西门子新型传感系统优化化工流程

• 关键词：西门子,传感器,化工
• 摘要：在德国海德的石化工厂，一种新型光纤传感器能够测量化学反应器内部温度，从而确保获取关键温度以制定相应对策。

新型光纤传感器可以精确测量出化学工厂中长达数米的反应器内部的温度曲线图。这项新技术首次提供了化学反应器内部的详尽信息，有助于相关人员改善反应工艺。

西门子首次将光纤布拉格光栅温度测量系统以传感器的形式应用于工业领域。这种新型传感器名为Sitrans TO500。它可以在长达数米的反应器中测量化学反应混合物的内部温度。这种传感器可沿一条光缆设置最多48个测量点，从而生成精确的温度曲线，而以往的测量探头仅可在几个点进行测量。得益于这项新技术，如今，过程工程师能够深入了解反应过程，从而实现更高效的控制。该传感器已经顺利通过了化工行业客户的测试，并于2016年11月在德国纽伦堡工业自动化及电子展上成功亮相。

以超细光纤传感器告别笨重的系统

管束反应器通常会包含几个外部冷却反应管。在反应管中，气体混合物会在催化剂的作用下完成化学转化。这些反应管长达数米，直径在2到5厘米之间。由于流入反应器的气体量和位置的不同，反应管内部各处的温度不尽相同。化学反应通常会在250到600摄氏度之间发生。为了测量温度，传感器会被插入保护管中置于反应管内部。诸如电阻温度计和热电偶等常规传感器要求在每个测量点单独安装组件并布线。因此，即便仅部署几个测量点，相关保护管的宽度也必须达到数厘米，而过程控制的依据则是利用为数不多的测量数据建立的理论模型。如果能更加精确地测得反应器内部的温度分布，就可以更高效地运行化学反应器。这样一来，工程师就可以通过控制反应过程，尽可能地延缓催化转化器老化，从而降低设备的更换需求。

尽管西门子推出的新型光纤传感器具备多达48个测量点，但它却可以装入宽度不超过2毫米的保护管中。这种传感器由厚度不足1毫米的光纤构成。沿光纤排布的光学周期性结构又叫布拉格光栅。当光射入光纤时，根据布拉格光栅栅距，特定波长的光波将被反射。由于介质的折射率在一定程度上取决于其温度，因此，在不同温度下，反射光的波长会偏离先前测得的参考值。为了在多点进行测量，光纤具备多个布拉格光栅，每个光栅可反射不同波长的光波。不仅如此，这种传感器使用的激光带宽已拓展至超过100纳米，可产生多种不同波长。由此，这种传感器就能够测量出每个布拉格光栅处的温度。

高柔韧性且耐高温

为了将光纤布拉格光栅技术用于工业领域，西门子工程师必须将原本易碎的光纤变得更为柔韧，只有这样，传感器才能被插入反应器中，并在设备维护等情况下从中取出。柔韧的光纤也让长达数米的传感器能够被卷起以方便运输。此外，工程师们面对的另一个挑战就是反应器内部的高温。因此，光纤不仅必须耐受这样的高温，还需要提前进行调整，以防止在测量时发生温度漂移。