CN1192222C - 蓝宝石增强热电偶保护管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包括用于测量气化处理中的温度的热电偶的装置。改进之处在于包括一蓝宝石增强外部保护管。该蓝宝石增强外部保护管成一体地形成于内部保护管周围，该内部保护管装有热电偶。该装置可以在不使用热电偶套管的情况下直接插入气化气流中。该蓝宝石增强外部保护管增加了用于气化处理中的热电偶的寿命。

Description

蓝宝石增强热电偶保护管
本发明要求美国临时专利申请No.60/159346的优先权，该临时申请的标题为“蓝宝石增强热电偶保护管”，申请日为1999年10月13日。
发明领域
本发明通常涉及用于气化处理的热电偶，尤其是涉及使用一种新颖的蓝宝石增强外部保护管以延长用于气化处理的热电偶的使用寿命。
发明的背景技术
在高温气化处理中，由碳氢化合物燃料例如煤产生一种热的部分氧化气体。在该处理中，碳氢化合物燃料与含氧气体反应物例如空气或氧气在气化反应器中反应，以便获得热的部分氧化气体。
在普通的气化处理中，热的部分氧化气体基本包含H2、CO和选自H2O、CO2、H2S、COS、NH3、N2、Ar中的至少一种气体，还有微粒状的碳、灰和/或熔渣，该熔渣通常包括例如Si2O、Al2O3以及金属例如Fe和Ca的氧化物和硫氧化物之类的物质。
在气化反应器中的热的部分氧化气体的温度范围通常为1700°至3000°F，尤其是大约2000°至2800°F，而压力范围通常为大约1至大约250大气压，尤其是在大约15至150大气压的范围内。
热电偶通常在这些高温处理过程中用于测量温度。热电偶能够用于测量气化反应器中的温度。它们还可以在下游的处理步骤中用于测量温度，在该下游处理步骤中，对流出物进行冷却，并除去微粒和气体污染物。
热电偶是一对在两端处连接的不同金属丝。该金属丝的成分必须有足够大的差别，以便能在它们之间有电势差。除了在端头处之外，这两金属丝彼此电绝缘。电绝缘通常由绝缘材料管提供，该绝缘材料管有两个纵向穿过该管的不相交孔。典型的绝缘材料包括高温、高纯度的陶瓷，例如氧化铝。
当金属丝的两接头处温度不同时，在它们之间存在电势差。通过电压测量仪器可以测量该电势差，从而测量温度差，该电压测量仪器置于热电偶电路中，或者可以使电压测量仪器接收布置在该热电偶电路中的传送器发出的信号。
对热电偶中所用的不同金属的选择首先取决于所要测量的预定温度范围。例如，通常在气化反应器中的条件下使用的一种热电偶具有包含铂和大约30％的铑的第一金属丝和包含铂和大约6％的铑的第二金属丝。其它的成对金属用于不同的温度范围。
显然，热电偶在气化处理环境下，尤其是在气化反应器中的环境下的使用有这样一个问题，即热电偶的使用寿命相对较短。使用寿命相对较短的部分原因是由于在气化反应器的工作过程中有极高的温度和腐蚀性的气体。在该环境中，无防护的热电偶很快被侵蚀，并变得不能使用。当该热电偶与反应器中的熔渣接触时，该侵蚀将最严重。
为了减轻该问题，热电偶通常插入一个沿气化反应器的外壁或其它外部处理表面布置的耐火热电偶套管中。该耐火热电偶套管可以包括铬-氧化镁、高铬或类似耐熔渣材料的隔层，并可以包括其它耐火和非耐火材料，例如Al2O3、MgO和不锈钢。
当用于气化反应器中时，热电偶套管可以通过使它穿过反应器压力容器的外壁上的开口而引入。然后，该热电偶套管可以穿过耐火材料或一系列耐火材料上的相应开口，该耐火材料或一系列耐火材料通常用作反应器压力容器的内表面的衬里。该热电偶套管可以伸入反应器的开口空间中，或者可以从反应器的内部稍微缩回一定距离。
遗憾的是，将热电偶定位在热电偶套管内的问题并没有完全解决。经过一段时间，熔渣将使热电偶套管产生裂口。产生裂口通常是由于腐蚀和侵蚀以及热和/或机械冲击和应力的作用。不过，该裂口也可能完全或部分由于该热电偶套管的固有缺陷。通常开始时很小的裂口使得熔渣能够进入热电偶套管，在该热电偶套管内，该熔渣与热电偶接触，从而使得该热电偶不能使用。
因此，优选是能有一种用于提高在气化处理中使用的热电偶的寿命的装置。
在某些气化处理中，如待审的美国专利申请系列号No.09/106133所述，已经提出采用蓝宝石封套来包围热电偶的至少一部分，以便提高该热电偶的寿命，该专利申请No.09/106133被本文参引。在待审专利申请No.09/106133中，蓝宝石封套呈装在热电偶顶端上的蓝宝石鞘的形式。该装置还可以包括热电偶套管，其中蓝宝石封套在该热电偶套管内部。
在本发明的某些实施例中，可以考虑将蓝宝石或其它刚玉添加到外部保护管中，以便延长用于气化处理中且不需要热电偶套管的热电偶的工作寿命。
发明简介
在本发明的一个实施例中，公开了一种包括用于测量气化处理中的温度的热电偶的装置，改进之处在于包括一蓝宝石增强外部保护管，该蓝宝石增强外部保护管布置在热电偶周围并包围该热电偶的至少一部分。该实施例还包括一个在外部保护管内的内部保护管，该内部保护管装有热电偶。该内部保护管可以包括氧化铝或蓝宝石。用于该外部保护管的蓝宝石的结构等级可以是非光学纤维等级，该纤维增强了一种合成物，该合成物和蓝宝石增强部分确定了外部保护管。
在某些实施例中，外部保护管可以安装在支承管上。在该实施例中，外部保护管可以逐渐变细，以便很好地装在支承管的远端内部。该外部保护管和支承管可以完全包围热电偶。
在某些实施例中，外部保护管直接插入气化气流中，而没有热电偶套管。
外部保护管可以环绕内部保护管而模制，该内部保护管安装热电偶。该内部保护管可以包括氧化铝或纯(人造)蓝宝石。
某些实施例包括蓝宝石鞘，该蓝宝石鞘可拆卸地布置在热电偶的远端周围，该蓝宝石包括人造蓝宝石。该蓝宝石鞘可以包括一开口端部分和一柱塞部分，其中该开口端部分和柱塞部分都包括人造蓝宝石。在该实施例中，一对热电偶金属丝的远端可以弯曲成沿径向向外偏压的形状，以便于在蓝宝石鞘和热电偶之间形成密配合。该实施例还可以包括一个在外部保护管内的内部保护管，该内部保护管安装热电偶和蓝宝石鞘。该内部保护管可以包括氧化铝或人造蓝宝石。在该实施例的一种变化形式中，铂片缠绕在热电偶上，以便在蓝宝石鞘和热电偶之间提供密配合。
本发明还公开了一种用于气化系统中的热电偶系统，该热电偶系统包括：一热电偶，该热电偶包括一对不同金属的金属丝，该对金属丝的一端通过热接头连接在一起，另一端通过冷接头连接在一起，但是其它部分通过绝缘管而电绝缘；一热电偶内部保护管，该热电偶内部保护管安装该对金属丝和绝缘管；以及一个热电偶外部保护管，其中，该外部保护管包括蓝宝石。在该实施例中，外部保护管还包括成一体地环绕内部保护管而模制的蓝宝石增强陶瓷。该内部保护管可以包括蓝宝石。一支承管可以与外部保护管相连，该支承管伸入气化反应器。测量的温度范围为从大约1300°F至大约3000°F。
本发明还公开了一种测量气化处理中的温度的方法，包括以下步骤：提供一热电偶，该热电偶包括一对不同金属的金属丝，该对金属丝的一端通过热接头连接在一起，另一端通过冷接头连接在一起，但是其它部分通过绝缘管而电绝缘；提供一外部保护管，该外部保护管包括蓝宝石，并与一支承管连接；将外部保护管和支承管插入气化反应器中；以及将热电偶插入外部保护管。
本发明还公开了一种构成蓝宝石增强外部保护管的方法，包括以下步骤：提供一模具；提供内部保护管；将该内部保护管插入模具；将蓝宝石纤维加入合成物中以生成蓝宝石增强合成物；将该蓝宝石增强合成物倒入模具中，其中，内部保护管的至少一部分由蓝宝石增强合成物环绕；以及使该合成物固化。
附图的简要说明
通过阅读下面的详细说明并参考附图，可以更好地理解本发明的前述和其它特征和方面，附图中：
图1A表示了根据本发明一个方面的热电偶和外部保护管的剖开图。
图1B表示了根据本发明另一方面的热电偶和外部保护管的剖开图。
图2表示了根据图1的热电偶和鞘的剖开图。
图3表示了气化反应器壁的一部分和根据本发明一个方面的热电偶的剖视图。
图4表示了气化反应器壁的一部分和根据本发明另一方面的热电偶的剖视图。
图5表示了根据本发明另一方面的外部保护管的纵剖图。
图6表示了图5中的保护管的俯视剖视图。
图示实施例的说明
下面介绍本发明的图示实施例。为了清楚，在本说明书中并不是介绍实际装置的所有特征。当然，应当知道，在发展任何这样的实际实施例时，必须作出各种具体的实施决定，以达到发展者的特定目标，例如符合关于系统和关于商业的限制，对于不同的实施方式，该限制也将变化。而且，应当知道，该发展所作出的努力可能是复杂和费时的，但是，这对于从本发明中受益的本领域普通技术人员来说只不过是常规工作。
在自由流动、向下流动且有垂直耐火材料衬里的钢压力容器的反应区中通过公知的部分氧化处理产生的气体混合物通常基本包括H2、CO和选自H2O、CO2、H2S、COS、NH3、N2、Ar中的至少一种气体，还有微粒状的碳、灰和/或熔渣，该熔渣通常包括例如Si2O、Al2O3以及金属例如Fe和Ca的氧化物和硫氧化物。这样的处理和压力容器的一个实例如已授权的美国专利No.2818326所述，该专利由本文参引。在该处理中，部分氧化的气体通常将进行冷却和另外的净化步骤，在该净化步骤中，将除去微粒污染物、气体污染物和水蒸气。
通过该处理所生成的部分氧化的气体根据其化学成分和最终用途，通常称为合成气、燃气或还原气。本文中统称的部分氧化气体包含所有这些可能性。
用于产生部分氧化气体的供给原料包括烃燃料。本文中用于说明各种合适原料的术语“烃燃料”将包括气态、液态和固态的烃、含碳材料以及它们的混合物。实际上，基本任何可燃的含碳有机材料或它们的浆料都可以包含于术语“烃燃料”的定义中。例如，可以是(1)分散在可蒸发的液体载体中的固态含碳燃料的可泵送浆料，该含碳燃料例如碳微粒，该可蒸发的液体载体例如水、液态烃燃料以及它们的混合物；以及(2)气体-液体-固体分散剂，例如分散在适度温度的气体中的雾化液态烃燃料和碳微粒。
本文中用于说明合适液态原料的术语“液态烃燃料”将包括各种材料，例如液化石油气、石油馏份和残油、汽油、粗汽油、煤油、原油、沥青、粗柴油、残油、柏油砂油和页岩油、煤衍生油、芳香烃(例如苯、甲苯、二甲苯)、煤焦油、液态-催化-裂解操作生成的循环瓦斯油、焦化瓦斯油的糠醛提出物，或者它们的混合物。
本文中用于说明合适气态原料的术语“气态烃燃料”包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、天然气、焦炉气、炼油气、乙炔尾气、乙烯废气以及它们的混合物。
本文中用于说明合适固态原料的术语“固态烃燃料”包括无烟煤、沥青和亚烟煤形式的煤；褐煤；焦炭；煤气化形成的残余物；泥煤；油页岩；焦油砂；原油焦；沥青；碳微粒(煤烟或灰)；含碳的固体废料例如污物；以及它们的混合物。
固态、气态和液态供给原料可以同时混合使用；并可以包括任意比例的烷烃、烯烃、乙炔、环烷烃和芳香烃的混合物。氧化的烃有机原料也包含在术语“烃燃料”的定义内，该氧化的烃有机原料包括碳水化合物、纤维素材料、乙醛、有机酸、乙醇、酮、氧化燃料油、废液体和包含氧化的烃有机原料的化学处理副产品；以及它们的混合物。
在气化反应器的反应区中，烃燃料与含自由氧的气体接触，也可选择有温度调节器。反应时间通常约为1至10秒，优选是约2至6秒。在反应区中，内容物的温度通常达到约1700°至3000°F，更通常的范围为约2000°F至2800°F。压力的范围通常为大约1至大约250个大气压，更通常的范围为大约15至大约150个大气压。当该部分氧化的气体向下游前进时，由于进行各种冷却、洗涤和其它步骤，因此流体的温度将降低。
根据本发明，通过具有蓝宝石或其它刚玉增强的外部保护管的热电偶，可以在气化处理的不同位置处测量温度。采用根据本发明不同实施例的蓝宝石增强外部保护管的首要优点是该热电偶的使用寿命高于普通热电偶。在各种实施例中，该蓝宝石增强外部保护管将包围所用的热电偶的至少一部分。当蓝宝石增强外部保护管与用于测量气化反应器中的温度的热电偶相结合时，该蓝宝石增强外部保护管尤其有利，因为反应器中主要存在高温、熔渣和腐蚀性物质的不利影响。蓝宝石增强外部保护管的另一特殊优点是它能够在不使用热电偶套管的情况下延长该热电偶的寿命。
温度装置例如热电偶优选是需要由强度足以承受较高的气化器温度和侵蚀性化学物质环境的材料构成。尤其是，热电偶和它的保护套必须能(1)耐受气化器内流体的化学侵蚀；(2)耐受由生成气体所带有的微粒的腐蚀作用；(3)承受启动和关闭时的温度冲击；(4)能承受当气化器耐火材料层由于加热和冷却而膨胀和收缩时由该气化器耐火材料层所产生的机械力；以及(5)能够耐氧化和还原条件。在固态供给原料系统中，热电偶的使用寿命通常由于存在炉渣而减小。
在如图1A所示的一个本发明实施例中，蓝宝石纤维添加到用于制造热电偶外部保护管24的合成物中。该蓝宝石结构纤维可以是非光学等级，例如可以采用高强度高温的合成物。该蓝宝石纤维可以在合成物混合物中叠加到其自身上，从而形成更强的外部保护管。该蓝宝石增强外部保护管24能够耐受在热冲击过程中的剪切、断裂和裂纹。蓝宝石是非红色的各种刚玉，它的额定硬度非常高(9mohs，人类已知的第二硬的天然材料)。将蓝宝石纤维添加到外部保护管合成物中将提高该外部保护管24的寿命，从而延长该热电偶的工作时间。
在本发明的另一实施例中，蓝宝石增强外部保护管24在保护管的整个长度中都包括含在合成物内的蓝宝石纤维，如图1A所示。或者，根据纤维的量，该外部保护管可以仅在该合成物保护管的一部分长度上包括蓝宝石增强纤维，如图1B所示。在图1B中，该增强蓝宝石纤维仅引入到外部保护管24远端的12至15英寸。用于增强构成外部保护管24的合成物的蓝宝石可以是非光学等级的结构纤维。
在本发明实施例中，如图1A所示，蓝宝石增强外部保护管24包围热电偶内部保护管30的至少一部分。在该优选实施例中，内部保护管30可以包括高温、高纯度陶瓷管。该陶瓷管可以例如由氧化铝制成。在一个可选实施例中，内部保护管30可以包括蓝宝石。热电偶10可以布置在内部保护管30内部，如图所示。热电偶10包括一对金属丝12和14。该金属丝有不同的金属含量，这样，当该热电偶暴露在热源中时，它们之间能形成电势差。在一个实施例中，金属丝12和14可以都包含铂和铑作为它们的主要成分，但是这两金属丝中铂和铑的量不同。优选是，一个金属丝包含大约30％的铑，而另一金属丝可以有大约6％的铑。对于这两金属丝，其余部分主要是铂。
金属丝在热接头16和冷接头18处相互连接。采用术语“热”和“冷”是因为在测量气化反应器的温度时，热接头16的位置靠近热源。测量两金属丝之间的电势差，该电势差表示热端的温度。如何测量电势差并不重要。实际上，本领域普通技术人员已知多种用于测量电势差的装置。本发明可以采用其中的任意一种方法。例如，可将一电压计放入热电偶电路中。或者优选是，冷接头18处有温度传感器。这样，该温度传感器产生的信号能够通过信号传送装置20传递给控制室或其它位置。
除了热接头和冷接头外，两金属丝12和14在其它位置处彼此电绝缘。怎样进行绝缘并不重要，在所述实施例中，通过高温、高纯度的陶瓷管提供电绝缘材料22。该陶瓷管例如可以由氧化铝制成。
当如前一段所述的热电偶10单独使用或与普通热电偶套管组合使用(即没有外部保护管24)，以便测量气化反应器的温度时，该热电偶将由于反应器内的炉渣和其它有害物质而很快失效。至少由于该原因，在本发明实施例中，蓝宝石增强外部保护管24用于环绕内部保护管30的至少一部分，优选是覆盖暴露在炉渣中的整个内部管部分。该蓝宝石增强外部保护管24基本能抗受炉渣和气化处理的其它产物的侵蚀。该蓝宝石增强部分明显加强了外部保护管，并能很好地抗热冲击和腐蚀。气化处理都有启动、关闭和其它可以导致温度急剧波动的情况。这些情况所产生的热冲击通常导致热电偶所产生的应力远远超过材料性能的承受能力，并将导致破裂和失效。将蓝宝石引入外部保护管24将使该保护管明显增大强度和耐腐蚀性，从而延长装于该保护管内的热电偶的使用寿命。
在一个实施例中，可以看出，所形成的热电偶和蓝宝石增强外部保护管24有靠近热接头16的远端或第一端26。
在一优选实施例中，热电偶10可以包括保护鞘，例如蓝宝石鞘25，如图1A、1B、2和3所示。蓝宝石鞘25可以包括人造蓝宝石(纯刚玉)。蓝宝石鞘25可以包括一开口端部分27和一个成一体的柱塞部分29。开口端部分27和柱塞部分29可以包括人造蓝宝石。在一个优选实施例中，蓝宝石鞘25的延伸长度大约为10英寸，但是也可以考虑适于特定用途的其它长度。蓝宝石鞘25进一步保护热电偶10免受气化反应器中的恶劣条件影响。在如图4所示的可选实施例中，没有采用蓝宝石鞘25。将热电偶10定位在蓝宝石鞘25中可以方便地通过形成于热电偶金属丝12和14远端的“引出线”82而实现，如图2所示。引出线82使得热电偶10和蓝宝石鞘25之间形成密配合。为了形成引出线82，热电偶金属丝12和14可以在接头80处绞在一起，且多余的金属丝布置成这样的形状，即，将热电偶插入蓝宝石鞘25将使得引出线82与蓝宝石鞘25的内壁配合。径向向外偏压的引出线82和蓝宝石鞘25内壁之间的阻力导致形成密配合并阻碍热电偶和蓝宝石鞘之间的相对运动。在可选实施例中，铂片或其它材料可以缠绕在电绝缘管22上和/或缠绕在蓝宝石鞘25的内表面上，以便使热电偶10和蓝宝石鞘25之间形成良好配合。
在某些实施例中，当蓝宝石增强外部保护管24并不基本延伸到和覆盖整个已有的热电偶时，它可以延伸到和覆盖一个较大的部分。
在一个优选实施例中，外部保护管24通过模制法环绕内部保护管30形成。内部保护管30可以置于模具(未示出)中，并例如利用衬垫而中心定位。然后，可以将蓝宝石增强陶瓷倒入模具中，以便整体形成环绕至少一部分内部保护管30的外部保护管24。当陶瓷固化时，该外部保护管24是包围内部保护管30的至少一部分的、坚固的蓝宝石增强件。在可选实施例中，外部保护管24单独形成，随后将内部保护管30插入外部保护管24内。
外部陶瓷管24可以是稍微多孔的，并在某些用途中易受炉渣和气体移动的影响。当炉渣和/或气体穿过外部保护管24运动时，纯蓝宝石鞘25防止其进一步向内部保护管30和热电偶金属丝12和14运动。在一个优选实施例中，蓝宝石鞘25的延伸长度仅为大约10英寸。本领域普通技术人员通过本发明内容可知，当炉渣和/或气体运动而靠近反应器的壁时，温度降低。由于该冷却，通常几乎没有或没有炉渣和/或气体能够穿过外部保护管24从远端26运动10英寸或更远。通常，炉渣在距离远端26不到5英寸处时就将凝固。不过，因为在使用时炉渣和/或气体的运动的距离可以距外部保护管24的远端26超过10英寸，因此，蓝宝石鞘25的延伸长度可以根据需要变化。
参考图3-4，外部保护管24可以在其第一端28处与支承管1啮合配合。在图3所示的优选实施例中，外部保护管24在第二端28处逐渐变细，以便与支承管1的远端内部很好地配合。可以用高温水泥密封支承管1和外部保护管24的第二端28之间的环带。在可选实施例中，外部保护管24可以通过任意其它合适的装置安装在支承管1上，该合适装置包括但并不限于在远端逐渐变细的支承管和在开口端扩口以便配合安装在支承管上的外部保护管之间的配合接头。支承管1可以包括不锈钢或其它耐腐蚀材料，并从可拆卸凸缘74并穿过压力容器气化反应器的外部钢壁40而延伸。在图3-4所示实施例中，支承管1为可伸缩的管，在远端处的直径比在近端处的直径大，以便安装在外部保护管24的逐渐变细的第二端28上。或者，支承管1可以是不可伸缩的。
可以考虑使蓝宝石增强外部保护管24至少包围热接头16。这使得操作人员能够将外部保护管插入气化气流中，从而将热电偶的热接头插入气化气流中，以便能更准确地进行温度测量。
在一个实施例中，蓝宝石增强外部保护管24环绕内部保护管30的至少一部分而模制。包括蓝宝石鞘25的热电偶10可自由滑动到内部保护管30内，直到柱塞部分29抵靠该内部保护管的远端，如图1所示。柱塞部分29和内部保护管30之间的接触有利于反应器温度的精确测量。
在某些实施例中，蓝宝石增强外部保护管的厚度大约为一英寸。其它实施例可以包括对外部保护管24的蓝宝石增强厚度或长度的任意变化。
在图3-4所示的实施例中，热电偶10插入气化反应器40中，首先插入的是远端26。热电偶10穿过有凸缘的渐缩管(reducer)76并进入外部管24和支承管1的组合中。支承管1由球形旋转支承件84支承，该球形旋转支承件84与有凸缘的渐缩管76接触配合。热电偶10的远端16布置在外部保护管24的远端26附近。优选是在外部保护管24的内表面和热电偶的远端16之间保持有大约0.125至大约0.25英寸的间隙。如前所述，热电偶10的远端16优选是可以包括蓝宝石鞘25。当包围在外部保护管24内时，热电偶10可以在不需要热电偶套管的情况下直接插入气化气流中。
热电偶10的金属丝12和14的近端通过电绝缘材料22和/或蓝宝石增强外部保护管24以及支承管1(当如图3所示支承管与电绝缘材料22相连时)的近端而延伸。金属丝继续穿过压力密封接头70。该压力密封接头70布置在装入可拆卸凸缘74内的衬套72附近。可拆卸凸缘74与有凸缘的渐缩管76配合，该渐缩管与压力容器气化反应器的外钢壁40配合。
采用两个分开的接头(74和76)将增加效率，这样，能够在不拆卸外部管24和支承管1的组合的情况下更换热电偶10。在可选实施例中，可以用螺纹帽、嘴或其它连接装置来代替配合凸缘74和76。
具有外部保护管组件24的热电偶10能够增加耐受气化反应中的炉渣的性质。在所述实施例中，炉渣直接环绕外部保护管24，没有热电偶套管来使外部保护管与运动的炉渣隔开。最终可能在蓝宝石增强外部保护管24中形成裂口，但是通过利用蓝宝石来增强外部保护管，热电偶的寿命延长。当蓝宝石增强外部保护管24最终失效时，蓝宝石鞘25和/或内部保护管30可能受到侵蚀和腐蚀作用。当内部保护管30和蓝宝石鞘25失效时，这时金属丝12和14以及热接头16没有防护，热电偶10完全失效。蓝宝石增强外部保护管24的合适长度可以由知道特定处理的特征且了解本发明的本领域普通技术人员熟练进行选择，该特定处理的特征包括温度和气体成分。
在如图5-6所示的另一实施例中，在环绕内部保护管形成蓝宝石增强外部保护管124之前，将两个或更多内部保护管(例如内部保护管130&131)一起置于模具中。在一个优选实施例中，两个或更多内部保护管的各个远端在外部保护管124的不同长度处交错布置。两个或更多内部保护管便于引入两个或更多热电偶。多个内部保护管的交错布置用于延长热电偶更换之间的使用时间。例如，在表示了两个内部保护管130和131的图5所示的实施例中，失效或炉渣和/或气体穿过外部保护管124可能导致插入内部保护管130中的热电偶(未示出)最终失效，但是装于内部保护管131中的热电偶可以没有裂口，直到迟些时候。因为外部保护管124环绕内部保护管130和131而浇铸，穿过外部保护管124的裂口没有直接通向内部保护管131的通道。最终外部保护管124可能进一步形成裂口和到达内部保护管131，但是裂口到达内部保护管130和131的时间之间通常会交错开，因为反应器内的温度在靠近反应器的壁面时将减小。了解本发明的本领域普通技术人员应当知道，外部保护管124上的裂纹最有可能首先在远端126，即反应室的最热部分处形成，进一步的裂口通常迟些时候朝着外部保护管的近端128而形成。通过使两个或更多各装有热电偶的内部保护管在沿外部保护管124的交错长度处，在位于最远处的热电偶损坏后，反应器的操作可以继续很好地进行，而不需要中断。了解本发明的本领域普通技术人员应当知道，可以采用超过两个的内部保护管，如图5-6所示的实施例仅仅表示了蓝宝石增强外部保护管124中能够有多个热电偶。尽管对于反应器的最热部分来说，由第二(或者甚至另外的)热电偶进行测量的精确性不如第一热电偶，但是该差别对于处理控制器来说并不是问题，因为第二(或另外的)热电偶可以根据第一热电偶失效前采集的数据来进行标定和校正。
尽管本发明特别参考特定的图示实施例进行表示和说明，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在形状和细节上可以进行各种变化。上述实施例仅仅是为了说明，而不能认为是对本发明的范围的限定。

Claims (31)

1.一种用于测量气化处理中的温度的装置，包括一热电偶和一外部保护管，其特征在于，该外部保护管布置在热电偶周围并包围该热电偶的至少一部分，该外部保护管包括一种合成物，该合成物用非光学等级的蓝宝石纤维进行增强。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：一个在外部保护管内的内部保护管，该内部保护管装有热电偶。
3.根据权利要求2所述的装置，其中：该内部保护管包括氧化铝。
4.根据权利要求2所述的装置，其中：该内部保护管包括蓝宝石。
5.根据权利要求1所述的装置，其中：外部保护管安装在一支承管上。
6.根据权利要求5所述的装置，其中：外部保护管逐渐变细，以便很好地装在支承管的末端内部。
7.根据权利要求5所述的装置，其中：该外部保护管和支承管完全包围热电偶。
8.根据权利要求1所述的装置，其中：外部保护管在没有热电偶套管的情况下直接插入气化气流中。
9.根据权利要求1所述的装置，其中：外部保护管环绕一内部保护管模制而成。
10.根据权利要求9所述的装置，其中：该内部保护管安装热电偶。
11.根据权利要求9所述的装置，其中：该内部保护管包括氧化铝。
12.根据权利要求9所述的装置，其中：该内部保护管包括纯蓝宝石。
13.根据权利要求1所述的装置，还包括：蓝宝石鞘，该蓝宝石鞘可拆卸地布置在热电偶的末端周围。
14.根据权利要求13所述的装置，其中：该蓝宝石鞘包括人造蓝宝石。
15.根据权利要求13所述的装置，其中：该蓝宝石鞘包括一开口端部分和一柱塞部分。
16.根据权利要求15所述的装置，其中：该开口端部分和柱塞部分包括人造蓝宝石。
17.根据权利要求13所述的装置，其中：将一对金属丝的远端弯曲成沿径向向外偏压的形状，以便于在蓝宝石鞘和热电偶之间形成密配合。
18.根据权利要求13所述的装置，还包括：在外部保护管内的内部保护管，该内部保护管安装热电偶和蓝宝石鞘。
19.根据权利要求18所述的装置，其中：该内部保护管包括氧化铝。
20.根据权利要求18所述的装置，其中：该内部保护管包括人造蓝宝石。
21.根据权利要求13所述的装置，其中：将铂片缠绕在热电偶上，以便在蓝宝石鞘和热电偶之间提供密配合。
22.一种用于气化系统中的热电偶系统，该热电偶系统包括：
一热电偶，该热电偶包括一对不同金属的金属丝，该对金属丝的一端通过热接头连接在一起，另一端通过冷接头连接在一起，但是其它部分通过绝缘管而电绝缘；
一热电偶内部保护管，该热电偶内部保护管安装该对金属丝和绝缘管；以及
一热电偶外部保护管，其布置在热电偶周围并包围该热电偶的至少一部分，该外部保护管包括一种合成物，该合成物用非光学等级的蓝宝石纤维进行增强。
23.根据权利要求22所述的热电偶系统，其中：外部保护管成一体地围绕内部保护管而模制。
24.根据权利要求22所述的热电偶系统，还包括：一蓝宝石鞘，该蓝宝石鞘用于安装热电偶的末端。
25.根据权利要求22所述的热电偶系统，其中：该绝缘管包括氧化铝。
26.根据权利要求22所述的热电偶系统，其中：该内部保护管包括氧化铝。
27.根据权利要求22所述的热电偶系统，还包括：一支承管，该支承管与外部保护管相连。
28.根据权利要求22所述的热电偶系统，其中：所要测量的温度范围为从大约1300°F至大约3000°F。
29.根据权利要求22所述的热电偶系统，其中：该对金属丝包括铂、铑或它们的混合物。
30.一种用一热电偶测量气化处理中的温度的方法，该方法包括以下步骤：
提供一热电偶，该热电偶包括一对不同金属的金属丝，该对金属丝的一端通过热接头连接在一起，另一端通过冷接头连接在一起，但是其它部分通过绝缘管而彼此电绝缘；
提供一外部保护管，该外部保护管包括一种合成物，该合成物用非光学等级的蓝宝石纤维进行增强，该外部保护管与一支承管连接，其布置在热电偶周围并包围该热电偶的至少一部分；
将外部保护管和支承管插入气化反应器中；以及
将热电偶插入外部保护管。
31.一种构成蓝宝石增强外部保护管的方法，包括以下步骤：
提供一模具；
提供内部保护管；
将该内部保护管插入模具；
将非光学等级的蓝宝石纤维加入合成物中以生成蓝宝石增强合成物；
将该蓝宝石增强合成物倒入模具中，其中，内部保护管的至少一部分由蓝宝石增强合成物环绕；以及
使该合成物固化。
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