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溫度傳感器是zui早開發(fā)、應(yīng)用zui廣的一類傳感器。在20世紀(jì)和本世紀(jì)工業(yè)化進(jìn)程中，溫度測(cè)量?jī)x表在電力、石油化工產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用中也隨著超臨界、超超臨界熱電廠，大煉油，大化肥及石油大化工等新項(xiàng)目的應(yīng)用而不斷發(fā)展。

隨著可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略方針逐漸在國(guó)家立項(xiàng)審批過程中越來越被注重，更多的*技術(shù)被引入和吸收，如異丁烷脫氫、丙烷脫氫的UOP 工藝包，煤制天然氣的甲烷化DAVY 工藝包，托普索合成氨、施拉姆大化肥的工藝包等。眾多*工藝引進(jìn)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)化工技術(shù)也取得了突破性的進(jìn)展，特別是在煤化工領(lǐng)域的氣化工段，各家博采眾長(zhǎng)，根據(jù)國(guó)內(nèi)各地煤質(zhì)不同相繼研發(fā)出航天爐、清華爐、五環(huán)爐、魯西爐、中科院氣化爐等，隨著工藝技術(shù)的提升，也使得溫度儀表的技術(shù)要求與制造規(guī)范展現(xiàn)給國(guó)內(nèi)溫度儀表廠商一個(gè)全新的面貌。傳統(tǒng)的溫度儀表設(shè)計(jì)理念受到震撼，簡(jiǎn)單落后的產(chǎn)品選型受到?jīng)_擊。目前的現(xiàn)狀是，很多的溫度儀表技術(shù)掌握在國(guó)外同行中，特別是溫度變送器國(guó)內(nèi)的需求市場(chǎng)幾乎被獨(dú)霸，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠商只能在溫度傳感器的常規(guī)產(chǎn)品上爭(zhēng)搶比拼。“盡快學(xué)習(xí)國(guó)外的*技術(shù)，提升國(guó)內(nèi)溫度儀表生產(chǎn)的整體水平”是擺在每一個(gè)企望提升自身，*中國(guó)溫度儀表民族水平的企業(yè)家面前的愿望與使命。

近年來國(guó)內(nèi)溫度儀表廠商也在不斷地調(diào)整自身企業(yè)，許多廠家新置或擴(kuò)建了新的廠房，購(gòu)置了新的設(shè)備，廠容廠貌也煥然一新，在產(chǎn)品制造上基本淘汰了裝配式元件，采用了鎧裝式元件，溫度傳感器套管從普遍使用的無縫鋼管到現(xiàn)在采用的鋼棒單端整體鉆孔套管。 

由于溫度傳感器套管質(zhì)量的提高使得溫度傳感器保證了長(zhǎng)周期運(yùn)行，在線可以更換檢測(cè)元件，可以說在常規(guī)產(chǎn)品的工藝及加工流程上與國(guó)外同類產(chǎn)品相差無幾。但在特殊產(chǎn)品上和加工細(xì)節(jié)及零配件上還是有一些差距，國(guó)內(nèi)廠商也在不斷地改進(jìn)這種狀況。只是在產(chǎn)品價(jià)格、供貨周期及服務(wù)上，國(guó)內(nèi)廠家占有明顯的優(yōu)勢(shì)了。許多企業(yè)通過摸索和自身的努力使企業(yè)都在不同的領(lǐng)域找到了自己的定位，以在某一領(lǐng)域所擁有的獨(dú)門絕技或?qū)９ツ骋恍袠I(yè)而使企業(yè)得以發(fā)展。通過實(shí)踐總結(jié)出，溫度儀表行業(yè)不是靠“大而全”，而是靠“專精特”來發(fā)展的。還有許多企業(yè)為國(guó)外公司做OEM，或出口配套，國(guó)內(nèi)企業(yè)越來越重視技術(shù)的創(chuàng)新工作，每年溫度行業(yè)企業(yè)申報(bào)的就達(dá)幾十項(xiàng)，體現(xiàn)了各企業(yè)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視。由于該行業(yè)的特殊性，許多加工設(shè)備都是非標(biāo)的，因此基本設(shè)備都是企業(yè)自己研發(fā)制造。各企業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和加工能力的不同，導(dǎo)致所制造的設(shè)備也存有很大的差異。幸好有同行企業(yè)在制造出售一些設(shè)備，為行業(yè)水平的提升做出了貢獻(xiàn)，行業(yè)目前在有些方面也面臨著許多問題和需要*的地方，例如專門從事溫度儀表的技術(shù)人員不好找，以前有?？频膬x表學(xué)校和國(guó)企儀表企業(yè)專門培養(yǎng)技術(shù)人員現(xiàn)在國(guó)企基本都轉(zhuǎn)制減員了，除個(gè)別還具有一些規(guī)模外，其他企業(yè)當(dāng)年的輝煌已不復(fù)存在。對(duì)于民營(yíng)企業(yè)的快速崛起面臨著技術(shù)人員匱乏也是當(dāng)前各企業(yè)的實(shí)際問題，部分企業(yè)過分重視市場(chǎng)的銷售工作，忽略了產(chǎn)品的研發(fā)和提升產(chǎn)品性能的測(cè)試工作，能夠具備企業(yè)自己做產(chǎn)品全性能試驗(yàn)的廠家還為數(shù)不多，企業(yè)也缺少熟悉和掌握產(chǎn)品全性能試驗(yàn)的技術(shù)人員。溫度儀表專業(yè)協(xié)會(huì)也在積極的針對(duì)目前行業(yè)所存在的共性問題列入?yún)f(xié)會(huì)的工作日程當(dāng)中，相信在同業(yè)共同努力下，國(guó)內(nèi)溫度儀表企業(yè)在開拓了高精尖溫度市場(chǎng)的同時(shí)，需求催生壓力，壓力產(chǎn)生動(dòng)力，動(dòng)力促進(jìn)發(fā)展，中國(guó)的溫度儀表領(lǐng)域畢竟會(huì)加快追趕甚至趕超*的步伐。

1 溫度儀表在各類應(yīng)用場(chǎng)合舉例

主動(dòng)學(xué)習(xí)、不斷進(jìn)取是中華民族的優(yōu)良傳統(tǒng)。在國(guó)外工藝包引進(jìn)的同時(shí)，*的溫度儀表技術(shù)的學(xué)習(xí)平臺(tái)也隨之搭建，國(guó)內(nèi)溫度企業(yè)如饑似渴地汲取著豐富的養(yǎng)分。如用于GE氣化爐的高溫?zé)犭娕?、用于石化的刀刃熱電偶、用于核工業(yè)中的鎧裝熱電偶、用于LNG儲(chǔ)罐中的溫度變送器等等。下面，以幾個(gè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)為例，說明各企業(yè)對(duì)不同工況的理解和相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造方案與應(yīng)用.

1.1 煤化工行業(yè)中GE氣化爐 

1.1.1 工況特點(diǎn) GE氣化爐具有高溫、高壓、氧化性和還原性氣氛共存、強(qiáng)沖刷、溫度壓力驟變的特殊工況。燃燒室操作溫度為1350℃～1500℃，操作壓力2.5～8.7MPa。焰氣含有CO、H2、CO2、H2O、CH4、Ar、N2及H2S等組分；煤灰熔點(diǎn)為1310℃～1370℃。燃燒室殼體與內(nèi)襯耐火磚因受熱膨脹系數(shù)不同，易發(fā)生相互剪切。zui關(guān)鍵的是，因氣化爐內(nèi)沖刷磨損極為嚴(yán)重，所以溫度計(jì)的測(cè)點(diǎn)必須位于距爐墻內(nèi)壁15~25mm處。但是爐壁在砌制過程中難以保證均勻一致，而正因爐內(nèi)沖刷和磨損的存在，爐壁在生產(chǎn)進(jìn)程中會(huì)發(fā)生不可避免的逐漸減薄的變化。 

1.1.2 對(duì)溫度計(jì)的性能要求 由于上述的特殊工況，要求測(cè)溫傳感器必須具備的性能包括：能承受達(dá)1600℃的高溫和8.7MPa的高壓；能同時(shí)抵抗氧化性和還原性氣氛的雙重腐蝕；具有可調(diào)整的插入長(zhǎng)度和可隨動(dòng)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)內(nèi)襯發(fā)生厚度變化和扭曲剪切時(shí)，能進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化。

1.1.3 解決方案 針對(duì)這些要求，由天津某儀表公司研制的“氣化爐可調(diào)防振熱電偶”通過特殊的材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足了氣化爐工況對(duì)溫度傳感器的苛刻要求，是一種可調(diào)防振、耐沖刷、抗氧化、多級(jí)阻漏的氣化爐產(chǎn)品。 首先，熱電偶的主體結(jié)構(gòu)采用可調(diào)防振的設(shè)計(jì)理念，其突出特征是當(dāng)氣化爐爐壁襯里厚度發(fā)生變化時(shí)，熱電偶可通過伸縮結(jié)構(gòu)±100mm范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量元件始終保持在*位置。當(dāng)爐殼和內(nèi)襯發(fā)生剪切時(shí)，利用萬向轉(zhuǎn)球可使探頭隨傾斜而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并在限位管和減振彈簧的作用下，使振動(dòng)得以緩解，避免了熱電偶在爐墻發(fā)生變形時(shí)，產(chǎn)生應(yīng)力剪切造成折斷。具有多級(jí)阻漏的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如果熱電偶套管發(fā)生損壞，可防止?fàn)t內(nèi)氣體通過套管與大氣對(duì)流，致使?fàn)t內(nèi)高溫傳導(dǎo)甚至泄漏而發(fā)生的安全隱患，體現(xiàn)安全意識(shí)和環(huán)保理念。 其次，保護(hù)管材料采用通過無壓燒結(jié)亞微米碳化硅粉末制造的進(jìn)口碳化硅材料，該材料具有陶瓷和金屬的雙重特性，即使在超過1750℃高溫時(shí)，仍能可靠的使用，但其熱導(dǎo)性與不銹鋼相當(dāng)，是氧化鋁的5倍；其硬度是僅次于金剛石的zui硬的高性能材料之一；小于10μm的超細(xì)結(jié)晶，經(jīng)氦氣檢漏測(cè)試，其氣孔率幾乎為0，可有效阻止H2和CO通過管壁上的氣孔對(duì)熱電偶絲造成損壞；超高的硬度和密度，使其具有理想的耐磨損性能，能長(zhǎng)期抵抗物料的沖刷，即使在超高溫度下也能工作于氧化性和還原性氣氛，以及強(qiáng)酸強(qiáng)堿的腐蝕性環(huán)境中。 

1.2 石油煉油化工行業(yè)的刀刃式熱電偶

1）在石油煉油工業(yè)中，加熱爐、常壓塔、催化裂化裝置、分餾塔、加氫裝置是燃料加工方案中*的設(shè)備，為保證裝置的安全運(yùn)行和化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行，各種參數(shù)控制*，這里簡(jiǎn)單介紹一下加熱爐爐壁溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)。 

2）刀刃式表面熱電偶用于對(duì)加熱爐爐壁，爐管表面溫度測(cè)量。其測(cè)溫過程是刀刃測(cè)量端通過熱電偶定位卡將刀刃焊接在爐壁、爐管部位上，爐壁、爐管溫度通過刀刃頭傳熱到熱電偶絲，偶絲將感受到的溫度轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào)，再傳送到儀表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示、控制。 

3）我國(guó)的中石油、中石化及其他化工、油類儲(chǔ)存企業(yè)，對(duì)刀刃式表面熱電偶需求量大。由于被測(cè)溫物體與本熱電偶的刀刃頭的刀刃焊接存在“特殊性”，而傳統(tǒng)的刀刃頭是直接利用本熱電偶鎧裝元件管磨削而成。 因鎧裝管管壁薄，磨削后焊接時(shí)易焊穿，容易造成整支熱電偶報(bào)廢。為攻克這一難關(guān)，經(jīng)過創(chuàng)新改變結(jié)構(gòu)，專門另配刀刃頭再將它與熱電偶鎧裝管組裝焊接。結(jié)果，方便了用戶焊接，增加了牢固性，也不會(huì)損傷熱電偶。 

4）主要性能

① 特性：耐高溫，耐氧化，耐腐蝕，測(cè)溫準(zhǔn)確、迅速，自適應(yīng)熱膨脹。 

② 正常使用溫度：0℃～1200℃，zui高使用溫度為1300℃。 

③ 允差：如下表 。 

④ 設(shè)計(jì)壽命：5年。 

⑤ 結(jié)構(gòu)

1.隔爆接線盒；2.卡套螺紋；3.卡套法蘭；4.配對(duì)法蘭；5.爐墻；6.熱電偶；7.刀刃頭；8.固定卡；9.爐管。 

1.3 核輻照環(huán)境中的鎧裝熱電偶 K型（鎳鉻－鎳鋁）鎧裝熱電偶可以在核電站核輻照環(huán)境中使用，鎧裝熱電偶安裝在安全殼內(nèi)，測(cè)量端部分插在反應(yīng)堆壓力殼內(nèi)，快速插拔連接器在壓力殼外，核島一旦運(yùn)行，整套裝置是不能有人靠近檢修的，所以可靠性在核電廠至關(guān)重要。 

1）在高溫氣冷堆中，多點(diǎn)式鎧裝熱電偶從壓力殼穿出，采用貫穿件結(jié)構(gòu)，較好地實(shí)現(xiàn)了穿越密封問題  1.保護(hù)管；2.貫穿簡(jiǎn)體；3.中間過渡管；4.鎧裝熱電偶；5.過渡管；6.連接管。 快速插拔連接器是為了在故障時(shí)維修人員能夠在zui短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行檢修，但連接器接觸不良故障時(shí)有發(fā)生，除選用品牌的產(chǎn)品外，還應(yīng)對(duì)增加插針冗余和防護(hù)外殼，以提高可靠性。 

1.4 溫度傳感器在環(huán)保領(lǐng)域，特別在“固定污染源連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS2000B”中的應(yīng)用 為了監(jiān)督存在污染物排放單位的排放指標(biāo)，安裝固定污染源連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS2000B，一方面便于對(duì)當(dāng)前排放指標(biāo)的了解和控制，另一方面通過互聯(lián)網(wǎng)便于環(huán)保部門的監(jiān)督。該系統(tǒng)采用全熱法的原理，對(duì)溫度要求特別高，因此對(duì)其中的溫度傳感器Pt100的安全性和準(zhǔn)確性非常重要。 杭州某公司生產(chǎn)的CEMS2000B分為（0℃～250℃）和（0℃～650℃），高溫主要用于脫硝工藝的溫度監(jiān)測(cè)。該溫度傳感器性能穩(wěn)定，大量節(jié)約了售后服務(wù)費(fèi)用，提高了產(chǎn)品信譽(yù)。 兩個(gè)溫度范圍的測(cè)量系統(tǒng)，前述為0℃～250℃；0℃～650℃于2012年底用該公司成功研制和生產(chǎn)的“零溫漂”高精度智能一體化溫度變送器得到*解決。 

1.5 溫度傳感器在制藥領(lǐng)域，特別在隧道烘箱及滅菌柜等設(shè)備上的應(yīng)用 zui典型的是用在麗珠集團(tuán)麗珠制藥廠隧道烘箱上的應(yīng)用。*，工作溫度高，350℃左右能長(zhǎng)期工作，準(zhǔn)確度有保障；第二，不污染環(huán)境；第三，電纜經(jīng)得起彎直的經(jīng)常性的高溫環(huán)境下的升降變化不壞。 滅菌的溫場(chǎng)測(cè)試及穿透測(cè)試，它的工作環(huán)境非常惡劣，有蒸汽，不使用金屬的鎧裝方式。關(guān)鍵的問題是解決密封問題和元件的可靠性和準(zhǔn)確性問題。 

1.6 溫度儀表在天然氣LNG中游儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備上的解決方案 LNG儲(chǔ)罐是終端站中的關(guān)鍵設(shè)備，其絕熱性及密封性的好壞直接影響到LNG的蒸發(fā)和泄漏速度，即LNG的損耗速度和使用率。作為低溫容器，LNG儲(chǔ)罐必須滿足國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)技術(shù)要求，溫度測(cè)量尤為重要，以下介紹多通道溫度變送器和多點(diǎn)熱電阻在LNG儲(chǔ)罐上的測(cè)量解決方案。 圖1-1-4 1）高密度溫度變送器和多點(diǎn)熱電阻在LNG儲(chǔ)罐上的應(yīng)用。 

① 關(guān)鍵點(diǎn)

·低溫，熱應(yīng)力。 

·冷卻檢測(cè)，泄漏檢測(cè)。 

·溫度元件要求壽命長(zhǎng)。 

·測(cè)點(diǎn)密集。 

② 挑戰(zhàn) 

·溫度低，-162°C。 

·預(yù)冷容易產(chǎn)生很大的應(yīng)力，會(huì)引發(fā)斷裂及應(yīng)力腐蝕。 

·罐高30m，要求傳感器鎧裝長(zhǎng)度幾十米到上百米。 

·熱電阻無法更換，需要熱電阻精度高、穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)。 

·測(cè)點(diǎn)密集。 

③ 應(yīng)用解決方案

采用雙支多點(diǎn)熱電阻進(jìn)行溫度測(cè)量，測(cè)點(diǎn)分布于內(nèi)罐底板、內(nèi)罐外壁、內(nèi)罐頂外壁、外罐底內(nèi)壁，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)料預(yù)冷進(jìn)程、環(huán)隙底、環(huán)隙壁處的熱電阻擔(dān)任泄漏檢測(cè)任務(wù)。繞線式熱電阻元件zui低溫度可測(cè)到-196°C，元件的應(yīng)力釋放設(shè)計(jì)能有效緩解由于溫度巨大變化而產(chǎn)生的應(yīng)力，熱電阻更加結(jié)實(shí)，不易斷裂， 壽命長(zhǎng)，同時(shí)提供了雙支元件硬件冗余，進(jìn)一步提高多點(diǎn)熱電阻的壽命?？刹鹦兜陌惭b組件更好地保護(hù)熱電阻元件，免于使用前的損壞。多點(diǎn)熱電阻接入安裝于罐頂?shù)母呙芏葴囟茸兯推?，將溫度信?hào)通過FF總線方式接入DCS。 高密度溫度變送器與多點(diǎn)熱電阻提供、可靠的溫度測(cè)量，保護(hù)罐體材料免受應(yīng)力損壞，使預(yù)冷過程順利進(jìn)行，并且嚴(yán)密監(jiān)測(cè)泄漏。

2）溫度變送器和溫度傳感器在LNG儲(chǔ)罐管道上的應(yīng)用。

① 關(guān)鍵點(diǎn) 

·雙支輸入。 

·一體化防雷。 

·雙室外殼。 

·套管強(qiáng)度計(jì)算。 

·全通焊。 

② 挑戰(zhàn) 

·低溫， -162°C。 

·高壓，高流速。 

·多雷雨天氣。 

③ 應(yīng)用解決方案

汽化系統(tǒng)、汽車裝車區(qū)、碼頭接卸區(qū)及高壓泵系統(tǒng)的LNG/NG管道溫度測(cè)量要參與過程控制，因此必須選擇精度高的插入式測(cè)量方案。高性能溫度變送器提供可靠的溫度測(cè)量，一體化防雷有效保護(hù)電子線路板免受雷擊等瞬變電流的破壞。雙室外殼將電子線路板與端子分隔在兩個(gè)*密閉的腔室中，保護(hù)電子線路板免受潮濕和腐蝕的侵蝕。溫度傳感器帶棒材保護(hù)套管，對(duì)于高壓高流速的介質(zhì)，需進(jìn)行套管強(qiáng)度計(jì)算，采取縮短插深、加粗套管等方式加強(qiáng)套管，確保其滿足過程的需要，900#以上的法蘭采用全通焊工藝提高套管的強(qiáng)度。 

溫度傳感器實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度測(cè)量，可用于各種應(yīng)用環(huán)境，精度高，穩(wěn)定性好。可提供棒材或管材套管，并與溫度變送器一體化組裝，實(shí)現(xiàn)開箱即用。為滿足用戶的安裝需求，提供多種安裝方式和外殼主要特點(diǎn)包括： 

·鎧裝層內(nèi)氧化鎂*填充，保證其良好的穩(wěn)定性和響應(yīng)時(shí)間。 

·對(duì)測(cè)溫元件與引線間的接點(diǎn)采用激光焊接技術(shù)，以形成純連接、保持電路完整性并確保達(dá)到zui高精度。 

·傳感器標(biāo)定在 NIST 認(rèn)證標(biāo)定實(shí)驗(yàn)室中執(zhí)行。

·可通過變送器匹配功能將系統(tǒng)精度提高75%。 

·一個(gè)鎧裝層內(nèi)可集成雙支測(cè)溫元件。 

·可集成管材套管/棒材套管，實(shí)現(xiàn)一體化供貨。 

·可提供按照的PTC19.3-2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行套管振動(dòng)計(jì)算，從而優(yōu)化套管在高壓高流速環(huán)境中的應(yīng)用。 

·全通焊法蘭套管是高壓環(huán)境的*解決方案。 

3）溫度變送器和表面溫度傳感器在天然氣長(zhǎng)輸管線上的應(yīng)用。 

① 關(guān)鍵點(diǎn) 

·表面溫度測(cè)量。 

·陰極保護(hù)電流。

② 挑戰(zhàn) 

·管道埋在地下幾米深。 

·插入式測(cè)量不適用。 

·不允許分流管道表面的陰極保護(hù)電流（陰極電流用于管道防腐）。 

·精度要求高。 

③ 應(yīng)用解決方案 

采用表面溫度傳感器，提供非插入式測(cè)量解決方案，3線RTD，6mm鎧裝，鎧裝末端配1/2”NPT活動(dòng)卡套，與管道表面的焊墩進(jìn)行過程連接，鎧裝長(zhǎng)度以伸出 地面為宜，地面上的部分為普通電纜，用于連接到高性能溫度變送器，鎧裝管外帶聚烯烴材質(zhì)的軟管絕緣陰極保護(hù)電流。 由于傳感器埋在地下，活動(dòng)卡套根部部分的鎧裝管受力較大，建議在此處加一段保護(hù)管加以保護(hù)。

1.7 溫度套管的正確選型 熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計(jì)等熱工儀表用于工業(yè)管道中進(jìn)行溫度的測(cè)量時(shí)，一般情況下都要配用溫度計(jì)套管。因此，溫度計(jì)套管的合理選用對(duì)于保證測(cè)溫精度、響應(yīng)速度及安全使用，起到了至關(guān)重要的作用。 對(duì)于套管來講，一般要求它既能迅速準(zhǔn)確測(cè)溫，又有足夠的強(qiáng)度。但在實(shí)際中，提高測(cè)量質(zhì)量，將要減弱強(qiáng)度。反之，增加強(qiáng)度，將會(huì)降低測(cè)量質(zhì)量。 

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，導(dǎo)致保護(hù)套管損壞的原因 主要有以下幾方面： 

·流體沖擊大，載荷過大，所產(chǎn)生的應(yīng)力超過了材料本身的許用應(yīng)力。 

·套管自然頻率和流體的激勵(lì)頻率接近，產(chǎn)生共振。

·套管本身存在加工缺陷，導(dǎo)致應(yīng)力集中，造成斷裂。

·由于腐蝕和磨損造成損壞。 對(duì)于加工缺陷，可通過探傷的檢測(cè)手段，有效避免有缺陷的套管應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。由于腐蝕和磨損造成的損壞，可通過選用合理的保護(hù)管材質(zhì)進(jìn)行克服。因此，對(duì)溫度計(jì)套管進(jìn)行受力和振動(dòng)核算是保證套管安全使用的關(guān)鍵。 

1.7.1 保護(hù)套管受力分析 測(cè)量元件安裝在管壁上，相當(dāng)于一個(gè)變截面的懸臂梁，該懸臂梁受到氣體靜壓強(qiáng)（P）和均布?jí)狠d（q）的聯(lián)合作用。 測(cè)量元件套管的具體形狀如下圖： A=38mm B=22mm d=7mm L=76/102mm 

1.7.2 振動(dòng)核算對(duì)套管選型的指導(dǎo)作用 隨著目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中對(duì)保護(hù)套管的要求逐漸提高，“套管與設(shè)備同壽命”越來越成為業(yè)主和設(shè)計(jì)人員所追求的目標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，套管自然頻率和流體的激勵(lì)頻率接近，產(chǎn)生共振，是導(dǎo)致保護(hù)套管損壞的zui主要原因。因此，對(duì)溫度計(jì)套管進(jìn)行核算成為保證現(xiàn)場(chǎng)安全使用的基礎(chǔ)工作。 

1）激勵(lì)頻率fs 插入介質(zhì)中的保護(hù)套管受振動(dòng)載荷后（即外來的簡(jiǎn)諧力），會(huì)產(chǎn)生無阻尼的強(qiáng)迫振動(dòng)，此時(shí)保護(hù)套管被迫以外力頻率振動(dòng)。此外力頻率即為卡門渦流而產(chǎn)生的斯屈赫頻率Strouhal（或稱激勵(lì)頻率），用fs表示，其與介質(zhì)流速成正比，與保護(hù)套管端部直徑成反比。其計(jì)算公式 為：fs=0.22×V/d 其中：V為介質(zhì)流速，單位為m/s； d為套管插入管道內(nèi)的端部直徑，單位為m。

2）自然頻率fn 任何一個(gè)有質(zhì)量的物體，均有其固有頻率或稱自然頻率，保護(hù)套管也不例外。決定套管自然頻率的因素包括： ①直徑規(guī)格，包括外徑和內(nèi)徑。 ②長(zhǎng)度，包括外形長(zhǎng)度和內(nèi)孔長(zhǎng)度。 ③彈性模量。 ④密度。 ⑤操作溫度。 

3）判斷依據(jù) 當(dāng)套管的自然頻率與激勵(lì)頻率之比接近1時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，從而損壞套管。因此，對(duì)保護(hù)套管進(jìn)行振動(dòng)強(qiáng)度的核算，即是求套管的自然頻率與激勵(lì)頻率，并保證激勵(lì)頻率與自然頻率相差較大，即二者之比滿足：fs/fn≤0.8 或 fs/fn≥1.3考慮現(xiàn)場(chǎng)流速自開車到穩(wěn)定運(yùn)行，會(huì)有一個(gè)變化的過程，因此一般安全判定公式采?。?fs/fn≤0.8。 

4）修正措施 如果經(jīng)過計(jì)算，得出激勵(lì)頻率與自然頻率之比大于0.8，則表明該套管的自然頻率與系統(tǒng)的激勵(lì)頻率接近，會(huì)發(fā)生共振，需進(jìn)行設(shè)計(jì)修正。根據(jù)決定自然頻率和激勵(lì)頻率的各項(xiàng)因素，通?？刹扇∪缦麓胧?nbsp;

① 加大套管端部直徑d，以減小激勵(lì)頻率fs。 

② 減小套管長(zhǎng)度L，以提高套管的自然頻率fn（見下說明一）。 

③ 安裝支撐環(huán)，起到加大阻尼和等效減小長(zhǎng)度的作用，以提高套管自然頻率（見下說明二）。 ④ 增大套管直徑規(guī)格D，以提高套管的自然頻率fn。 

⑤ 改變套管形式，提高套管的自然頻率，錐形套管的自然頻率大于直形套管。 

⑥ 選用彈性模量更大的套管材質(zhì)。 

⑦ 套管安裝位置的改變。 

說明一：關(guān)于套管插入管道凈插深的選擇，一般觀點(diǎn)認(rèn)為，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，插入長(zhǎng)度應(yīng)是管道直徑的1/2，或1/3～2/3。但是，在介質(zhì)流速較大的情 況下，管道內(nèi)的湍流層幾乎充斥整個(gè)管道，即溫場(chǎng)非常均勻，此時(shí)更趨合理的插入長(zhǎng)度，不僅不會(huì)影響測(cè)量精度，同時(shí)可以保證安全。關(guān)于插入長(zhǎng)度的選擇，推薦參考美國(guó)API551標(biāo)準(zhǔn)。 

說明二：安裝支撐環(huán)的方法，從實(shí)際應(yīng)用上，的確有一點(diǎn)效果。但是從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)計(jì)算角度出發(fā)，不建議采用此形式，原因有： 

·采用支撐環(huán)時(shí)，對(duì)其尺寸有較嚴(yán)格的要求，即其外徑與安裝管嘴的內(nèi)徑必須盡量接近，因此，此方法不僅加工要求高，而且增加了安裝成本。 

·在ASME PTC 19.3 TW-2010新標(biāo)準(zhǔn)中不推薦采用支撐環(huán)與管道為剛性支撐的安裝方式。如果在支撐環(huán)與管道間隙處填充黏性介質(zhì)，則可取得較好的效果。但是這種方式的效果如何需要建立數(shù)學(xué)模型來評(píng)估，工程實(shí)施也極為困難。帶有支撐的溫度計(jì)套管同樣會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率是一般技術(shù)無法計(jì)算的，其將帶來無法預(yù)見的傳統(tǒng)形狀沒有的其他問題。 

筆者經(jīng)過采用有限元和ASME PTC19.3等不同方法的計(jì)算，得出以下結(jié)論： 

① 長(zhǎng)度縮短，自然頻率增加，抗振能力增強(qiáng)。 

② 直徑加大，自然頻率增加，抗振能力增強(qiáng)。 

③ 錐形套管的自然頻率大于直形套管的自然頻率，抗振能力增強(qiáng)。 

1.7.3 套管的正確選型 

1）套管制作工藝的選擇 套管制作有兩種工藝：一為鋼管焊接式，一為整體鉆孔式。 鋼管焊接式為鋼管一端封堵成形，套管一般壁較薄，內(nèi)孔較大，因此抗壓能力不高，zui多只能到6.4MPa。如果套管安裝在管道上，即使操作壓力很小，但由于流體流速較大，套管也會(huì)在沖擊力的振動(dòng)下發(fā)生斷裂損壞，比如循環(huán)水泵出口位置的套管，如果選擇不當(dāng)，極易發(fā)生損壞，甚至事故。同時(shí)，因鋼管內(nèi)孔均較大，因此套管內(nèi)部存在更多的導(dǎo)熱間隔，造成測(cè)量反應(yīng)速度慢。 整體鉆孔式為實(shí)心棒料鉆孔成形，套管內(nèi)孔小，與測(cè)量元件緊密配合，因此，反應(yīng)速度快，抗振效果好。 且抗壓能力高，可達(dá)到30MPa以上。 根據(jù)上述兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于套管工藝，推薦選用整體鉆孔套管。 目前，*的鉆孔技術(shù)采用單端深盲孔整體鉆孔工藝，套管內(nèi)孔直徑僅為Φ6.5mm，與標(biāo)準(zhǔn)的Φ6mm測(cè)量元件實(shí)現(xiàn)完好的配合。 

2）套管形式的選擇 在相同長(zhǎng)度下，錐形套管比直形套管具有更高的自然頻率，因此抗流體沖擊能力和抗振能力更強(qiáng)。并且因錐形套管的前端直徑比直形套管的前端直徑更細(xì)，因此保證了更快的反應(yīng)速度。 根據(jù)上述兩點(diǎn)闡述，對(duì)于套管形式，推薦選用錐形套管，且大小端直徑差不小于6mm。 

3）套管直徑的選擇 根據(jù)壓力等級(jí)的不同， 套管直徑也應(yīng)合理選用，如用于中低壓場(chǎng)合的套管直徑可選用大小端直徑Φ25/19mm，用于高壓場(chǎng)合的套管直徑可選用大小端直徑Φ32/21mm等。 

4）套管安裝方式的選擇 套管的安裝方式有法蘭、螺紋、焊接3種。 焊接式一般是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要而定，對(duì)于法蘭和螺紋兩種方式，推薦使用法蘭安裝，原因有以下幾點(diǎn)： ·對(duì)于壓力等級(jí)較高的場(chǎng)合，螺紋安裝不適宜，只能用法蘭安裝。 ·對(duì)于腐蝕性場(chǎng)合，螺紋安裝易因腐蝕而無法拆卸，此時(shí)必須選擇法蘭安裝。 ·在設(shè)備上使用，一般選用法蘭安裝。 ·對(duì)于溫度高于230℃的場(chǎng)合，螺紋易發(fā)生高溫間隙變形，所以應(yīng)選用法蘭安裝。 綜合上述幾點(diǎn)，在螺紋和法蘭之間，推薦選用法蘭安裝。

2 對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的展望和國(guó)內(nèi)企業(yè)的目標(biāo) 從各領(lǐng)域的設(shè)計(jì)院所掌握的項(xiàng)目信息來看，未來幾年，在建項(xiàng)目中基本還是以煤化工、石油化工、核電站等為主，因此對(duì)于溫度傳感器的需求量也將非?？捎^。 而在溫度傳感器的功能要求方面，智能化的廣泛采用將更為普及。預(yù)計(jì)未來幾年，一體化溫度變送器占溫度傳感器使用總量的百分比將由原來的不足10%提升至30%以上，并且隨著多點(diǎn)溫度傳感器應(yīng)用的普及，將直接導(dǎo)致所配溫度變送器的比例會(huì)隨之大幅增加。從另一方面講，在特殊領(lǐng)域中的溫度傳感器，*產(chǎn)品被國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品逐漸取代，即進(jìn)口產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化將必然是未來傳感器的發(fā)展方向。這對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)儼然是一個(gè)廣闊的、充滿機(jī)遇的前景，更是一個(gè)必須用自身的努力和創(chuàng)新的意識(shí)去爭(zhēng)取的舞臺(tái)。 

在現(xiàn)階段，企業(yè)需要做的是立足于自身在不同領(lǐng)域所積累的經(jīng)驗(yàn)的原有基礎(chǔ)之上，改進(jìn)加創(chuàng)新。具體講是，在常規(guī)產(chǎn)品上，力爭(zhēng)達(dá)到精度高、長(zhǎng)周期運(yùn)行、穩(wěn)定可靠的基本要求；在特殊產(chǎn)品上，科學(xué)創(chuàng)新，進(jìn)而取代進(jìn)口產(chǎn)品；在企業(yè)自身上，提升生產(chǎn)裝備和管理水平，既要確保產(chǎn)品做專做精，符合并取得上對(duì)安全及性能的各項(xiàng)認(rèn)證，又要讓高品質(zhì)的產(chǎn)品具有有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，具有為中國(guó)在國(guó)外投資項(xiàng)目中配套出口或直接出口產(chǎn)品的能力與條件，從而擴(kuò)大中國(guó)制造的溫度傳感器在上的影響。