Schutzrohre Thermohülsen sind rohrförmige Gehäuse, in denen Temperatursensoren in industriellen Prozessen installiert werden. Sie bestehen aus einem Rohr, das aus einem massiven Stangenmaterial gebohrt und bearbeitet wird, an einem Ende verschlossen ist und im Prozessstrom montiert wird. Sensoren wie Thermoelemente und Widerstandsthermometer (RTDs) werden durch das offene Ende der Thermohülse eingeführt und an der Spitze des geschlossenen Endes platziert. Das offene Ende befindet sich üblicherweise außerhalb der Prozessleitung. Die Wärme des Prozessmediums wird an die Wände der Thermohülse und anschließend an den Sensor abgegeben, sodass sich die Thermohülse vor dem Sensor erwärmt. Aufgrund dieser erhöhten thermischen Masse verlangsamt sich die Ansprechzeit des Sensors. Konstruktion und Spezifikationen der Thermohülse sind in der internationalen Norm PTC 19.3 TW der ASME (American Society for Mechanical Engineers) geregelt.
Was ist PTC 19.3TW?
PTC steht für Performance Test Codes. Dabei handelt es sich um standardisierte, experimentelle Test- und Berechnungsreihen, die durchgeführt werden, um die Zuverlässigkeit und Funktionsfähigkeit eines Produkts zu bestimmen. PTC 19.3 TW ist ein Standard für die mechanische Konstruktion von Schutzrohren. Dieser Standard simuliert verschiedene mögliche Szenarien, denen ein Schutzrohr ausgesetzt ist, und beschreibt basierend auf diesen Anwendungen mögliche Schutzrohrkonstruktionen, die die Anforderungen fehlerfrei erfüllen. Aktuell wird die Version PTC 19.3 TW 2016 verwendet, eine überarbeitete Version von PTC 19.3 TW.
Arten von Schutzrohren:
Basierend auf dem Shank-Design
- Schutzrohr mit geradem Schaft: Diese Schutzrohre haben einen durchgehend konstanten Schaftdurchmesser. Sie verfügen über eine hohe mechanische Festigkeit, da die Massivstruktur des Stangenmaterials nicht beeinträchtigt wird. Sie verfügen über ein gutes Ansprechverhalten, das jedoch immer noch geringer ist als bei den anderen Typen.
- Konisches Schutzrohr: Diese Schutzrohre haben einen gleichmäßig verjüngten Schaftdurchmesser von der Wurzel bis zur Spitze, wodurch der Durchmesser an der Spitze am geringsten ist. Die geringere thermische Masse an der Spitze sorgt für eine schnellere Reaktion als beim geraden Schaft.
- Schutzrohr mit Stufenschaft: Diese Schutzrohre haben ein abgestuftes Design mit zwei Durchmessern zwischen Wurzel und Spitze, wobei der Spitzendurchmesser kleiner ist. Sie bieten die schnellste Reaktion aller Typen. Allerdings weisen sie die geringste mechanische Festigkeit auf, da durch die zusätzliche Stufe die Anzahl der Ausfallstellen zunimmt.
- Schutzrohr mit geradem Schaft: Diese Schutzrohre haben einen durchgehend konstanten Schaftdurchmesser. Sie verfügen über eine hohe mechanische Festigkeit, da die Massivstruktur des Stangenmaterials nicht beeinträchtigt wird. Sie verfügen über ein gutes Ansprechverhalten, das jedoch immer noch geringer ist als bei den anderen Typen.
Auf der Grundlage der Montage
- Thermowell mit Gewinde: Bei diesem Schutzrohrtyp sind oberhalb der Wurzel Außengewinde vorgesehen, die direkt mit den Innengewinden am Prozessanschluss montiert werden.
- Schutzrohr mit Flansch: Bei diesem Schutzrohrtyp ist oberhalb der Schutzrohrwurzel ein Flansch angeschweißt oder eingearbeitet. Dieser Flansch verfügt über Befestigungslöcher oder Gewinde, mit denen das Schutzrohr am Prozess befestigt wird.
- Schutzrohr mit Einsteckschweißung: Die Montage dieses Schutzrohrtyps erfolgt über einen Schweißkragen, der sowohl auf das Schutzrohr als auch auf den Prozessanschluss aufgeschweißt wird.
- Geschweißtes Schutzrohr: Bei dieser Ausführung wird das Schutzrohr direkt auf den Prozessanschluss geschweißt.
- Überlappverbindung (Van Stone) Thermowell: Dieser Schutzrohrtyp wird speziell in Rohrabstandshaltern verwendet, bei denen am Prozessanschluss bereits ein Montageflansch vorhanden ist. Am Schutzrohr ist ein kleiner Kragen eingearbeitet, mit dem das Schutzrohr auf dem Flansch platziert wird. Anschließend wird von oben ein Gegenflansch angeschraubt, um das Schutzrohr fest zu befestigen.
- Thermowell mit Gewinde: Bei diesem Schutzrohrtyp sind oberhalb der Wurzel Außengewinde vorgesehen, die direkt mit den Innengewinden am Prozessanschluss montiert werden.
Spezial-Schutzrohre
- Schutzrohre mit Geschwindigkeitsmanschetten: Bei der Montage eines Schutzrohrs durch einen Rohrabstandshalter verlängert sich die Einstecklänge aufgrund des aus dem Rohr herausragenden Nippels, wodurch das Schutzrohr nicht mehr den üblichen Anforderungen entspricht. Um die freitragende Länge zu verkürzen, werden am Schutzrohr Manschetten angebracht, die eng am Rohrabstandshalter anliegen. Dadurch wird die freitragende Länge verkürzt und die Stabilität des Schutzrohrs im Strömungskanal erhöht. Je nach Länge des Abstandshalters sind manchmal mehrere Manschetten erforderlich.
- Schutzrohre mit spiralförmigen Stegen: In manchen Fällen können spiralförmige Stege am Einsteckende in das Schutzrohr eingearbeitet werden. Diese spiralförmigen Stege verhindern die Wirbelbildung hinter dem Schutzrohr und verringern so die durch Wirbelablösung verursachten Spannungen. Diese Konstruktionsart findet sich üblicherweise bei langen Kaminen aufgrund der dort herrschenden hohen Luftgeschwindigkeiten. Ein ähnliches Konzept lässt sich auch bei Schutzrohren umsetzen.
- Schutzrohre mit Geschwindigkeitsmanschetten: Bei der Montage eines Schutzrohrs durch einen Rohrabstandshalter verlängert sich die Einstecklänge aufgrund des aus dem Rohr herausragenden Nippels, wodurch das Schutzrohr nicht mehr den üblichen Anforderungen entspricht. Um die freitragende Länge zu verkürzen, werden am Schutzrohr Manschetten angebracht, die eng am Rohrabstandshalter anliegen. Dadurch wird die freitragende Länge verkürzt und die Stabilität des Schutzrohrs im Strömungskanal erhöht. Je nach Länge des Abstandshalters sind manchmal mehrere Manschetten erforderlich.
Maßangaben gemäß ASME PTC 19.3 TW 2016:
Für gerade und konische Schutzrohre:
| Beschreibung | Symbol | Mindest | Max |
| Freitragende Länge | L | 63,5 mm | 609,6 mm |
| Bohrungsdurchmesser | D | 3.175 m | 20,955 mm |
| Spitzendurchmesser | B | 9,2 mm | 46,5 mm |
| Verjüngungsverhältnis | B/A | 0.58 | 1 |
| Bohrungsverhältnis | d/B | 0.16 | 0.71 |
| Seitenverhältnis | L/B | 2 | – |
| Min. Wandstärke | (Bd)/2 | 3,00 mm | – |
| Spitzendicke | T | 3,0 mm | – |
Für Stufenschaft-Schutzrohre
| Beschreibung | Symbol | Mindest | Max |
| Freitragende Länge | L | 127 mm | 609,6 mm |
| Bohrungsdurchmesser | D | 6,1 m | 6,7 mm |
| Schrittdurchmesserverhältnis Für B=0,5 Zoll | B/A | 0.5 | 0.8 |
| Schrittdurchmesserverhältnis Für B = 0,875 Zoll | B/A | 0.583 | 0.875 |
| Längenverhältnis | Ls/L | 0 | 0.6 |
| Mindestwandstärke | (Bd)/2 | 3 mm | – |
| Spitzendicke | T | 3 mm | – |
