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您的热电偶套管是否符合行业标准?

来源:作者:上海自动化仪表三厂发表时间:2018-10-11

    上海自动化仪表三厂热电偶套管普遍用于电力,化学,碳氢化合物和其他工业。2018年,评估热套管设计强度的唯一标准在35年来首次发生了显着变化。


    热套管基础

    什么比热套管更简单?热电偶套管是由实心棒料机加工和枪钻的金属产品,用于包住温度传感器,例如热电偶或热电阻。它们通常通过法兰或螺纹连接焊接到位或附接到过程。有三种主要的热电偶套管柄样式。方便的是,每个都很简单地标题为:直的,锥形的和阶梯状的。热电偶套管的核心功能是能够在不打开过程的情况下拆卸和更换温度传感器。



    设计热套管似乎很简单。热电偶套管只需突出到过程流体流中足够远,以允许温度传感器在合理的时间内达到过程的温度。为什么不简单地设计井到达管道的中间三分之一并称之为一天?


    在许多情况下,管道的中间三分之一可能是完全正确的经验法则。然而,取决于工艺条件,存在许多其他因素,这些因素可导致热套管在插入长度小于管道的三分之一时遭受机械故障。这些包括流动引起的振动(尾流频率故障),动态(振荡)和稳态应力,压力,腐蚀,材料选择和不正确的安装技术。在为给定安装正确设计热电偶套管时,必须考虑所有这些因素。


    那么谁负责判决呢?19.3TW标准清楚地表明,热电偶套管的最终设计责任在于工程师设计安装井的系统。


    热套管的规格,包括其预期安装的细节和所有预期的操作条件,是包含热电偶套管的系统的设计者的责任。该系统的设计者还负责确保热电偶套管与过程流体兼容,并确保系统中的热电偶套管安装设计。


    这主要是因为只有系统设计人员具有有关热套管设计所需的工艺条件和安装布置的所有知识和细节。热套管供应商只知道系统设计师告诉他的内容。


    什么比热套管更简单?正如他们所说,魔鬼在细节中。


    什么是上海自动化仪表三厂19.3TW标准的热电偶套管?


    在深入了解热套管设计的细节之前,掌握基本面非常重要。这是一个简单的问题:什么是热套管?


    还记得那句老话:如果看起来像鸭子,像鸭子一样走路,像鸭子一样嘎嘎叫,它是一只鸭子?热电偶套管不是鸭子。在许多情况下,某些东西可能看起来像一个热套管,而不符合19.3TW 热套管标准的设计标准。


图:典型的法兰式热电偶套管。


    例如,保护管和热电偶套管之间的相对细微的区别是重要的。除了将法兰连接到热电偶套管柄所需的焊接外,热电偶套管中没有焊缝。相比之下,保护管通常由金属管制成,其末端焊接在端部上。保护管还常用于电力,化学,碳氢化合物和其他工业温度测量应用,通常用于低速气体应用。有时保护管甚至被称为“井”,但它们的设计完全不属于19.3TW标准范围内的类型。它们是焊接的,热电偶套管中没有焊接。


    采用现代孔径和柄部结构,19.3TW标准现代化热套管评估显着。然而,有许多常见的热套管设计超出了标准的范围。例如,示波器外的热电偶套管包括喷丸,涂层,套管或火焰喷涂的热电偶套管。除法兰附件以外的任何点都带有速度环,外部支撑或焊接的热电偶套管也被排除在外。最后,如果不符合特定尺寸标准,即使是普通的实心棒材热电偶套管也可能超出标准范围。这并不意味着任何这些安排都必然是坏的。它只是意味着他们的设计超出了标准的范围。因此,19.3TW的任何计算结果可能无效。

    那么我们最初是如何最终得到热套管标准的呢?


    此前文殊故障,旧标准的批评人士指出, PTC 19.3:

    无法解决在线振动问题;

    无法评估与稳态弯曲应力无关的振荡应力;

    对于热套管根部的疲劳,没有振荡应力或应力增强因子的疲劳因子;

    以粗略的方式执行安装的固有频率计算,不包括基础刚度,流体或传感器质量的任何影响。


    经过大约五年的工作,2018年7月,上海自动化仪表三厂PTC 19.3TW(2018)标准发布并获得ANSI批准。


    执行根本原因分析并且执行基于原始19.3要求的尾流频率计算,提供基于泵跳动从最大流动状况计算的速度值。热电偶套管在计算时通过。由于调查工程师在19.3TW委员会,因此当时未公布的19.3TW计算适用于该事件。该井也通过19.3TW以下的集合。检查热套管设计本身,发现制造商提供了“现成的”热电偶套管而不是指定的设计。为替换井发出订单。确认正确的制造并重新安装井。几周后,运营商回电话。井再次失败!


图:典型的热电偶套管安装在循环水管线的外弯头上。


    这次询问速度值并执行计算流体动力学(CFD)模型。该模型显示井位的实际速度大约是基于泵耗尽的两倍。

    CFD模型展示了流体流动如何沿着肘部背面显着分层,导致速度远高于平均值。然后使用新的预测速度并根据旧的19.3方法再次执行唤醒频率计算。令人惊讶的是,井设计通过了19.3,但19.3TW准确地预测了失败。


    新井的设计和制造符合19.3TW。基本上,井缩短了4英寸,并且根部直径增加了四分之一英寸的质量。在第三次安装之后,该井已经存在多年而没有事故报告。


    CFD打印输出显示管道的平面图。流体速度以彩色显示,最高流体速度为深红色。



    CFD打印输出显示管道横截面。深红色表示最高速度的区域。



    未来的挑战

    寻求最佳热套管设计的工程师面临着重大挑战。温度测量考虑因素表明,热电偶套管越长越精细,安装的温度传感器就越准确和响应。相反,促进机械强度的考虑因素决定了尽可能短而坚固的设计。35年多来,全世界的工程师都依赖ASME 19.3标准。现在,新的19.3TW标准将有助于更好地解决这些相反的设计考虑因素。


    参与热套管设计,规格和采购的上海自动化仪表三厂工程师应熟悉并更新其工程标准,以符合19.3TW标准。在这样做的过程中,与知识渊博的供应商或经验丰富的工程顾问的联盟可以成为避免因热电偶故障导致的事故的关键,从轻微的故障到灾难性的。


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