CN110220605A - 一种管壁温度测量系统的制备方法、测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管壁温度测量系统的制备方法、测量系统及测量方法，采用喷涂工艺对在待测温的管壁外壁喷涂制作热电偶，提高热电偶的寿命和测温的精确性。本发明方法适合现场以及车间内施工。具体步骤包括对需要测量壁温的金属管壁进行喷砂，去除管壁的氧化物和杂质；在需要喷涂热电偶的部位喷涂一层不导电的陶瓷层；加工制作热电偶模板；喷涂热电偶，打磨并接线校验等。采用本发明对锅炉管壁温进行测量可比传统安装壁温测点更加可靠，服役寿命更长，具有较高的测温准确性，且不会引起锅炉管变形。

Description

一种管壁温度测量系统的制备方法、测量系统及测量方法

技术领域

本发明属于温度测控技术领域，具体涉及一种管壁温度测量系统的制备方法、测量系统及测量方法。

背景技术

燃煤电厂锅炉水冷壁、再热器、过热器、省煤器等管道材质为金属管，在锅炉正常运行过程中，炉膛温度处于高温状态，其中心温度范围为900-1100℃，以使金属管内部的水变为蒸汽，从而推动汽轮机发电。锅炉炉膛空间较大，炉膛内部温度分布不均匀，从而使得锅炉管局部表面的温度不一致，当锅炉管表面温度长期处于其安全服役温度以上时，会引起材料的力学性能、疲劳寿命等显著降低，严重情况下，会引起锅炉管超温爆管，影响电厂发电效率以及危害锅炉安全运行。

为了保障锅炉管处于安全温度以下，有必要对锅炉管的壁温进行测量与监控。近年来应用最为成熟的技术为安装测温热电偶。该技术通过在需要测量壁温的部位首先焊接一个带斜孔的小卡块，然后将成品热电偶测量头塞入卡块的斜孔中，最后采用温度套管将热电偶丝进行保护，并将热电偶套管焊接在锅炉管壁上。该技术在焊接安装过程必须严格控制管壁温度，不能超过70℃，否则易于损伤热电偶。该技术安装的热电偶在早期阶段(通常几个月)能有效测量温度，但随着锅炉的运行，在管道震动的情况下，安装的热电偶测点易于脱落，并引起显示数值失真的现象。其次，当温度超过保护套管的服役温度时，还易引起套管失效。第三，该技术安装的过程中由于涉及大量的焊接，易于引起锅炉管发生变形。

为了提高测量锅炉管壁温度的热电偶服役寿命和测量精度，需要一种新型的可靠的测量技术。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种管壁温度测量系统的制备方法、测量系统及测量方法，其目的在于延长热电偶寿命，防止锅炉管变形，保证测温精确。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以解决：

一种管壁温度测量系统的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：制作喷涂模板；

步骤2)：在管壁上涂覆绝缘层；

步骤3)：利用所述喷涂模板，在绝缘层上喷涂制备热电偶。

进一步地，步骤1)中，所述喷涂模板能够与所述管壁贴合，所述喷涂模板上贯穿开设有热电偶头区域、热电偶丝区域和热电偶接线端区域，所述热电偶头区域和所述热电偶丝区域连通，所述热电偶丝区域和所述热电偶接线端区域连通；

所述喷涂模板在使用时，所述热电偶头区域位于所述管壁上的高温测量区域内，所述热电偶接线端区域位于所述管壁上的高温测量区域外。

进一步地，所述喷涂模板的厚度为0.5～2mm；所述热电偶头区域为圆形或正方形，其直径或边长为4～10mm；所述热电偶丝区域的宽度为1～4mm；所述热电偶接线端区域为圆形或正方形，其直径或边长为4～8mm。

进一步地，步骤3)中，喷涂制备热电偶的方法为：将喷涂模板固定在所述管壁上，对热电偶头区域、热电偶丝区域和热电偶接线端区域喷涂Ni₉₀Cr₁₀的粉末，喷涂形成热电偶的正极；

更换喷涂模板，将喷涂模板固定在所述管壁上，使热电偶头区域与前一喷涂模板的热电偶头区域所在位置重合，且热电偶丝区域与前一喷涂模板的热电偶丝区域所在位置不相交，热电偶接线端区域与前一喷涂模板的热电偶接线端区域所在位置不重合；对更换后的喷涂模板的热电偶头区域、热电偶丝区域和热电偶接线端区域喷涂Ni₉₇Si₃粉末，喷涂形成热电偶的负极。

进一步地，Ni₉₀Cr₁₀的粉末和Ni₉₇Si₃粉末的粒度均为15～45微米，采用超音速火焰喷涂系统对喷涂模板进行喷涂，喷涂厚度均为0.3～1mm。

进一步地，在进行步骤2)前，对所述管壁喷砂处理。

进一步地，还包括步骤4)：将步骤3)制备的热电偶与温度显示器电连接。

一种管壁温度测量系统，包括绝缘层和热电偶，所述绝缘层覆盖在所述管壁上，所述热电偶设置在所述绝缘层上。

进一步地，所述热电偶包括一个热电偶头、两个热电偶丝和两个热电偶接线端，所述热电偶头设置在温度测量区域内，每个所述热电偶接线端均设置在温度测量区域外，一个热电偶丝的一端与热电偶头连接，另一端与一个热电偶接线端连接，另一个热电偶丝的一端与热电偶头连接，另一端与另一个热电偶接线端连接。

一种管壁温度测量系统的测量方法为，将热电偶的两个热电偶接线端与温度显示器通过导线连接，通过测量热电势进行校正，测量温度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明的一种管壁温度测量系统的制备方法，根据实际测试需求，制作喷涂模板，在管壁上涂覆绝缘层，利用喷涂模板，在绝缘层上喷涂制备热电偶。通过喷涂技术，将热电偶喷涂制备于锅炉管外壁，从而使热电偶与锅炉管形成整体，其测温点具有相对较大的接触面积，具有较高的测量精度，不会引起锅炉管变形。即本发明采用的是喷涂制备热电偶，热电偶与被测量锅炉管一体，不易损坏，热电偶寿命长；且喷涂过程温度低，不会引起锅炉管变形；本发明无套管，保证了测温的精确；本发明方法过程简单，操作灵活，适合现场以及车间内施工。

进一步地，喷涂模板在使用时，热电偶头区域位于管壁上的高温测量区域内，热电偶接线端区域位于管壁上的高温测量区域外，可避免喷涂制备的热电偶的接线端上连接的导线被高温损伤。

进一步地，喷涂模板的厚度为0.5～2mm；热电偶头区域为圆形或正方形，其直径或边长为4～10mm；热电偶丝区域的宽度为1～4mm；热电偶接线端区域为圆形或正方形，其直径或边长为4～8mm，确保接线端有足够的接触面积。

进一步地，Ni₉₀Cr₁₀的粉末和Ni97Si3粉末的粒度均为15～45微米，采用超音速火焰喷涂系统对喷涂模板进行喷涂，喷涂厚度均为0.3～1mm，作为热电偶的导线。

进一步地，对需要测量壁温的金属管壁进行喷砂处理，去除管壁的氧化物和杂质，确保后续的喷涂质量。

本发明的一种管壁温度测量系统，包括绝缘层和热电偶，绝缘层覆盖在管壁上，热电偶设置在绝缘层上，热电偶与被测量锅炉管一体，不易损坏，热电偶寿命长。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明测量系统的结构示意图；

图2为本发明制备测量系统的模板结构示意图；

图3为本发明制备测量系统的模板结构示意图。

图中：1-管壁；2-高温测量区域；3-热电偶头；4-热电偶丝；5-热电偶接线端；6-绝缘层；7-喷涂模板；33-热电偶头区域；44-热电偶丝区域；55-热电偶接线端区域。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1、图2和图3所示，一种管壁温度测量系统的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：制作喷涂模板7，喷涂模板7能够与锅炉管贴合，在喷涂模板7上贯穿开设有热电偶头区域33、热电偶丝区域44和热电偶接线端区域55，热电偶头区域33和热电偶丝区域44连通，热电偶丝区域44和热电偶接线端区域55连通；采用线切割方式对喷涂模板7进行切割，切割过程需慢走丝，保证喷涂后导线尺寸均匀，喷涂模板7采用内径比锅炉管外壁大0.5～1mm，厚度为0.5～2mm的钢管瓦片；

优选的，热电偶头区域33(测温点)为圆形或正方形，其直径或边长为4～10mm；热电偶丝区域44的宽度为1～4mm；热电偶接线端区域55(接线点)为圆形或正方形，其直径或边长为4～8mm；喷涂模板7在使用时，要确保热电偶头区域33位于锅炉管上的高温测量区域2内，热电偶接线端区域55位于锅炉管上的高温测量区域2外，即确保测温点到接线点之间的长度应足以将热电偶引至低温区域，

步骤2)：对需要测量壁温的金属管壁进行喷砂，去除管壁的氧化物和杂质，喷砂区域主要针对需要喷涂热电偶的部位进行；

步骤3)：在锅炉管上涂覆绝缘层6，绝缘层6选用陶瓷层；即在需要喷涂热电偶的部位喷涂一层不导电的陶瓷层，将后续喷涂的热电偶与金属管壁隔绝，陶瓷层厚度为0.05～0.2mm；

步骤4)：利用喷涂模板7，在绝缘层6上喷涂制备热电偶，具体方法为：将喷涂模板7固定在锅炉管上，采用超音速火焰喷涂系统对喷涂模板7进行喷涂，即对热电偶头区域33、热电偶丝区域44和热电偶接线端区域55喷涂Ni₉₀Cr₁₀的粉末，Ni₉₀Cr₁₀的粉末的粒度为15～45微米，喷涂厚度均为0.3～1mm，喷涂形成热电偶的正极；

更换另一片喷涂模板7，将喷涂模板7固定在锅炉管上，使热电偶头区域33与前一喷涂模板7的热电偶头区域33所在位置重合，且热电偶丝区域44与前一喷涂模板7的热电偶丝区域44所在位置不相交(优选的，使热电偶丝区域44与前一喷涂模板7的热电偶丝区域44所在位置平行)，热电偶接线端区域55与前一喷涂模板7的热电偶接线端区域55所在位置不重合；对更换后的喷涂模板7的热电偶头区域33、热电偶丝区域44和热电偶接线端区域55喷涂Ni₉₇Si₃粉末，Ni₉₇Si₃粉末的粒度为15～45微米，喷涂厚度均为0.3～1mm，喷涂形成热电偶的负极；

步骤5)：热电偶制备完成后，拆除喷涂模板7，对热电偶的两个接线端进行打磨，使其漏出金属光泽；

步骤6)：将制备的热电偶与温度显示器通过导线连接，即采用钎焊或陶瓷卡块，将补偿导线与接线点进行连接，如果采用钎焊应采用耐热温度高于接线点环境温度的钎焊料，如果采用陶瓷卡块，应将补偿导线压扁，确保有接触面积。

通过以上的制备方法，得到本发明的管壁温度测量系统，如图1所示，包括绝缘层6和热电偶，热电偶包括一个热电偶头3、两个热电偶丝4和两个热电偶接线端5，热电偶头3设置在温度测量区域2内，每个热电偶接线端5均设置在温度测量区域2外，一个热电偶丝4的一端与热电偶头3连接，另一端与一个热电偶接线端5连接，另一个热电偶丝4的一端与热电偶头3连接，另一端与另一个热电偶接线端5连接；绝缘层6覆盖在锅炉管上，热电偶喷涂在绝缘层6上，热电偶与被测量锅炉管一体，不易损坏，热电偶寿命长。

本发明的管壁温度测量系统的测量方法，将热电偶的两个热电偶接线端5与温度显示器通过导线连接，通过测量热电势进行校正，测试温度。

作为本发明的某一实施例，针对再热器管超温现象，进行管壁温度检测。材质TP304H，管壁外径63mm，首先对迎火面金属管壁进行喷砂，去除管壁的氧化物和杂质，喷砂区域长度3m。在需要喷涂热电偶的部位喷涂一层不导电的氧化铝陶瓷层，将后续喷涂的热电偶与金属管壁隔绝，陶瓷层厚度为0.1mm，陶瓷层应致密。加工制作热电偶模板，按图2和图3所示采用线切割方式进行切割，喷涂模板采用内径为64mm，厚度为2mm的钢管瓦片，测点到接线点的长度为2.5m，将热电偶测点部位切割成可为圆形，其直径为6mm，热电偶丝部分宽度为4mm，接线端切割成正方形，其边长尺寸为6mm。将制作好的瓦片喷涂模板其中一片固定于需要测量温度的管壁上，确保测温点位于需要的位置。采用成分为Ni90Cr10的粉末，粒度15～45微米，采用超音速火焰喷涂系统对模板进行喷涂，喷涂区域为切割部位，喷涂厚度为0.3mm。然后更换另一片喷涂模板，将其固定于拟测温的管壁上，确保测温点与前一片模板的测温点重合，导线端平行(即两热电偶丝平行)，接线端不重合。然后采用超音速火焰喷涂粒度为15～45微米的Ni97Si3粉末，喷涂厚度与前相同，然后拆除模板。对热电偶冷端的两个接线点进行打磨，漏出金属光泽。采用陶瓷卡块，将补偿导线与接线点进行连接。将补偿导线引至炉外接线盒处，并通过测量热电势进行校正，完成后，将其与温度显示仪器连接，通电后即可显示温度。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种管壁温度测量系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：制作喷涂模板(7)；

步骤2)：在管壁(1)上涂覆绝缘层(6)；

步骤3)：利用所述喷涂模板(7)，在绝缘层(6)上喷涂制备热电偶。

2.根据权利要求1所述的一种管壁温度测量系统的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述喷涂模板(7)能够与所述管壁(1)贴合，所述喷涂模板(7)上贯穿开设有热电偶头区域(33)、热电偶丝区域(44)和热电偶接线端区域(55)，所述热电偶头区域(33)和所述热电偶丝区域(44)连通，所述热电偶丝区域(44)和所述热电偶接线端区域(55)连通；

所述喷涂模板(7)在使用时，所述热电偶头区域(33)位于所述管壁(1)上的高温测量区域(2)内，所述热电偶接线端区域(55)位于所述管壁(1)上的高温测量区域(2)外。

3.根据权利要求2所述的一种管壁温度测量系统的制备方法，其特征在于，所述喷涂模板(7)的厚度为0.5～2mm；所述热电偶头区域(33)为圆形或正方形，其直径或边长为4～10mm；所述热电偶丝区域(44)的宽度为1～4mm；所述热电偶接线端区域(55)为圆形或正方形，其直径或边长为4～8mm。

4.根据权利要求2所述的一种管壁温度测量系统的制备方法，其特征在于，步骤3)中，喷涂制备热电偶的方法为：将喷涂模板(7)固定在所述管壁(1)上，对热电偶头区域(33)、热电偶丝区域(44)和热电偶接线端区域(55)喷涂Ni₉₀Cr₁₀的粉末，喷涂形成热电偶的正极；

更换喷涂模板(7)，将喷涂模板(7)固定在所述管壁(1)上，使热电偶头区域(33)与前一喷涂模板(7)的热电偶头区域(33)所在位置重合，且热电偶丝区域(44)与前一喷涂模板(7)的热电偶丝区域(44)所在位置不相交，热电偶接线端区域(55)与前一喷涂模板(7)的热电偶接线端区域(55)所在位置不重合；对更换后的喷涂模板(7)的热电偶头区域(33)、热电偶丝区域(44)和热电偶接线端区域(55)喷涂Ni₉₇Si₃粉末，喷涂形成热电偶的负极。

5.根据权利要求4所述的一种管壁温度测量系统的制备方法，其特征在于，Ni₉₀Cr₁₀的粉末和Ni₉₇Si₃粉末的粒度均为15～45微米，采用超音速火焰喷涂系统对喷涂模板(7)进行喷涂，喷涂厚度均为0.3～1mm。

6.根据权利要求1所述的一种管壁温度测量系统的制备方法，其特征在于，在进行步骤2)前，对所述管壁(1)喷砂处理。

7.根据权利要求1所述的一种管壁温度测量系统的制备方法，其特征在于，还包括步骤4)：将步骤3)制备的热电偶与温度显示器电连接。

8.采用权利要求1～7任一项所述的制备方法制备的管壁温度测量系统，其特征在于：包括绝缘层(6)和热电偶，所述绝缘层(6)覆盖在所述管壁(1)上，所述热电偶设置在所述绝缘层(6)上。

9.根据权利要求8所述的管壁温度测量系统，其特征在于：所述热电偶包括一个热电偶头(3)、两个热电偶丝(4)和两个热电偶接线端(5)，所述热电偶头(3)设置在温度测量区域(2)内，每个所述热电偶接线端(5)均设置在温度测量区域(2)外，一个热电偶丝(4)的一端与热电偶头(3)连接，另一端与一个热电偶接线端(5)连接，另一个热电偶丝(4)的一端与热电偶头(3)连接，另一端与另一个热电偶接线端(5)连接。

10.采用权利要求8所述的管壁温度测量系统的测量方法，其特征在于：将热电偶的两个热电偶接线端(5)与温度显示器通过导线连接，通过测量热电势进行校正，测量温度。