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温度传感器热套管的安装注意事项

更新日期:2024-05-28      点击次数:168

本文主要是针对温度传感器配套的热套管的选型、安装等方面事项进行概述总结,可能有遗漏之处,还望指正,谢谢!!


01

热套管的长度

热套管(Thermowell)是一段末端封闭的金属管,主要通过焊接、螺纹或法兰连接的方式安装到过程容器或管线上,可保护温度传感器免受流致应力、高压和腐蚀性化学品等严苛工况的影响。此外,热套管使传感器可以轻松方便地拆下以进行标定或更换。


在管道进行安装时,为了获得准确的温度测量,热套管的端头一般建议插入到管道中心。为了最大限度地减少热量损失带来的误差,根据经验:热套管的浸入长度应至少为热套管或传感器直径的10倍。因此,对于外径为1英寸(2.54cm)的热套管,浸入长度应为10英寸(25.4cm),对于标准外径为1/4英寸(6.35 mm)的传感器,浸入长度应至少为2.5英寸(63.5 mm)。


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对于管道内介质流速特别高或传感器直接安装的情况,浸入长度的增加也会提高了因振动过大导致故障的可能性,建议通过专业软件进行疲劳分析或咨询生产厂家来确认安装方案。




02

热套管的位置

热套管应选择安装在能够准确反映工艺温度且便于日常维护的位置。


由于过程介质可能混合不均匀和壁效应(Wall effects),工艺温度将随着容器或管道中工艺流体的位置而变化。对于聚合物等高粘度介质,管壁附近的介质温度可能与管道中心处的介质温度有着显著的差别。大多时候特种聚合物的管径又恰恰小于4英寸(DN100),这就造成了没有足够的浸入长度来测量管道中心处温度的问题。这种情况下,获得具有代表性的管道中心处温度测量值的最佳方法是将热套管插入与介质流动方向相反的(逆向)弯头中(图中位置1)


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如果热套管插入方向与介质流动方向相同(图中位置2),由于弯管处流体扰动很可能会引入更多的噪音,导致测量值偏差较大不具代表性。


热套段倾斜一定角度插入(图中位置3)与垂直插入(图中位置4)相比较可以增加一定的浸入长度,但是除非热套管的端头能够超过管道中心线,否则两种方式的浸入长度仍然太短。有些类型的热套管(如:阶梯型)可以通过减小端头位置的直径来减少一些浸入长度的要求,可根据实际情况确定选择何种类型热套管。


对于存在热交换器、混合器或减温器的应用,需要合理优化热套管与以上设备出口的距离,通常来讲25倍管径的距离相对比较合适,既能确保单相流体足以达到相对均匀的温度分布,也能最大限度地减少混合不良或两相流产生的噪音。




03

热套管的结构

热套管的阀杆是插入过程介质中的部件,阀杆主要有锥型、直型和阶梯型。热套管的性能因其阀杆设计而异,选择合适的阀杆类型,能够缩短响应时间或提高耐用性。


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1. 阶梯型;2. 锥型;3. 直型


通常来讲,锥型或阶梯型阀杆提供更快的响应速度,产生更小的压降,并且不易受到传导误差和振动故障的影响;直型具有最慢的响应速度,因为它们在端头处直径最大(有最多的材料);阶梯型具有最快的响应速度,因为它们在端头处直径最小。最小的直径也会产生最小的阻力,带有阶梯型阀杆的套管还提供了尾流频率(涡流脱落)和固有频率(由热套管本身的特性决定)之间的最大分离。如果尾流频率达到热套管固有频率的80%或以上,则非常容易发生共振,并可能造成损坏。


阶梯型和锥型热套管提供了更快的响应速度、更低的压降,并且与尾流频率共振造成振动损坏的可能性更小。但由于制造过程更复杂,相应的价格也略高一些。



热套管长度、位置和结构的选择决定了引入过程噪音的多少以及温度测量值是否准确代表了过程温度。


更多信息可参阅《Advanced Temperature Measurement and Control》。





04

传感器安装

确保传感器与热套管端头紧密接触,以防止由于空隙/空气的低导热性而带来较大的传感器滞后。


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簧压式适配器有助于确保传感器与热套管紧密接触,一般簧压式适配器会制造得比定制的长度长几毫米,以确保与热套管底部的接触尽可能紧密,最大限度减少环形间隙,一旦其中空气起到绝缘体的作用,传感器滞后可能会增加一个数量级。





04

变送器的安装

对于变送器安装,最佳方法是将变送器与传感器和热套管一体安装。一体安装方式中传感器引线较短,暴露于环境电磁干扰(EMI)受到干扰最小,从而可以有效提高抗噪声性。


变送器当然也可以选择分体安装,对于安装位置,需要考虑是否方便查看就地屏幕显示以及现场振动、腐蚀、环境温度和工艺温度等因素,推荐应尽量靠近传感器安装。




05

系统接地

确保系统按照规范或自己的工厂仪表接地指南正确接地,常见接地方式有如下三种:


一体安装


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带连续屏蔽的分体安装


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具有两个独立接地点的分体安装


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