬溫度計(jì)是將繞成螺紋旋形的熱雙金屬片作為感溫器件，并把它裝在保護(hù)套管內(nèi)，其中一端固定，稱為固定端，另一端連接在一根細(xì)軸上，稱為自由端。 在自由端線軸上裝有指針。 當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，感溫器件的自由端隨之發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)細(xì)軸上的指針產(chǎn)生角度變化，在標(biāo)度盤上指示對(duì)應(yīng)的溫度。雙金屬溫度計(jì)的測(cè)溫范圍一般為-80～500 ℃，允許誤差為標(biāo)尺量程的±1.5%。

按雙金屬溫度計(jì)指針盤與保護(hù)套管的連接方向可以把雙金屬溫度計(jì)分成軸向型、徑向型、135°向型和萬向型4 種。 軸向型雙金屬溫度計(jì)指針盤與保護(hù)套管垂直連接；徑向型雙金屬溫度計(jì)指針盤與保護(hù)套管平行連接；135°向型雙金屬溫度計(jì)指針盤與保護(hù)套管成135°連接；萬向型雙金屬溫度計(jì)指針盤與保護(hù)套管連接角度可任意調(diào)整。

氯堿裝置中， 管道配置常因不同項(xiàng)目所處位置、要求會(huì)有所差異，因此雙金屬溫度計(jì)常用萬向型，方便現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員查看。

4 溫度儀表的選型方式

（1）工藝要求

根據(jù)不同的工藝要求，選擇適合的溫度儀表類型。 不同的測(cè)量對(duì)象對(duì)其測(cè)量要求有所不同，因此對(duì)于儀表性能的選擇側(cè)重點(diǎn)也會(huì)有所不同。 一般情況下，測(cè)溫元件首選鎧裝型結(jié)構(gòu)熱電阻，遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)、控制測(cè)溫點(diǎn)。 對(duì)于不涉及聯(lián)鎖控制、失效后不會(huì)造成安全隱患的測(cè)溫點(diǎn)，可采用就地溫度儀表，優(yōu)先選擇雙金屬溫度計(jì)。 通過日常巡檢對(duì)測(cè)溫點(diǎn)位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，氯堿生產(chǎn)裝置中，通常在二次鹽水一次加熱、堿液冷卻時(shí)，采用雙金屬溫度計(jì)。

氯堿裝置生產(chǎn)系統(tǒng)中，物料溫度的穩(wěn)定性對(duì)于離子膜電解槽的電解效率有著至關(guān)重要的作用，因此，物料溫度調(diào)節(jié)多采用熱電阻或一體化溫度變送器，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量，遠(yuǎn)傳至DCS，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)介質(zhì)溫度是否超限，必要時(shí)進(jìn)行相關(guān)聯(lián)鎖動(dòng)作，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，減少對(duì)重要設(shè)備的傷害。

溫度儀表的測(cè)量單位，應(yīng)采用攝氏度（℃）。雙金屬溫度計(jì)表盤直徑宜為?100； 在照明條件較差、安裝位置較高及觀察距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合，雙金屬溫度計(jì)表盤直徑宜為?150。 表盤外殼宜為不銹鋼，面板宜為白底黑字，應(yīng)帶防爆玻璃。

（2）環(huán)境條件

氯堿裝置內(nèi)，溫度儀表外殼應(yīng)選擇適應(yīng)性能好、耐用的材質(zhì)， 外殼防護(hù)級(jí)別建議選擇IP65 以上；溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管材質(zhì)應(yīng)根據(jù)管線內(nèi)介質(zhì)的設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、防腐要求、防磨蝕要求及被測(cè)介質(zhì)的特性，選擇耐用材質(zhì)，最低應(yīng)選用316SS，并且不應(yīng)低于設(shè)備或管道材質(zhì)， 例如測(cè)量鹽水介質(zhì)，溫度檢測(cè)元件保護(hù)套材質(zhì)選擇Ti。

保護(hù)套管宜選用整體鉆孔錐形保護(hù)套管，采用法蘭安裝方式。 儀表的防護(hù)可有效避免因腐蝕過度，影響儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性與傳輸性能。 氯堿生產(chǎn)裝置測(cè)溫點(diǎn)接觸介質(zhì)常為鹽水、燒堿、氯氣、冷卻水、蒸汽，溫度保護(hù)套管常用材質(zhì)選擇表見表1。

表1 氯堿裝置溫度計(jì)套管常用材質(zhì)選擇表

（3）測(cè)量范圍和精度要求

測(cè)量范圍是選型的一個(gè)重要指標(biāo)。 溫度儀表的測(cè)量單位，應(yīng)采用攝氏度（℃），對(duì)于就地溫度計(jì)的操作溫度應(yīng)為刻度/量程的30%～70%； 對(duì)于溫度變送器，應(yīng)為量程的10%～90%。 氯堿裝置生產(chǎn)運(yùn)行過程中，需對(duì)儀表的準(zhǔn)確性有嚴(yán)格要求，溫度儀表正常測(cè)量值宜在儀表測(cè)量范圍上限值50%左右，測(cè)量最高值不大于測(cè)量范圍上限值90%。

熱電阻精度宜選擇A 級(jí) （±0.15+0.2% ℃），雙金屬溫度計(jì)可選用1.5 級(jí)， 一體化溫度變送器精度宜選擇±0.5%。 這里值得一提的是，在HG/T 20507-2014 《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》中，對(duì)于儀表精度有如下描述： 精密測(cè)量用溫度計(jì)應(yīng)選用0.5 級(jí)或0.25 級(jí)。 而在SH/T 3005-2016 《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》中，對(duì)于精度的描述為：溫度變送器讀書精確度不應(yīng)低于±0.2 ℃， 在實(shí)際選型過程中，以重慶川儀溫度儀表為例，常用一體化溫度變送器由溫度傳感器（熱電偶或熱電阻）與二線制溫變模塊構(gòu)成，Pt100 輸入信號(hào)測(cè)量范圍為-200～850 ℃，測(cè)量精度（取最大值）為±0.1%或±0.1 ℃，氯堿裝置介質(zhì)測(cè)溫最高溫度約為150 ℃，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，被測(cè)介質(zhì)溫度大于200 ℃時(shí)，需額外注意精度要求。

（4）插入深度

溫度檢測(cè)儀表安裝位置為管道，需滿足檢測(cè)儀表終端完全接觸被檢測(cè)介質(zhì)， 配管時(shí)建議放置在U型彎低點(diǎn)處或肘彎處，保證測(cè)溫元件的端點(diǎn)位于被測(cè)介質(zhì)溫度變化的靈敏區(qū)域， 以保證測(cè)量的可靠性。 一般浸入長(zhǎng)度大于100 mm，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，管道不滿足保護(hù)套管插入長(zhǎng)度時(shí)，可進(jìn)行擴(kuò)徑安裝。 一般保護(hù)管插入深度宜為管道直徑1/3～1/2處； 熱電阻固定底座底座高度多為150 mm， 例如DN200 管道，可選擇熱電阻保護(hù)管長(zhǎng)度為250 mm。如明確溫度檢測(cè)元件在滿管流體管道上，插入深度可適當(dāng)縮減，例如DN400 滿液體介質(zhì)管道，可選擇保護(hù)套管總長(zhǎng)度為250 mm 即可。

檢測(cè)罐內(nèi)液體溫度， 安裝位置宜為罐下方，儀表檢測(cè)終端可被被測(cè)液體全部覆蓋，以確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性，通常檢測(cè)罐內(nèi)溫度儀表熱電阻保護(hù)套管長(zhǎng)度為250 mm 以上。

檢測(cè)元件插入深度的計(jì)算并非千篇一律，在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)，如測(cè)量介質(zhì)為管道中的氣體，可減少插入深度，對(duì)于溫度檢測(cè)無影響，也避免插入管道內(nèi)的保護(hù)套管過長(zhǎng)，不斷受到高流速氣體介質(zhì)沖刷而變形，甚至折斷，造成損壞，當(dāng)測(cè)量元件插入深度超過1 m 時(shí)，應(yīng)盡可能垂直安裝，或加裝支撐、支架和保護(hù)套管。

（5）響應(yīng)時(shí)間

在氯堿生產(chǎn)中，溫度的變化往往是非?？焖俚?，溫控儀表的響應(yīng)速度對(duì)于調(diào)控溫度的穩(wěn)定性和精度有重要影響。 選型時(shí)應(yīng)考慮到儀表的響應(yīng)速度。溫控儀表的電阻絲的尺寸（直徑）、結(jié)構(gòu)、鎧裝管厚度、保護(hù)套管外徑及材質(zhì)不同，其對(duì)應(yīng)響應(yīng)時(shí)間也不同，因此不同產(chǎn)品的響應(yīng)時(shí)間會(huì)有一定的差異。

（6）其他注意事項(xiàng)

a.可根據(jù)溫度檢測(cè)儀表具體安裝位置是否在防爆區(qū)域內(nèi)，來確認(rèn)是否對(duì)儀表進(jìn)行防爆處理，氯堿生產(chǎn)裝置常用防爆級(jí)別為本安型（ExiaIICT4）或隔爆型（ExdIICT4）。

b.過程連接方式應(yīng)首選法蘭連接，可根據(jù)項(xiàng)目前期開工會(huì)，與業(yè)主方針對(duì)法蘭標(biāo)準(zhǔn)及壓力等級(jí)進(jìn)行確認(rèn)，需要考慮整體裝置法蘭標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)主方其他裝置法蘭標(biāo)準(zhǔn)的一致性，以保證溫度檢測(cè)儀表正確安裝和使用。

c.保護(hù)套管壁厚需根據(jù)實(shí)際情況選擇，太厚會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，太薄會(huì)導(dǎo)致保護(hù)管防腐耐用時(shí)間大大縮短。直行保護(hù)管直徑常用?16；錐形保護(hù)套管直徑通常選用?23/?17、?20/?16。 保護(hù)套管選取時(shí)，需結(jié)合工藝預(yù)留法蘭規(guī)格，避免因溝通不暢而產(chǎn)生無法安裝和返工情況的發(fā)生。

5 結(jié)語

氯堿行業(yè)中自動(dòng)化儀表的選型對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗、降低生產(chǎn)成本以及確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)具有重要意義。 作為兼具技術(shù)性、實(shí)用性和責(zé)任性的工作，在溫度儀表的選型中需綜合考慮物料特性、 工藝要求和設(shè)備要求等方面因素，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。 只有通過合理選型，才能更好地滿足氯堿行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)要求。