温度是过程自动化设备中常用的一个检测参数。本文所述的温度检测技术应用实例清楚地说明了可靠的温度检测的重要性。

温度检测技术领域中最大的挑战就是化学反应器中利用多点热电偶的温度检测。这里，可靠的温度检测对整套化工设备的安全、高效运行有着决定性的重要意义。某大型化工生产企业自2008年开始了催化加氢温度检测的探索。当时的加氢反应器要按计划定期停产维修。对那些原始设备制造商安装的多点热电偶，他们认为有一些可以改进、完善的地方。例如，这种特殊传感器的安装和拆卸情况很不理想，刚性太高，常常会导致传感器零部件的损伤。这也是自这一设备投产运行以来某些检测点出现错误的检测温度数据的主要原因。在与Endress+Hauser公司的合作中，他们成功地解决了这一问题。

催化反应器中温度曲线的测量

通过对固定床反应器的详细研究，很快就查明出错检测点的有效探测距离存在问题。在许多化工设备、石油化工和石油精炼设备中都有固定床反应器。当反应过程只有在一定的反应速度下才能进行时就需要采用催化反应技术。这类固定床反应器有着数量众多的结构形式，但万变不离其宗统称为固定床反应器。而它们催化床的温度对催化反应过程的进展和材料转换情况有着很强的说服力。因此，对于设备操作者来讲测量不同催化层的温度是不可或缺的任务。

固定床催化器的形式是一种管式催化器。在这种管式催化器中，催化过程是在一根根平行配置的薄壁管道中进行的。管式催化器用于合成或者进一步处理化学基础原料。反应器夹套内的核心部件就是四面八方受到载热介质（沸点液体、加压水和熔融盐）冲刷的管束。管束中的每一根管内都有催化剂材料，构成了一个能够出现热点的催化管。在每一根管子内都应有面积占用尽可能小、数量尽可能多、可以测定管子各部位温度的温度传感器。针对这一要求，通常使用的是棒形的多点热电偶。

图1 管道平行配置的、壁厚1.5~6cm的薄壁管式反应器。在每一根管子内都应有面积占用尽可能小、数量尽可能多、可以测定管子各部位温度的温度传感器

不同结构形式的多点热电偶

固定床催化器中检测温度分布的棒式多点热电偶常常都带有保护套管。这样的多点热电偶由保护套管、多点温度传感器（大多数为热电偶）、过程连接、接线箱及耐气候影响的电缆组成。这种结构形式能够实现每个测量热电偶单独更换。为了实现很高的催化反应速度，各个检测点都与导热的保护套管相互接触。而一体式或分体式接线箱内都有连接电缆的接线端子或者温度变送器。

Octopus系统为催化反应器内的三维温度检测提供了检测点配置的可能性。用一个共用的过程连接器就可以把多根柔性的热电偶铠装电缆送入到反应器内。在反应器内，按照技术规范的规定把温度传感器安装到位，并允许在停机检修或者生产运行过程中可以单独更换某一个热电偶，因此可以明显降低流程设备的使用运行费用和维护保养费用。

上述两种系统都是针对检测任务而设计的。流程工艺生产过程的条件，例如压力、温度和介质的种类对材料的选择和设计有着决定性的重要意义。

图2 反应器内三维检测的Octopus多点温度系统

精选的设计特点

从流程工艺技术的角度对多种不同型式的多点热电偶进行考察很快就会明白：目的明确的多点热电偶设计和可靠的温度检测技术在保证流程设备生产运行的可靠性和经济性方面有着重要的作用和意义。使用了多个温度检测元件能够负责任地共同完成一个任务，保障了流程设备顺利的工作运行。15点的多点热电偶外径只有6mm。恰恰是这种小直径的结构有着重要的影响和作用：在有着100根管子的管束内（即100个测量点）多点热电偶的外径只有30mm。所配置的检测点应均匀地环绕着催化器，以便能够准确地检测到催化反应的温度数据。也正是出于这一原因，各个检测点构成的检测链应首先在催化器管内固定好自己的位置，保证在添加催化剂后有着固定的检测点位置，避免与内壁相互接触。

多点热电偶的机械结构是按照用户的要求设计的，并进行了优化。根据用户设备的结构参数（例如有着专用反应器盖）方便热电偶的安装和拆卸，避免可能带来的传感器损伤。

另外，热电偶的设计还要考虑满足压力容器技术规范的要求和规定。作为重要的质量检验，Endress+Hauser公司在多点热电偶出厂前都结合耐压和密封测试在15bar（1.5MPa）的压力下进行了检测（典型化工加氢反应器的压力为0.8MPa）。

图3 （EEx d防爆等级）接线箱中有多个测量点温度变送器

小结

尽管化学反应器的结构形式不同、反应工艺不同，但多点热电偶是密集检测点直接采集反应过程中温度数据的可靠解决方案，同时还具有占用面积少的优点。Endress+Hauser公司根据多年来积累的经验和对化工领域深刻的了解，能够为用户提供量体裁衣的解决方案。从传感器开始到流程工艺设备的连接接口设计，所需占用工具的设计和认证，直至与流程工艺设备控制系统的通信和可视化等，所有涉及到安全可靠性和效率的要求都为用户考虑到了。