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工程設(shè)計(jì)中雙金屬溫度計(jì)等溫度元件插入深度的選擇

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 摘 要: 簡(jiǎn)述了管道上和設(shè)備上溫度元件設(shè)計(jì)的通用原則和規(guī)范; 探討了溫度元件在管道上和設(shè)備上的插入深度。5IW壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
1 管道安裝的熱元件插入深度
1.1 溫度元件設(shè)計(jì)的通用原則
        (1) HG/T20507 - 2000《化工自控設(shè)計(jì)規(guī)定(一)》第1.1.3條第 1 款指出:檢測(cè)元件插入長(zhǎng)度的選擇應(yīng)以檢測(cè)元件插至被測(cè)介質(zhì)溫度變化靈敏
具有代表性的位置為原則。一般當(dāng)垂直安裝或與管壁成 45 度角時(shí),檢測(cè)元件的末端應(yīng)位于管子中間的三分之一區(qū)域內(nèi),但一般情況下,為了便于互換,往往整個(gè)裝置宜統(tǒng)一選擇一至二檔長(zhǎng)度 [1] 。
 
        (2)SH3521 - 1999《石油化工儀表工程施工技術(shù)規(guī)程》中指出:4. 4. 1 測(cè)溫元件(如熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)等),應(yīng)安裝在能準(zhǔn)確反映介質(zhì)溫度的位置。4. 4. 2 安裝在工藝管道上的測(cè)溫元件應(yīng)與管道中心線垂直或傾斜 45°,插入深度應(yīng)大于250 mm 或處于管道中心,插入方向宜與被測(cè)介質(zhì)逆向或垂直 [2] 。
 
        (3)SH3104 - 2000《石油化工儀表安裝設(shè)計(jì)規(guī)范》中列出了具體的計(jì)算公式:溫度計(jì)插入深度(L) = 儀表連接頭長(zhǎng)度(L 1 )+ 管壁厚度(δ) + 浸沒(méi)長(zhǎng)度(U)浸沒(méi)長(zhǎng)度(U):測(cè)量氣體時(shí),U 1 = 溫度計(jì)敏感段長(zhǎng)度(L s ) +25 mm;測(cè)量液體時(shí),U 1 = 溫度計(jì)敏感段長(zhǎng)度(L s ) +40 mm(熱電偶的敏感長(zhǎng)度約為 20 mm,熱電阻和雙金屬溫度計(jì)的敏感長(zhǎng)度約為 40 mm,壓力式溫度計(jì)的敏感長(zhǎng)度為溫包長(zhǎng)度)
 
        (4)根據(jù)《自控安裝圖冊(cè) HG/T 21581 - 95》熱電偶、熱電阻在鋼管道上垂直安裝圖 HK01 - 19,儀表連接頭長(zhǎng)度為 60 mm 和 120mm 2 種。60 mm(管道不帶保溫層)和 120 mm(管道帶保溫層)溫度元件的插入深度見(jiàn)圖 1  。
熱電偶、熱電阻在鋼管道上垂直安裝示意
1.2 示例
        如在某項(xiàng)目中,有一溫度元件(熱電阻)的測(cè)量參數(shù)條件如下:介質(zhì)為循環(huán)給水,操作溫度 20 ℃,操作壓力 0. 2 MPa,測(cè)量范圍 0 ~40 ℃,計(jì)算該溫度元件的插入深度。根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)對(duì)儀表專(zhuān)業(yè)的條件,DN100 mm 的管道規(guī)格為 108 mm ×4 mm 且該管道有保溫層,因此儀表連接頭長(zhǎng)度為 120 mm。根據(jù)上述公式,該溫度元件的插入深度為:儀表連接頭長(zhǎng)度
(L 1 ) + 管壁厚度(δ) + 浸沒(méi)長(zhǎng)度(U) = 120 + 4 +(40 +25) = 189 mm,圓整后,該溫度元件的插入深度為 200 mm。
 
1.3 討論
        (1)SH3521 -1999《石油化工儀表工程施工技術(shù)規(guī)程》[2] 的 4. 4. 2 條,要求插入深度應(yīng)大于 250mm 或處于管道中心,筆者認(rèn)為并不合適。shou先,SH3521 - 1999 已經(jīng)被 SH3521 - 2007 替代,新標(biāo)準(zhǔn)從 2007 年 7 月 1 日開(kāi)始實(shí)施,新標(biāo)準(zhǔn)的第 5. 2.1 條中指出:溫度取源部件的安裝位置應(yīng)選在介質(zhì)溫度變化靈敏、具有代表性和便于觀察的地方,不宜選在閥門(mén)等阻力部件的附近和介質(zhì)流束呈死角處以及振動(dòng)較大的地方;其次,SH3104 - 2000 中有具體數(shù)值要求,在 HG/T20507 - 2000 1. 1. 3 的要求是“檢測(cè)元件的末端應(yīng)位于管子中間的三分之一區(qū)域內(nèi)”,插入深度過(guò)長(zhǎng)容易引起熱元件的折斷。
 
        (2)API RP551 - 1993 要求熱元件的檢測(cè)元件終端到管壁的長(zhǎng) 度 # 小 為 50 mm,# 大 為 250mm [5] 。這個(gè)#大值比 SH3104 - 2000 規(guī)定的數(shù)值要小,但是與計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果相符。因此,按照SH3104 -2000 中或 API RP551 - 1993 來(lái)確定安裝在管道上熱元件的插入深度都是可行的。
 
        (3)有些項(xiàng)目不是普通的鋼管道,需要特殊考慮。例如,由中國(guó)五環(huán)工程有限公司設(shè)計(jì)的甕福紫金磷酸裝置中,測(cè)量介質(zhì)為酸性循環(huán)水、氟硅酸、洗滌水、稀磷酸、磷礦漿、反應(yīng)料漿、磷酸淤漿、磷石膏料漿、濃磷酸、稀硫酸,其管道采用的是鋼骨架 PE復(fù)合管,不能直接在管道上開(kāi)孔,而需要在管道上接一段 PE 復(fù)合管的異徑三通,再通過(guò)法蘭與熱電阻、熱電偶相連。此時(shí)溫度元件的插入深度應(yīng)考慮 PE復(fù)合管異徑三通的長(zhǎng)度。
 
        (4)如果測(cè)量高壓管線內(nèi)介質(zhì)的溫度,采用儀表連接頭并帶耐壓套管的測(cè)量方式時(shí),參考我國(guó)早些年頒布的《高壓管、管件及緊固件通用設(shè)計(jì)》中H22 -67 電阻溫度計(jì)套管的要求,則溫度元件插入深度的確定與普通管道有很大的不同:①普通管線上的溫度元件是在其插入深度確定之后,再根據(jù)該深度確定與之配套的溫度計(jì)套管長(zhǎng)度,而高壓管線上的溫度元件,其插入深度和套管長(zhǎng)度的確定,正好與此相反(即先確定套管長(zhǎng)度,再根據(jù)其長(zhǎng)度確定溫度元件的插入深度);②高壓管線上溫度元件的插入深度為定值,不可隨意圓整。電阻溫度計(jì)固定套管見(jiàn)圖 2。
電阻溫度計(jì)固定套管
        (5)在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中,曾出現(xiàn)過(guò)其他原因?qū)е赂邏汗芫€上的溫度元件插入深度不夠的情況。如某項(xiàng)目中,設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有考慮到高壓管線上管道的法蘭需要與鞍座相連,鞍座再與管道相連,如此管道法蘭面到管道的距離就已經(jīng)大大超過(guò)儀表給管道提條件時(shí)要求的 150 mm,再加上高壓大管道的壁厚大于 40 mm,造成這些管線上溫度元件插入深度不夠。
 
        (6)若是采用高壓法蘭接口的安裝形式,溫度元件必須帶耐壓的外套管,耐壓的外套管與安裝法蘭須制成一體形式,由溫度元件制造商配套,溫度元件的插入深度由制造商確定。
 
2 設(shè)備上安裝的熱元件插入深度
2.1 熱元件插入深度的規(guī)范
 
        (1) HG/T20507 - 2000《化工自控設(shè)計(jì)規(guī)定(一)》第 1. 1. 3 條第 2 款指出:在煙道、爐膛及絕熱材料砌體設(shè)備上安裝時(shí),應(yīng)按實(shí)際需要選用。一般情況下,為了便于互換,可選擇深入內(nèi)部 250 mm 長(zhǎng)度 。
 
        (2)SH3104 - 2000《石油化工儀表安裝設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.0.2 條第 5 款指出:測(cè)爐膛溫度的熱電偶保護(hù)管末端超過(guò)爐管的長(zhǎng)度應(yīng)為 50 ~100 mm;水平安裝的熱電偶插入爐內(nèi)的懸臂長(zhǎng)度不宜超過(guò) 600 mm ;第3.0.2 條第 7 款設(shè)備上熱電偶或熱電阻插入設(shè)備內(nèi)的長(zhǎng)度不得小于150 mm;第8 款耐磨熱電偶保護(hù)管末端露出設(shè)備上外套管的長(zhǎng)度應(yīng)為100 ~150 mm;第9款儲(chǔ)罐上溫度計(jì)的插入深度不宜小于500 mm。
        (3)API RP551 - 1993 沒(méi)有關(guān)于在設(shè)備上安裝的熱元件插入深度的描述。
        (4)在 Topse 的合成氨工藝包中,有一段關(guān)于設(shè)備安裝的熱元件插入深度的要求,可供參考,原文如下:溫度元件在充滿液體的容器的插入深度應(yīng)為300 mm,在充滿氣體的容器的插入深度應(yīng)遵循下表(表 1)。
設(shè)備上安裝的熱元件插入深度
2.2 討論
        (1)設(shè)備安裝的熱元件插入深度如果在規(guī)范中有相應(yīng)的描述,可按規(guī)范執(zhí)行;如果規(guī)范中沒(méi)有說(shuō)明的情況,可參照上述 Topse 的要求來(lái)確定。
        (2)需要注意的是,當(dāng)在爐膛中插入深度過(guò)長(zhǎng)時(shí),應(yīng)要求設(shè)備專(zhuān)業(yè)提供溫度計(jì)套管,以用來(lái)避免溫度計(jì)過(guò)長(zhǎng)而造成的折斷。爐膛內(nèi)溫度計(jì)套管見(jiàn)圖 3。
爐膛內(nèi)溫度計(jì)套管詳圖
2.3 示例
        由中國(guó)五環(huán)工程有限公司設(shè)計(jì)的河南龍宇醋酸項(xiàng)目 CO 變換工序中,工藝上要求分別能測(cè)量變換爐( R04101) 內(nèi) 距 爐 內(nèi) 壁 1 100 mm、2 270 mm、3 400 mm處的溫度,則所選的多點(diǎn)式鎧裝熱電偶的插入深度應(yīng)為 1 100 mm、2 270 mm、3 400 mm。(該插入深度均已包括設(shè)備外接口的長(zhǎng)度)。
 
        在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中,曾經(jīng)發(fā)生過(guò)球形設(shè)備上溫度元件的插入深度不夠的情況,原因是在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有注意到設(shè)備管口的接管長(zhǎng)度,儀表專(zhuān)業(yè)給設(shè)備專(zhuān)業(yè)提條件時(shí)一般要求設(shè)備接管距離為 250mm,而有的項(xiàng)目,設(shè)備專(zhuān)業(yè)在設(shè)計(jì)球型設(shè)備時(shí),把溫度元件的接管引出 1 m 多,為的是與液位儀表的接口能在同一平面上。如果在設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后才發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題,若現(xiàn)場(chǎng)可以動(dòng)火,還能在現(xiàn)場(chǎng)改短溫度接口,對(duì)于一些不允許動(dòng)火的現(xiàn)場(chǎng),則只能重新采購(gòu)插入深度在 1 m 以上的溫度元件。
 
3 結(jié)語(yǔ)
        (1)正確確定溫度元件的插入深度至關(guān)重要,確定適當(dāng)?shù)牟迦肷疃瓤捎行У販p小測(cè)溫誤差。
        (2)在測(cè)量較細(xì)管道介質(zhì)溫度時(shí)可采用橫截面直徑較小的感溫元件,如鎧裝熱電偶,以減小插入深度,方便安裝;也可采用斜插或加擴(kuò)大管的方式來(lái)滿足工藝上所要求的插入深度。

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