热电偶的长期稳定性问题.doc

热电偶的长期稳定性问题 ○引言 作为常用的温度传感器之一的热电偶（包括K分度、E分度、T分度等）测温元件，其长期稳定性是一个非常重要的技术指标，尤其是对于燃煤发电厂这类维修难度较大的企业，更是如此。通俗地说：所谓产品的长期稳定性，它体现了当将其安装到设备上以后，能使用多长时间而又不改变其精确度，对于用户而言，长期稳定性的时间就越长越好。 因此，如何能使热电偶测温元件是具有更长的使用寿命，是每个热电偶生产厂家必须充分重视和解决好的重要问题；而决定热电偶测温元件长期稳定性好与不好的最重要的因素，我们认为，依次是材料的选择和工艺制定与实施。 ○热电偶测温元件的基本结构 热电偶测温元件的基本结构通常由热电偶丝材（裸丝）、铠装导线（材料）、补偿导线、外保护管以及其他辅助安装配件如螺纹、法兰、卡套、接线盒、插头等组成。不同的工况环境，就有不同的结构。 ○生产热电偶测温元件的主要材料及其长期稳定性的分析 生产热电偶测温元件的主要材料包括热电偶丝材（裸丝）、铠装导线、绝缘材料、外保护管、补偿导线以及安装固定配件（例如螺纹、法兰、接线盒、接插件等），分述如下： 热电偶丝材——热电偶的核心材料，它决定了热电偶的精度能否达到所需要的等级，以及所能测量的温度范围；不同分度号的热电偶丝材，由不同的两种合金丝组成，分别为正极与负极；例如：K分度号热电偶丝材，其正负极的合金材料分别是镍铬（NiCr）与镍硅（NiSi）或镍铝（NiAl）。 决定热电偶丝材的精度和使用寿命的最主要因素，是其两极合金的成分组成，下表所列的是国产丝材（K分度）与德国丝材的化学成分对照表： K分度偶丝化学成分对照表 正极（KP） 国产丝材(%) 德国丝材(%) 负极（KN） 国产丝材(%) 德国丝材(%) 铬Cr 10 9.6 镍Ni 97 94.4 镍Ni 90 89.3 硅Si 3 1.67 铝Al 0 1.10 锰Mn 0 1.90 铝Al 0 1.27 钴Co 0 0.65 从上表中可以看到，德国丝材的化学成分中添加了不少其它的稀有元素，从而确立了德国丝材所具有的优良的精度和长期稳定性能。 关于热电偶丝材，有一个误区要明确，以K分度热电偶为例，很多人都认为它可以测量到1300℃，这没错，其熔点可达到1370℃；但是，上升到这个温度能用多久，这不但与丝材本身的抗高温氧化性能有关，而且与其配套的保护层材质、绝缘材料、外保护管等都有关系；例如，如果用普通不锈钢（比如1Cr18Ni9Ti）做外保护管，那么其最高温度也就是800~900℃左右；因此，说到热电偶的最高测量温度问题，必须与其使用寿命和配套的材料的耐温性能结合起来。 铠装导线（铠装材料）（图片说明结构） 铠装导线的构成（图片说明结构） 影响铠装导线长期稳定性的因素主要有三个方面：首先是铠装合金层的合金成分是什么，合金成分是否齐全？因为对于不同的工况环境和温度范围，应该选用不同的合金，以适应实际使用的需用。常用的铠装合金层材质及适用工况如下表： 合金层成分 最高使用温度 适用的工况条件 304或1Cr18Ni9Ti 800~900℃ 不含有酸碱腐气氛的工况 AISI316或316L 900℃ 适用于含有酸碱油腐蚀气氛的工况 AISI310 1150℃ 适用于还原气氛的工况 Inconl600 1150℃ 适用于氧化气氛的工况 Nicrobell 1250℃ 适用于高温下的各种工况 对于燃煤发电厂使用的铠装热电偶，在900℃以内的工况条件下，我们推荐使用铠装合金层材质为AISI316或AISI316L的德国产品，这是耐酸耐油耐碱或腐蚀的最好材质之一，尤其是使用在锅炉壁温测量汽缸壁温的测量上，其使用寿命可达到一个大修期（60个月）；在这种合金中，其成分分别含有Cr17.06%、Ni10.53%、Mo2.10%、Mn1.13%、Si0.49%、N0.06%及P0.03%（德国材料配方）；在这些成分中，微量元素是否含有非常关键，它们的存在与否反映在合金的性能上，就表现为是否会生锈、受到腐蚀和裂开等情况（图片说明这种现象）。目前使用该种材质的铠装热电偶用于上述壁温测量的厂家有：广东惠州平海发电厂有限公司（2×1000MW），广东粤华发电有限责任公司黄埔发电厂（2×300MW）、广东阳西海滨电力发展有限公司（2×600MW超临界机组）、广东湛江电力有限公司（4×300MW）、粤电集团珠海发电厂（2×700MW）、粤电集团沙角C电厂（3×600MW）、广东珠海金湾发电有限公司（2×660MW）等单位，均取得了预期的效果。 影响铠装热电偶导线长期稳定性的第二个因素是绝缘填充物（通常是Al2O3或MgO）的纯度够不够，纯度不够，会很快降低铠装热电偶的绝缘强度 ，进而影响其测量的准确性。第三个因素是铠装