1 管道安裝的熱元件插入深度

1.1 溫度元件設計的通用原則

        (1) HG/T20507 － 2000《化工自控設計規定(一)》第1.1.3條第 1 款指出:檢測元件插入長(cháng)度的選擇應以檢測元件插至被測介質(zhì)溫度變化靈敏

具有代表性的位置為原則。一般當垂直安裝或與管壁成 45 度角時(shí)，檢測元件的末端應位于管子中間的三分之一區域內，但一般情況下，為了便于互換，往往整個(gè)裝置宜統一選擇一至二檔長(cháng)度 ［1］ 。

 

        (2)SH3521 － 1999《石油化工儀表工程施工技術(shù)規程》中指出:4． 4． 1 測溫元件(如熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計、壓力式溫度計等)，應安裝在能準確反映介質(zhì)溫度的位置。4． 4． 2 安裝在工藝管道上的測溫元件應與管道中心線(xiàn)垂直或傾斜 45°，插入深度應大于250 mm 或處于管道中心，插入方向宜與被測介質(zhì)逆向或垂直 ［2］ 。

 

        (3)SH3104 － 2000《石油化工儀表安裝設計規范》中列出了具體的計算公式:溫度計插入深度(L) = 儀表連接頭長(cháng)度(L 1 )+ 管壁厚度(δ) + 浸沒(méi)長(cháng)度(U)浸沒(méi)長(cháng)度(U):測量氣體時(shí)，U 1 = 溫度計敏感段長(cháng)度(L s ) +25 mm;測量液體時(shí)，U 1 = 溫度計敏感段長(cháng)度(L s ) +40 mm(熱電偶的敏感長(cháng)度約為 20 mm，熱電阻和雙金屬溫度計的敏感長(cháng)度約為 40 mm，壓力式溫度計的敏感長(cháng)度為溫包長(cháng)度)

 

        (4)根據《自控安裝圖冊 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(cháng)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  。

1.2 示例

        如在某項目中，有一溫度元件(熱電阻)的測量參數條件如下:介質(zhì)為循環(huán)給水，操作溫度 20 ℃，操作壓力 0. 2 MPa，測量范圍 0 ～40 ℃，計算該溫度元件的插入深度。根據工藝專(zhuān)業(yè)對儀表專(zhuān)業(yè)的條件，DN100 mm 的管道規格為 ��108 mm ×4 mm 且該管道有保溫層，因此儀表連接頭長(cháng)度為 120 mm。根據上述公式，該溫度元件的插入深度為:儀表連接頭長(cháng)度

(L 1 ) + 管壁厚度(δ) + 浸沒(méi)長(cháng)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)規程》［2］ 的 4． 4． 2 條，要求插入深度應大于 250mm 或處于管道中心，筆者認為并不合適。shou先，SH3521 － 1999 已經(jīng)被 SH3521 － 2007 替代，新標準從 2007 年 7 月 1 日開(kāi)始實(shí)施，新標準的第 5． 2．1 條中指出:溫度取源部件的安裝位置應選在介質(zhì)溫度變化靈敏、具有代表性和便于觀(guān)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 中有具體數值要求，在 HG/T20507 － 2000 1． 1． 3 的要求是“檢測元件的末端應位于管子中間的三分之一區域內”，插入深度過(guò)長(cháng)容易引起熱元件的折斷。

 

        (2)API RP551 － 1993 要求熱元件的檢測元件終端到管壁的長(cháng) 度 # 小 為 50 mm，# 大 為 250mm ［5］ 。這個(gè)#大值比 SH3104 － 2000 規定的數值要小，但是與計算公式的計算結果相符。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)有些項目不是普通的鋼管道，需要特殊考慮。例如，由中國五環(huán)工程有限公司設計的甕福紫金磷酸裝置中，測量介質(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考慮 PE復合管異徑三通的長(cháng)度。

 

        (4)如果測量高壓管線(xiàn)內介質(zhì)的溫度，采用儀表連接頭并帶耐壓套管的測量方式時(shí)，參考我國早些年頒布的《高壓管、管件及緊固件通用設計》中H22 －67 電阻溫度計套管的要求，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(xiàn)上的溫度元件是在其插入深度確定之后，再根據該深度確定與之配套的溫度計套管長(cháng)度，而高壓管線(xiàn)上的溫度元件，其插入深度和套管長(cháng)度的確定，正好與此相反(即先確定套管長(cháng)度，再根據其長(cháng)度確定溫度元件的插入深度);②高壓管線(xiàn)上溫度元件的插入深度為定值，不可隨意圓整。電阻溫度計固定套管見(jiàn)圖 2。

        (5)在項目的實(shí)施過(guò)程中，曾出現過(guò)其他原因導致高壓管線(xiàn)上的溫度元件插入深度不夠的情況。如某項目中，設計人員在設計過(guò)程中沒(méi)有考慮到高壓管線(xiàn)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(xiàn)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 設備上安裝的熱元件插入深度

2.1 熱元件插入深度的規范

 

        (1) HG/T20507 － 2000《化工自控設計規定(一)》第 1． 1． 3 條第 2 款指出:在煙道、爐膛及絕熱材料砌體設備上安裝時(shí)，應按實(shí)際需要選用。一般情況下，為了便于互換，可選擇深入內部 250 mm 長(cháng)度 。

 

        (2)SH3104 － 2000《石油化工儀表安裝設計規范》第3．0．2 條第 5 款指出:測爐膛溫度的熱電偶保護管末端超過(guò)爐管的長(cháng)度應為 50 ～100 mm;水平安裝的熱電偶插入爐內的懸臂長(cháng)度不宜超過(guò) 600 mm ;第3．0．2 條第 7 款設備上熱電偶或熱電阻插入設備內的長(cháng)度不得小于150 mm;第8 款耐磨熱電偶保護管末端露出設備上外套管的長(cháng)度應為100 ～150 mm;第9款儲罐上溫度計的插入深度不宜小于500 mm。

        (3)API RP551 － 1993 沒(méi)有關(guān)于在設備上安裝的熱元件插入深度的描述。

        (4)在 Tops�ie 的合成氨工藝包中，有一段關(guān)于設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(mǎn)液體的容器的插入深度應為300 mm，在充滿(mǎn)氣體的容器的插入深度應遵循下表(表 1)。

2.2 討論

        (1)設備安裝的熱元件插入深度如果在規范中有相應的描述，可按規范執行;如果規范中沒(méi)有說(shuō)明的情況，可參照上述 Tops�ie 的要求來(lái)確定。

        (2)需要注意的是，當在爐膛中插入深度過(guò)長(cháng)時(shí)，應要求設備專(zhuān)業(yè)提供溫度計套管，以用來(lái)避免溫度計過(guò)長(cháng)而造成的折斷。爐膛內溫度計套管見(jiàn)圖 3。

2.3 示例

        由中國五環(huán)工程有限公司設計的河南龍宇醋酸項目 CO 變換工序中，工藝上要求分別能測量變換爐( R04101) 內 距 爐 內 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為 1 100 mm、2 270 mm、3 400 mm。(該插入深度均已包括設備外接口的長(cháng)度)。

 

        在項目實(shí)施的過(guò)程中，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)球形設備上溫度元件的插入深度不夠的情況，原因是在設計過(guò)程中沒(méi)有注意到設備管口的接管長(cháng)度，儀表專(zhuān)業(yè)給設備專(zhuān)業(yè)提條件時(shí)一般要求設備接管距離為 250mm，而有的項目，設備專(zhuān)業(yè)在設計球型設備時(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。如果在設備運到現場(chǎng)后才發(fā)現該問(wèn)題，若現場(chǎng)可以動(dòng)火，還能在現場(chǎng)改短溫度接口，對于一些不允許動(dòng)火的現場(chǎng)，則只能重新采購插入深度在 1 m 以上的溫度元件。

 

3 結語(yǔ)

        (1)正確確定溫度元件的插入深度至關(guān)重要，確定適當的插入深度可有效地減小測溫誤差。

        (2)在測量較細管道介質(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大管的方式來(lái)滿(mǎn)足工藝上所要求的插入深度。