Osłony termiczne

• Materiał osłony termometrycznej należy dobrać w zależności od zakresu temperatur i środowiska (korozyjne, utleniające itp.), w którym będzie ona stosowana.
  • Studnie te mogą być wykonane z różnych materiałów, takich jak: SS304, SS316, HRS446, Inconel, Monel, ceramika itp.
• Zgodnie z konstrukcją Thermowell (trzon stromy, trzon prosty, trzon stożkowy)
  • Stromy trzonek - zapewnia szybszy czas reakcji i mniejszy opór.
  • Trzonek prosty – niezwykle wytrzymały, ale czas reakcji jest wolniejszy, a siła oporu w przepływie płynu jest duża.
  • Stożkowy trzonek – zapewnia dobry czas reakcji i wytrzymałość.
• Długość wsuwania osłony termometrycznej
  • Aby uzyskać najwyższą dokładność pomiaru temperatury, wymiar „U” powinien być wystarczająco długi, aby umożliwić zanurzenie całej wrażliwej na temperaturę części przyrządu pomiarowego w mierzonym medium.
    Pomiar temperatury cieczy: jeden cal lub więcej.
    Pomiar temperatury gazu: trzy cale lub więcej.
• Odporność na wibracje.
  • Płyn przepływający obok odwiertu tworzy turbulentny ślad (szlak von Karmana), którego częstotliwość występowania zależy od średnicy odwiertu i prędkości płynu.
  • Studnia termometryczna musi mieć wystarczającą sztywność, aby częstotliwość drgań nigdy nie była równa częstotliwości drgań własnych samej studni termometrycznej. Gdyby częstotliwość drgań własnych studni pokrywała się z częstotliwością drgań własnych, studnia zaczęłaby drgać, niszcząc się i pękając.
• Aby uniknąć uszkodzeń osłony termometrycznej spowodowanych nadmiernym ciśnieniem, siłami oporu, wysoką temperaturą, korozją i wibracjami, zaleca się przeprowadzenie obliczeń osłony termometrycznej w oparciu o zastosowanie:
  • Maksymalna lub robocza temperatura
  • Maksymalne lub robocze ciśnienie
  • Prędkość cieczy (gazu lub cieczy)
  • Gęstość cieczy.

Osłony termometryczne zapewniają ochronę sond temperatury przed niekorzystnymi warunkami pracy, takimi jak media korozyjne, uderzenia fizyczne (np. klinkier w piecach) i gaz lub ciecz pod wysokim ciśnieniem. Ich zastosowanie umożliwia również szybką i łatwą wymianę sondy bez konieczności „otwierania” procesu. Główne obszary zastosowań to:

• Rurki ochronne stosowane są w termoparach
• Zapewnia integralność w zastosowaniach wysokociśnieniowych
• Mniejsze studnie stosuje się w zastosowaniach niskociśnieniowych
• Studnie proste stosowane są w środowisku korozyjnym i erozyjnym
• W zastosowaniach, w których wymagana jest szybka reakcja na zmiany temperatury, kieszenie mogą być wyposażone w zredukowaną końcówkę.

Jednoczęściowe osłony termometryczne są dostosowane do najwyższych obciążeń procesowych, w zależności od ich konstrukcji. Dlatego w przemyśle petrochemicznym jednoczęściowe termopary są obecnie stosowane niemal wyłącznie.

Materiał osłony waha się od stali miękkiej i nierdzewnej do ogniotrwałych tlenków (ceramiki) i różnych egzotycznych materiałów, w tym metali rzadkich. Wkładki czujników to wytworzone jednostki, które składają się z czujnika i podstawy zaciskowej; czujnik jest umieszczony w rurze wkładanej ze stali nierdzewnej, zwykle o średnicy 6 lub 8 mm, a następnie jest wkładany do właściwej rury ochronnej. Dobra osłona z fizycznym kontaktem między końcówką wkładki a końcem osłony jest niezbędna, aby zapewnić dobry transfer ciepła. W podstawie zaciskowej zastosowano styk sprężynowy, aby utrzymać ten kontakt. Taki układ ułatwia łatwą wymianę czujnika, gdy jest to wymagane.

Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa rodzaje rur ochronnych:

• Rury ochronne metalowe
• Rury ochronne niemetalowe

Rura metalowa, najczęściej ze stali nierdzewnej, ma przewagę mechaniczną i wyższą przewodność cieplną; są one generalnie odporne na szok termiczny. Osłona metalowa może być stosowana w temperaturach do 1150ºC. Ceramika jest lepsza, gdy wymagana jest wysoka czystość, aby uniknąć zanieczyszczenia czujnika lub produktu w podwyższonej temperaturze.

Główne zastosowanie osłony ceramicznej mieści się w zakresie od 1000 do 1800 ºC. Mogą one mieć bezpośredni kontakt z medium lub mogą być używane jako gazoszczelna osłona wewnętrzna, aby oddzielić termoparę od faktycznej metalowej rury ochronnej. Powinny być montowane w pozycji wiszącej powyżej 1200ºC, aby zapobiec odkształceniom lub pęknięciom spowodowanym naprężeniami zginającymi. Nawet pęknięcia włoskowate mogą prowadzić do zanieczyszczenia termopary, co skutkuje dryftem lub awarią. Ważna jest również grubość ścianki materiału; cienkościenna rura jest lepsza niż większa grubość ścianki. Pęknięcia często powstają, jeśli są narażone na zbyt szybkie zmiany temperatury po szybkim usunięciu z gorącego pieca.

• Rury ochronne metalowe wykonane są z różnych rodzajów metali, takich jak: 304 SS, 321 SS, Inconel 600, Inconel 825, UMCO, Kanthal A1, Hastelloy B, Monel, platyna, tytan, tantal, molibden itp.
• Zakres temperatur pracy wynosi od 250ºC do 2200ºC.
• Rury ochronne metalowe charakteryzują się doskonałą odpornością na ciepło.
• Czy możesz mi podać optymalny rozmiar obrazu, ponieważ ten również został ucięty na załączonym zrzucie ekranu.

• Rury niemetalowe składają się z różnych rodzajów niemetali, takich jak tlenek ogniotrwały, tlenek glinu rekrystalizowany, węglik krzemu, azotek krzemu, cermet, kwarc, węglik wolframu itp.
• Zakres pracy wynosi od 300ºC do 1700ºC
• Dobra odporność na ataki chemiczne. Wytrzymałość mechaniczna jest dobra, ale należy unikać szoku termicznego.
• Mniej żrący na kwasy i zasady.

Zgodnie z ich połączeniem z procesem

• Gwintowany
• Spawanie gniazdowe
• Kołnierzowe spawane

Zgodnie z metodą produkcji

• Wykonana osłona termometryczna
• Osłona termometryczna pręta
• Termosonda Van-stone'a

Wykonane studzienki termometryczne są wytwarzane z rur, które są uszczelniane solidną spawaną końcówką w procesie. Oznacza to, że trzon studzienki termometrycznej jest wytwarzany z rury, a końcówka jest wytwarzana oddzielnie, a następnie obie te części są spawane przy użyciu odpowiedniego procesu spawania. Kołnierz jest również łączony z tym zespołem za pomocą procesu spawania. Wykonane studzienki termometryczne są ogólnie zalecane do niskich i średnich obciążeń procesowych. Połączenie z rurą lub zbiornikiem może być wykonane za pomocą gwintu, kołnierza lub spoiny. Standardowe gwinty stosowane w wykonanych studzienkach termometrycznych to NPT, BSP (Pl), BSP (Tr), API i gwint metryczny. Rozmiar gwintu zależy od zastosowania. Standardowe rozmiary wahają się od 1/8” do 2”. W zastosowaniach, w których wymagana jest szybka reakcja na zmiany temperatury, wykonane kieszenie mogą być wyposażone w zredukowaną końcówkę.

Takie korpusy studzienek termometrycznych są obrabiane i wiercone z litego pręta. W rezultacie powstaje szczelna, niespawana jednostka. W tym przypadku końcówka zanurzeniowa jest również wykonana z tego samego materiału co trzon. W tego typu studzienkach termometrycznych nie jest wymagany proces spawania do produkcji trzonu i końcówki. Kołnierz można spawać zgodnie z wymaganiami. Studzienki termometryczne z pręta są również znane jako „studzienki termometryczne wiercone litym wiertłem”. Jednoczęściowe studzienki termometryczne są produkowane z kompletnego elementu lub pręta. Jednoczęściowe studzienki termometryczne są dostosowane do najwyższych obciążeń procesowych, w zależności od ich konstrukcji. Dlatego na całym świecie lub w przemyśle petrochemicznym jednoczęściowe termopary są obecnie używane prawie wyłącznie. Połączenie z rurą lub zbiornikiem może być wykonane za pomocą gwintu, kołnierza lub spoiny. Standardowe gwinty to NPT, BSP (P), BSP (Tr), API i gwint metryczny. Rozmiar gwintu zależy od zastosowania, ale powszechne są 3/4” i 1”.

W przypadku studzienki termometrycznej Van Stone, trzonu, końcówki i podczęści kołnierza wszystkie trzy są przygotowane przy użyciu pojedynczego pręta lub materiału prętowego. Nie ma potrzeby spawania tych trzech części studzienki termometrycznej. Podczęść kołnierza służy jako uszczelka w takim typie studzienki termometrycznej. Na tej podczęści kołnierz jest używany zgodnie z wymaganiami.

Stożkowy

Średnica zewnętrzna zmniejsza się stopniowo wzdłuż długości zanurzenia. Stosowany w zastosowaniach o dużej prędkości.

Płaski czubek

Jeden koniec ma płaską powierzchnię. Stosowany w zastosowaniach niskociśnieniowych lub tam, gdzie charakterystyka przepływu wokół studzienki termometrycznej nie jest istotna.

Końcówka kopulasta

Taka studzienka termometryczna ma półkulistą końcówkę na jednym końcu studzienki termometrycznej. Stosowana w zastosowaniach o wyższym ciśnieniu lub tam, gdzie ważne są charakterystyki przepływu wokół studzienki termometrycznej. Zapewnia to wysoki stopień wytrzymałości mechanicznej bez utraty czułości lub dokładności wskaźnika.

Końcówka sferyczna

W przypadku końcówki sferycznej stosuje się specjalne wiertło o kącie wierzchołka 118ºC do produkcji studzienki termometrycznej. Aby uzyskać możliwie jednolitą grubość ścianki, końcówka ma kształt kulisty lub kulisty. Stosowana w zastosowaniach o wyższym ciśnieniu lub tam, gdzie ważne są właściwości przepływu wokół studzienki termometrycznej. Zapewnia to wysoki stopień wytrzymałości mechanicznej bez utraty czułości lub dokładności wskaźnika.

Budowa trzonu

• Wymiar Q: Najgrubsza część trzonu studni po gorącej stronie przyłącza procesowego lub kołnierza. Zależy od rozmiaru otworu i rozmiaru przyłącza procesowego.
• Rozmiar otworu Średnica wewnętrzna studzienki termometrycznej. Innymi słowy, średnica wewnętrznej cylindrycznej wnęki studzienki termometrycznej lub rurki ochronnej. Standardowe rozmiary otworów to 6,5 mm, 8,5 mm.
• Długość zanurzenia („U”): Długość osłony termometrycznej lub rurki ochronnej poniżej gwintów montażowych, kołnierza, tulei itp. sięgającej do obszaru procesu. Długość „U” mierzona jest od dołu przyłącza procesowego do końcówki osłony termometrycznej.
• Długość przedłużenia opóźnionego („T”): Długość osłony termometrycznej, oprócz standardowej długości głowicy, niezbędna do zapewnienia dostępu do głowicy osłony termometrycznej, co umożliwia przepuszczenie sondy przez izolację lub ściany.
• Wewnętrzny gwint montażowy: Gwint wewnątrz osłony termometrycznej służący do przymocowania urządzenia temperaturowego złącza i przedłużenia króćca do zespołu osłony termometrycznej.

Podniesiona twarz (RF)

Typ Raised Face jest najczęściej stosowanym typem kołnierza i jest łatwy do zidentyfikowania. Jest określany jako raised face, ponieważ powierzchnie uszczelki są podniesione ponad powierzchnię okręgu śrubowego.

Złącze pierścieniowe (RTJ)

Kołnierze RTJ mają rowki wycięte w ich powierzchniach, które są uszczelkami pierścieniowymi ze stali. Kołnierze uszczelniają, gdy dokręcone śruby ściskają uszczelkę między kołnierzami w rowkach, odkształcając (lub wykuwając) uszczelkę, aby uzyskać ścisły kontakt wewnątrz rowków, tworząc uszczelnienie metal-metal. Uszczelki typu pierścieniowego są zaprojektowane do uszczelniania poprzez „początkowy kontakt liniowy” lub działanie klinowe między kołnierzem współpracującym a uszczelką. Uszczelki typu pierścieniowego* to metalowe pierścienie uszczelniające, odpowiednie do zastosowań wysokociśnieniowych i wysokotemperaturowych.

Płaska powierzchnia (FF) Kołnierz z płaską powierzchnią (pełną powierzchnią) ma powierzchnię uszczelki w tej samej płaszczyźnie co powierzchnia okręgu śrubowania. Zastosowania wykorzystujące kołnierze z płaską powierzchnią to często te, w których kołnierz współpracujący lub kołnierzowe mocowanie jest wykonane z odlewu. Kołnierze z płaską powierzchnią nigdy nie powinny być przykręcane do kołnierza z podniesioną powierzchnią.

Spawanie to proces łączenia dwóch metali poprzez podgrzewanie ich do odpowiedniej temperatury. Może być wykonywane z zastosowaniem lub bez zastosowania nacisku oraz z lub bez spoiwa.

Typy:

Spawanie z pełną penetracją- Ten rodzaj spawania gwarantuje całkowite połączenie spawane dwóch części i jest zazwyczaj najmocniejszym połączeniem.

Spawanie z częściowym przetopem Ten typ spawania polega na częściowym zespawaniu styku, na który nałożona jest warstwa spoiwa.

WPS to dokument opisujący sposób spawania w produkcji. Są one zalecane do wszystkich operacji spawalniczych, a wiele kodów aplikacji i norm czyni je obowiązkowymi.

Celem dokumentu jest pokierowanie spawaczy w kierunku akceptowanych procedur, aby stosować powtarzalne i zaufane techniki spawania. Dla każdego stopu materiału i każdego rodzaju spawania opracowano WPS.

WPS jest wspierany przez Procedure Qualification Record (PQR lub WPQR). PQR to zapis wykonanego i przetestowanego (bardziej rygorystycznie) spoiny testowej, aby upewnić się, że procedura wytworzy dobrą spoinę.

Zmienne, które należy udokumentować, to zazwyczaj takie elementy jak:

• Zastosowany proces spawania, rozmiar, typ i klasyfikacja stopu spoiwa.
• Rodzaj i grubość materiału bazowego spawanego.
• Rodzaj i biegunowość prądu spawania, zapisywane natężenia prądu i napięcia.
• Prędkość spawania, pozycja spawania, rodzaj i wymiary konstrukcji złącza.
• Temperatura podgrzewania wstępnego, temperatura międzywarstwowa, szczegóły obróbki cieplnej po spawaniu i inne.

Oprócz rejestrowania wszystkich zmiennych spawalniczych użytych podczas testu, w celu zakwalifikowania procedury spawania, należy również rejestrować szczegóły wyników inspekcji i testów. Zapisy te muszą pokazywać, że inspekcja i testowanie udowodniły, że próbki spoin spełniły lub przekroczyły określone wymagania normy.

W Thermowells stosuje się różne rodzaje powłok. Niektóre z nich to: Metal Thermowells z powłokami z węglika wolframu / ceramiki / PTFE / PVDF / PFA.

• Test materiałowy
• Test wymiarowy
• Test ciśnienia hydrostatycznego
• Inspekcja barwnikiem penetrującym
• Radiografia

Chemiczny- Za pomocą PMI (pozytywnej identyfikacji materiałów).
Fizyczny- Poprzez rozciąganie, wydłużenie, twardość, badania mikro i makro oraz testy IGC.

Sprawdzić osłonę termometryczną zgodnie z wymiarami podanymi na rysunku.

Test ciśnienia hydrostatycznego to sposób, w jaki można znaleźć nieszczelności w zbiornikach ciśnieniowych, takich jak rurociągi i instalacje hydrauliczne. Test polega na umieszczeniu wody, która jest często barwiona w celu zapewnienia widoczności, w studzience termometrycznej pod wymaganym ciśnieniem, aby upewnić się, że nie będzie przeciekać ani nie zostanie uszkodzona. Jest to najpowszechniejsza metoda stosowana do testowania rur i zbiorników. Zastosowanie tego testu pomaga utrzymać standardy bezpieczeństwa i trwałość zbiornika w czasie. Nowo wyprodukowane elementy są początkowo kwalifikowane za pomocą testu hydrostatycznego.

Badanie penetrantem barwnikowym (DPI), zwane również badaniem penetrantem ciekłym (LPI) lub badaniem penetrantowym (PT), jest szeroko stosowaną i niedrogą metodą kontroli, wykorzystywaną do lokalizowania defektów powierzchniowych we wszystkich materiałach nieporowatych (metale, tworzywa sztuczne lub ceramika). Badanie LPI jest wykorzystywane do wykrywania defektów powierzchni odlewów, kucia i spawania, takich jak pęknięcia włoskowate, porowatość powierzchni, nieszczelności w nowych produktach i pęknięcia zmęczeniowe na elementach będących w eksploatacji.

Badania radiograficzne (RT), czyli radiografia przemysłowa, to metoda nieniszczących badań (NDT) polegająca na sprawdzaniu materiałów pod kątem ukrytych wad poprzez wykorzystanie zdolności krótkofalowego promieniowania elektromagnetycznego (fotonów o wysokiej energii) do penetracji różnych materiałów. Możliwe jest wykrycie nieprawidłowości i przepływów, w tym pęknięć, pustych przestrzeni, grubości, braku połączenia, braku penetracji, porowatości i niewspółosiowości.

Materiały jako czynnik długowieczności

Wybór materiału jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na żywotność osłony termometrycznej. Materiał wybiera się na podstawie temperatury zastosowania i medium procesowego.

Połączenie-czynnik instalacji

Wszystkie studnie gwintowane są wykonane z materiałów, które łatwo się spawa lub lutuje. Spawanie i lutowanie jest ważne w przypadku instalacji wymagających uszczelnienia. Gwint rury zapewnia wytrzymałość mechaniczną, a spoina lub lutowanie zapewnia uszczelnienie. Studnie kołnierzowe (inne niż typu Van Stone) składają się ze studni prętowej, która jest solidnie przyspawana do kołnierza najwyższej jakości. Standardowa konstrukcja wykorzystuje podstawowy spaw rowkowy „J” i czysty pachwinowy rowek skośny. Ta podwójnie spawana konstrukcja eliminuje możliwość korozji szczelinowej, ponieważ żadne otwarte połączenie nie jest odsłonięte ani od wewnątrz, ani od zewnątrz instalacji. Studnie spawane gniazdowo są proste w instalacji, wystarczy je przyspawać na miejsce.

Długość wstawiania – współczynnik dokładności

Odległość od czubka otworu do dolnej strony gwintu lub innego połączenia jest definiowana jako długość wsuwania (oznaczona jako „U”). Aby uzyskać najlepszą dokładność, długość ta powinna być wystarczająco większa, aby umożliwić całej wrażliwej na temperaturę części elementu wysunięcie się do mierzonego medium. Prawidłowo zainstalowany element: w cieczy element powinien być zanurzony do swojej wrażliwej długości plus jeden cal, a w powietrzu lub gazie element powinien być zanurzony do swojej wrażliwej długości plus trzy cale.

Rozmiar otworu – czynnik zamienności

Prawie wszystkie instalacje wykorzystują kilka typów czujników pomiaru temperatury. Wybór standardowej średnicy otworu może zapewnić ekstremalną elastyczność w obrębie zakładu. Ta sama studnia może pomieścić termoparę, termometr oporowy i termometr bimetaliczny.

Stożkowe czy proste - współczynnik prędkości znamionowej

Stożkowy trzonek zapewnia większą sztywność przy tej samej czułości. Wyższy stosunek wytrzymałości do masy zapewnia tym studniom wyższą częstotliwość drgań własnych niż studnie o ekwiwalentnej długości z prostym trzonkiem, co umożliwia pracę przy wyższej prędkości płynu.

Przy niskich prędkościach ryzyko uszkodzenia studzienki termometrycznej jest minimalne i zwykle nie wymaga obliczeń częstotliwości. Jeśli spełnione są następujące kryteria, projektant może zdecydować się na wymagania dotyczące obliczeń falowych.

• Maksymalna prędkość płynu jest mniejsza niż 2,1 ft/s [0,46 M/s].
• Grubość ścianki przy średnicy podpory „A” minus średnica otworu „b” ≥ 0,376″ [9,55 mm].
• „L” Długość niepodparta ≥ 24″ [0,61 M].
• Średnica wspornika „A” i końcówki „B” ≥ 0,5″ [12,7 mm]
• Materiał osłony termometrycznej spełnia normę „S” o maksymalnym dopuszczalnym naprężeniu roboczym ≥ 69 Mpa.
• Granica wytrzymałości zmęczeniowej „Sf”, w granicy wysokiej liczby cykli ≥ 21 Mpa.
• Materiał osłony termometrycznej nie powinien być podatny na korozję naprężeniową ani na kruchość.

W gazach o niskiej gęstości, z liczbą Scrutona (Nsc) >2,5, liczbą Reynoldsa <105, rezonans liniowy jest tłumiony, dlatego dopuszczalny stosunek będzie wynosić:
fs<0,8fnc

Jeżeli osłona termometryczna przejdzie warunki naprężeń cyklicznych w celu pracy w warunkach rezonansu liniowego, dopuszczalny współczynnik będzie wynosić:
fs<0,8fnc

Jeśli studzienka termometryczna nie spełnia warunków naprężeń cyklicznych dla pracy w warunkach rezonansu liniowego, częstotliwość własna studzienki termometrycznej będzie wystarczająco wysoka, aby ograniczyć wzbudzenie rezonansu liniowego. Dlatego akceptowalny współczynnik będzie wynosić:
fs<0,8fnc

• Montaż zespołów czujników temperatury w osłonie termometrycznej lub bezpośrednio w procesie wymaga użycia pewnego rodzaju złączki mosiężnej lub ze stali nierdzewnej.
• W skład osprzętu wchodzą różne złącza gwintowane, nasadki bagnetowe (i adaptery) oraz kołnierze.
• Regulowany kołnierz można w podobny sposób wykorzystać do montażu czujnika w procesie.
• Nasadki bagnetowe umożliwiają szybkie dopasowanie do odpowiednich adapterów znajdujących się w procesie; technika ta jest powszechnie stosowana w maszynach do obróbki tworzyw sztucznych.
• Tuleje i korki sześciokątne stosuje się, gdy regulacja lub demontaż nie mają większego znaczenia.
• Wybór rodzaju przyłącza może być podyktowany potrzebą zachowania integralności ciśnienia lub fizycznymi ograniczeniami rozmiaru.
• Złączki zaciskowe i tuleje gwintowane mogą być dostarczone z gwintami stożkowymi w celu uzyskania połączenia szczelnego pod względem ciśnienia.