揭开了热井选择的神秘面纱

由于它位于过程和温度传感器之间，因此在大多数工业过程中，温度计套管对于准确、可靠和安全的温度测量至关重要。然而，选择合适的热电偶既是一个谜，也是一个挑战。一旦您了解了选择标准，就可以解开这个谜团，从而使您的温度测量系统具有最佳性能。它还确保了较长的使用寿命，易于维护和过程完整性。

为什么你需要一个温度计井

温度传感器很少直接插入工业过程中。它们安装在一个热阱中，以隔离它们与流动诱导应力、高压和腐蚀性化学作用等潜在的破坏性过程条件。热套管是安装在工艺容器或管道中的封闭式金属管，并成为结构的耐压组成部分。它们使传感器能够快速、容易地从过程中取出，以进行校准或更换，而不需要关闭过程和可能的管道或容器排水。

然而，只有选择和安装正确的电热井，才能体验到这些好处。温度计套管通常没有正确指定，导致严重的机械故障。它们可能由于疲劳、过度弯曲应力、过大压力、腐蚀或侵蚀引起的焊接开裂而失效。温度井的选择和放置不当也会导致温度测量不准确。

选择步骤

适当的热电偶选择包括几个变量，必须根据最佳温度测量的应用适当指定。在为应用程序选择最佳设计时，必须考虑各种性能标准和工艺条件。

1.连接类型-温度计套管根据其与过程的连接进行分类。最常见的类型是螺纹，承插焊和法兰。每一个都有一个杆或柄，延伸到过程中，可能是直的，直径恒定，从入口点到尖端一直变锥形，部分变锥形，或阶梯式(见图1)。

• 螺纹式热电偶套管采用螺纹连接到工艺管道或槽内，在必要时便于安装和拆卸。虽然这是最常见的方法，但在三种选择中，它的压力等级最低。螺纹连接也容易泄漏，因此不建议用于有毒、爆炸性或腐蚀性材料的应用。
• 焊接温度计套管是永久焊接到加工管道或容器上的。因此，拆卸是很困难的，需要将热套管从系统中切割出来。焊接具有最高的额定压力，一般用于高流速、高温或极高压的应用场合。它们在需要防漏密封的地方是必要的。
• 法兰式热电偶是用螺栓连接到焊接到工艺管或罐上的配套法兰上。它们提供高额定压力，易于安装，更换简单。法兰式温度计套管适用于腐蚀环境、高速、高温或高压环境。
• Vanstone /搭接热套管安装在配套法兰和搭接法兰之间。这些热电偶套管允许使用不同的材料与工艺接触和覆盖法兰，这可以节省材料和制造成本。它们是腐蚀性应用的良好选择，由于在本设计中没有焊接，因此消除了焊接接头腐蚀。

2.风格选择-第二个要考虑的是热井风格。要考虑的关键因素是压力和流量要求。热电偶套管通常由各种材料的压杆加工而成，并可涂上其他材料以防止侵蚀或腐蚀。另一种风格是管状设计，也被称为保护管。

每种风格都有优点和缺点。Barstock温度计套管可以承受比保护管更高的压力和更快的流速。它们有更多的材料选择，可以以各种方式安装，以满足不同的工艺压力要求。相比之下，管状温度计套管的额定压力要低得多，材料选择也有限。对于高达1200°C的温度，它们通常由铬镍铁合金等奇异合金制成。对于高达1800°C的高温，保护管是陶瓷的。

3.建筑材料-建筑材料是选择任何给定应用的热电偶的一个重要考虑因素。使用错误的材料往往会导致过早失效。

虽然热电偶材料有很多选择，但最常用的是316不锈钢、304不锈钢、蒙乃尔、铬镍铁合金和哈氏合金。也有一些特殊的合金用于非常苛刻的应用。

影响材料选择的三个主要因素:

• 与热电偶套管所暴露的过程介质的化学相容性
• 温度限制，以及
• 与工艺管道材料兼容，确保焊接牢固，无腐蚀。

在此需要提醒用户注意的是，热电偶必须符合将要插入的管道或容器的设计规范，以确保结构和材料的兼容性。

选择热井阀杆剖面

阀杆或阀柄是插入工艺管道的热电偶套管的一部分。常见的阀杆外形为直型、阶梯式和锥形(见图2)。

选择阀杆样式时需要考虑的因素包括:

• 过程的压力
• 测量所需的响应速度
• 流体在井面上流动的拖曳力，和
• 旋涡脱落诱导振动效应。

直型温度计套管在整个浸泡长度上具有相同的直径。与具有相同根直径的其他井型相比，它们在过程介质中呈现出最大的轮廓，因此具有最大的阻力。大的尖端直径也增加了热量的质量，这减慢了测量组件的热响应。然而，这种型材具有最好的机械强度性能。

阶梯型热电偶套管有两个直截面，顶端的直截面直径较小。对于相同根径的直线型热电偶套管，这种设计在流动过程中暴露的剖面较少，因此由于尖端的质量较低，阻力较小，响应时间更快。

锥形型热电偶套管的外径从根部到尖端均匀减小。对于相同的根直径，该剖面代表了直线和阶梯结构之间的良好妥协。其阻力小于直井，但通常大于阶梯式井。此外，响应时间将比直线类型快，而比阶梯式类型慢。锥形茎的两种一般形式是均匀的(从根到尖是锥形的)和不均匀的(直的部分接着是锥形的部分)。由于它的侧面形状，它是一个很好的妥协的强度之间的其他两种风格。它是高速流动应用的常用选择，在这些应用中，流动力通常太大而不能使用阶梯井，而锥形设计比直线型具有更快的响应速度，从而提供了强度和响应因子的最佳平衡。

失败的因素

热井故障通常与以下一种或多种有关:高阻力、过高的静压、高温、腐蚀和流体引起的振动。

大多数热井失效是由流体诱导振动引起的。当流体流过插入管道或管道的热井时，在井的两侧形成高压和低压涡。这些漩涡先是从一边分离，然后以交替的模式从另一边分离(见图3)。

这种现象通常称为涡流脱落。由交变涡引起的压差在热阱上产生交变力，从而产生应力，导致横向和轴向偏转，最终导致破裂。振荡的频率被称为尾流频率。热井制造商应提供热井计算，以预测热井失效的概率。热井计算的最佳标准是ASME PTC 19.3TW-2010。

响应时间注意事项

传感器本身的响应速度几乎是即时的，当使用热阱时，测量系统的响应速度要慢得多。热阱的质量远远超过传感器的质量，并将永远是测量响应的主要因素。

为了优化温度测量的整体响应时间和精度，有许多因素与选择合适的传感器和热电偶组件及其正确的安装有关。网上参考资料中提到的手册中提供了许多建议。艾默生还提供了一个免费的在线工具，用于进行初步的热井计算。

选择得当，结果最好

为您的温度测量系统选择合适的温度计井需要考虑很多因素。像任何有效的仪器部署一样，系统设计工程师必须在项目开始时收集所有可用的过程信息和性能预期。对于具有最佳性能和最低拥有成本的系统，设计工程师不仅必须使用这些信息来选择合适的热电偶，而且还必须使用合适的传感器和变送器。每个组件的选择遵循类似的路径，以做出有根据的选择。

Danjin Zulic是艾默生过程管理的温度营销工程师。

关键概念:

• 一旦选定了特定的传感器技术，第二个关键选择是热井配置。
• 热阱成为您的工艺设备的永久部分，为传感器提供安装和保护。
• 有效的热阱响应迅速，使用寿命长，并最大限度地减少工艺中断。

在线

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