Thermowells: Eine zuverlässige Lösung für die effektive Leistung von Temperaturelementen

Einführung in Thermowells

Thermowells sind, wie der Name schon sagt, „Wells“, die für Wärmemessungen konzipiert sind.

Zur Messung der Prozesstemperatur in verschiedenen industriellen Anwendungen werden zwei Arten von Kontakttemperatursensoren verwendet, nämlich RTDs (Widerstandstemperaturfühler) und TC (Thermoelemente). Die Auswahl dieser Sensoren hängt von der jeweiligen Anwendung und dem zu messenden Temperaturbereich ab. Diese werden in der Rohrleitung/Kolonne/dem Behälter installiert. Thermowellen schützen RTDs/TCs vor ungünstigen Prozessbedingungen wie Korrosion, hohem Druck und hoher Geschwindigkeit des Mediums (Luft oder Flüssigkeit), chemischen Reaktionen, mechanischen Fehlern usw., die entstehen, wenn diese im Prozess installiert sind. In der Regel besteht das eingesetzte Element von RTD und TC aus PT-100 und zwei unterschiedlichen Metallen (Chromel und Alumel im Typ „K“), die mit gefülltem Magnesiumoxid (MgO) isoliert und je nach Anwendung mit einer Ummantelung aus SS-316/Inconel-600/einem anderen Ummantelungsmaterial ummantelt sind.

Schutzrohr provide the outside protection to this sheath. Furthermore, with thermowell installation we can interchange the sheath or probe of temperature element without stop the industrial process. Hence Thermowells are protection assembly for sensors made from single Barstock or seamless pipe or combination of seamless pipe and Barstock rod welded together. All three combinations are closed from one end which is inside the process and other end is connected to the instrument.

Klassifizierung von Schutzrohren

Die Klassifizierung von Schutzrohren erfolgt nach der Art des verwendeten Prozessanschlusses, der Schaftform und der konstruktiven Ausgestaltung.

Gemäß dem 1. Klassifizierungskriterium (Prozessanschluss) gibt es folgende 3 Arten von Schutzrohren:

• Schutzrohr mit Gewinde: Gewindeschutzrohre bestehen entweder aus einer Kombination aus Stangenmaterial und nahtlosem Rohr oder einem starren Stangenmaterial. Diese Schutzrohre verfügen an einem Ende über ein Gewinde, das mit dem Prozess verbunden ist. Diese Gewinde können je nach Prozessanforderung parallel oder konisch sowie männlich oder weiblich sein. Diese Schutzrohre können direkt am Prozess befestigt werden, manchmal kann auch ein Einschweißstutzen oder eine Einschweißarmatur verwendet werden.

Diag-I: Aufbau eines Gewindeschutzrohrs

• Flanged type thermowell: Flansch-Schutzrohre werden ebenfalls entweder aus massivem Stangenmaterial oder aus einer Kombination aus Stangenmaterial und nahtlosem Rohr gefertigt. Der Unterschied liegt im Prozessanschluss. Bei dieser Schutzrohrkategorie wird anstelle eines Gewindes ein Flansch verwendet. Der Gegenflansch befindet sich im Prozessanschluss und ist mithilfe einer Mutter, Schraube und Dichtung mit dem Schutzrohrflansch verbunden. Diese Schutzrohre werden bevorzugt bei höheren Drücken eingesetzt, und die Auslegung des Flansches richtet sich ebenfalls nach dem Prozessdruck. Ein Flansch kann durchdringend geschweißt oder mit Schutzrohr verschraubt sein.

Diag-II-Layout des linearen Schutzrohrs mit Flansch

• Welded type thermowell: Diese Art von Schutzrohren wird hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Prozess nicht korrosiv ist und weniger regelmäßige Wartung oder regelmäßige Demontage der Schutzrohre erforderlich ist. Dieser Typ ist zuverlässiger bei Hochdruckanwendungen, da er direkt mit dem Prozess verschweißt wird.

Diag-III-Layout des geschweißten Schutzrohrs 

Gemäß dem zweiten Punkt (Form des Schaftes) gibt es die folgenden drei Arten von Schutzrohren:

• Taper type thermowell: Schutzrohre mit konischem Schaft sind die gängigste Ausführung in der Prozessindustrie. Bei diesem Typ verringert sich der Außendurchmesser des Schutzrohrs mit der Eintauchtiefe. Daher gibt es einen Unterschied im Fußdurchmesser (nahe dem Prozessanschluss) und Spitzendurchmesser (unteres Ende im Prozess) des Schutzrohrs.

Diag-IV: Aufbau eines schmalen Schutzrohrs mit Flansch

• Gerades SchutzrohrSchutzrohre mit geradem Schaft sind vom Prozessanschluss bis zur Spitze gerade. Daher sind der Fußradius und die Spitzendicke linearer Schutzrohre gleich. Diese Schutzrohre weisen eine höhere mechanische Festigkeit auf, die Reaktionszeit ist jedoch vergleichsweise langsamer als bei konischen Schutzrohren.

Diag-V: Aufbau eines geraden Schutzrohrs

• Schutzrohr mit Stufentyp: Stufenförmige Schäfte haben ebenfalls unterschiedliche Durchmesser an Fuß und Spitze, wobei diese Verkleinerung stufenförmig erfolgt. Bei konischen Schutzrohren verringert sich der Durchmesser kontinuierlich mit der Länge, bei gestuften Schutzrohren hingegen nur an einer Stelle. Der kleinere Durchmesser liegt in der Regel bei den letzten 50 mm oder kann je nach Bedarf angepasst werden. Die kleinere Spitze reagiert schneller auf Temperaturänderungen, ist aber hinsichtlich der mechanischen Festigkeit weniger robust als die beiden anderen Schutzrohre.

Diag-VI  Layout of stepped type thermowell

Gemäß dem letzten Punkt (Konstruktionsdesign) gibt es die folgenden drei Arten von Schutzrohren:

• Schutzrohr vom Typ „Aufgebaut“ oder „Fertigung“: Diese Art von Schutzrohren besteht aus zwei Teilen, die an der Spitze durch ein geeignetes Schweißverfahren miteinander verschweißt werden. Teil 1 ist ein nahtloses Rohr, Teil 2 ein starrer Stab aus demselben Material. Der Schaft des Schutzrohrs ist somit röhrenförmig und die Spitze aus schmalem oder geradem Stabmaterial. Dieser Typ wird bevorzugt für Niederdruckanwendungen und dort eingesetzt, wo Schutzrohre mit einer Eintauchlänge von mehr als 500 mm installiert werden können. Die Verbindung des Schutzrohrs mit dem Behälter/der Säule erfolgt über geeignete Gewinde, Flansche oder Schweißnähte. Manchmal werden Schutzrohre auch aus einem einzigen Rohr ohne angeschweißte Stabmaterialspitze gefertigt.

Diag-VII Aufbau des Schutzrohrs in Bauform

• Schutzrohr aus massivem Stangenmaterial: Diese Schutzrohre bestehen nur aus Teil 2, einem massiven, gebohrten Stangenmaterial ohne nahtloses Schutzrohr. Sie weisen keine Schweißverbindungen im Prozess auf. Diese Schutzrohrart ist in der Prozessindustrie am weitesten verbreitet. Ähnlich wie bei zusammengesetzten Schutzrohren werden geeignete Gewinde, Flansche oder Weldolets als Prozessanschluss verwendet. Die Nennleistung eines Flansches richtet sich nach dem Auslegungsdruck. Bei Schutzrohreintauchlängen unter 500 mm werden generell Schutzrohre aus Stangenmaterial bevorzugt.

Diag-VIII Aufbau eines starren Zylinderschutzrohrs

• Vanstone type thermowell: Diese Schutzrohre werden aus massivem Stangenmaterial gefertigt und weisen keine Schweißverbindung zwischen Flansch und Schutzrohr auf. Schutzrohr, Schaft, Spitze und Unterkomponente bestehen somit aus einem einzigen Stangenmaterial. Diese Schutzrohre werden in Anwendungen mit höchstem Druck eingesetzt, bei denen Schweißverbindungen nicht zulässig sind. Sie werden mit einem Gegenflansch verbunden. Um die Abdichtung zwischen Schutzrohrkragen und Gegenflansch zu gewährleisten, wird zwischen beiden eine Dichtung eingelegt. Das Vanstone-Schutzrohr wird mit Muttern und Schrauben am Gegenflansch befestigt.

Diag-IX Layout eines Vanstone-Thermowells

Abschluss :

Schutzrohre sind in der Prozessindustrie unverzichtbar, um Widerstandsthermometer oder Thermoelemente vor dem Prozessmedium zu schützen. Diese Schutzrohre werden nach Prozessanschluss, Konstruktion und Länge klassifiziert. Tempsens bietet eine Vielzahl von Thermowellen an, darunter Stangenmaterial, zusammengesetzte, gefertigte, geflanschte, Vanstone-, Gewinde-, Schweiß- usw. Thermowellen je nach Anwendung und Kundenanforderung.