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侵入式测量存在的缺陷以及表面温度测量的优点、局限性和应用示例

来源:发表时间:2019-05-09


      测量过程温度的传统方法包括通过容器或管道的壁安装金属或金莎娱乐官方网站陶瓷热电偶套管,并在其内部安装温度传感器。这提供了良好的准确性,因为它将传感器足够地放入过程流体中以最小化容器壁温度的影响。此外,响应时间快且定义明确。但是,正如咱们将要讨论的那样,侵入式测量存在缺陷以及表面温度测量的优点、局限性和应用示例。
      当仅测量容器壁温度就足够时,有一个更简单的非侵入式替代方案。这涉及将传感器连接到表面。在这里,咱们将探讨表面温度测量的优点和局限性,说明它是如何完成的,并给出一些成功应用示例。
      对侵入式测量的缺点进行侵入式温度测量的困难从安装开始。放入热电偶套管需要关闭过程并使用相当数量的设备。首先,必须在管道或容器壁上钻一个洞; 然后必须将其敲击,以便将热电偶套管拧紧到位。或者,可以焊接热电偶套管,这意味着引出焊接设备和训练有素的焊工。


联系块/垫
图1.此设计适合所有表面,并提供对周围环境的良好免疫力。
      管道尺寸也有一个下限。将热电偶套管放入直径仅为1英寸或2英寸的管道中可能非困难。维护也会带来问题。更换发生故障的热电偶套管通常意味着过程停机。对于焊接单元,更换需要先切割并磨掉旧热电偶套管的残留物,然后再放入新的热套管中。
      在许多过程中,材料倾向于积聚在管道内部。在这些情况下,使用猪清洁生产线是很常见的。然而,猪不能穿过带有突出到其中的热电偶套管的管道。因此,管道清管需要首先关闭所有管道以便移除热电偶套管。当猪被送过时,缺少一个热电偶套管会导致真正的问题。因此,一些企业不会将热套管放在需要经常清洗的生产线上,即使知道这些生产线的温度是有用的。
由错误材料制成的热电偶套管会导致腐蚀问题。
      金莎娱乐官方网站热电偶套管的一些最大困难是机械的,主要与振动有关。通过热电偶套管的流体产生一系列涡流,这些涡流从热电偶套管的两侧交替脱落(这是涡旋流量计背后的原理)。这些涡流导致热电偶套管在两个方向上振动:平行且垂直于流动。涡流脱落的速率(尾流或斯特劳哈尔频率)是斯特劳哈尔数(身体形状和流体雷诺数的函数)和流速除以物体直径的乘积。流。如果任一个唤醒频率太接近于热电偶套管的固有振动频率,则可能发生谐振条件,其中振动的幅度变得非常大并且导致热电偶套管疲劳和断裂。检查热套管所需的计算不会面临这种情况并不容易。一方面,许多热电偶套管的形状是圆锥形或阶梯状圆锥形而不是圆柱形,这使计算变得复杂。


磁性安装
图2.这样的单元可以放置在不同形状的表面上,并在必要时移动。
      粘性工艺材料存在各自的问题; 它们可能会弄脏热电偶套管并干扰控制过程的能力。非侵入式测量的局限性非侵入式测量有其自身的限制。环境温度和管道绝缘量会影响精度,而管壁响应介质温度变化所需的时间会减慢响应速度。也就是说,许多应用程序不需要最后可能的精确数字; 即使是相对较慢的响应仍然足够快以便实际使用。
      用于非侵入式温度测量的传感器通常是热电偶或电阻温度检测器(RTD),后者是2线,3线或4线类型。提供各种电缆,包括矿物绝缘(MI),带或不带膨胀环,以适应温度波动或温度引起的部件间运动。
表面测量的主要区别在于传感器的安装方式:
      接触块/垫。这种简单的设计(图1)适合所有表面,并提供对周围环境的良好免疫力。传感元件内置在黄铜,铜或不锈钢垫中,通过螺栓/螺钉,夹具或焊接固定在表面上。安装块有多种形状,以适应不同的表面轮廓 - 平面,V型块,半径和定制。传感元件可以是2线或4线RTD或热电偶。该设计可以处理恶劣条件,例如高温,高湿度或污垢; 使用传统电缆时,温度范围为0°C至200°C(32°至392°F);使用MI电缆时,温度范围为-196°C至600°C(-320°至1,112°F),具体取决于所使用的传感器类型。
      磁性安装。在这种设计中,一个或多个磁铁将弹簧加载的热电偶传感器的尖端紧紧靠在钢或其他铁磁表面上(图2)。它适用于不同形状(平面,弯曲或不规则)的表面和-50°至150°C(-58°至302°F)的温度。由于可以移动单元,因此对于热点检测等应用非常有用。


管夹
图3.螺栓紧固夹具将弹簧加载的RTD传感器的尖端固定在表面上。
      管夹RTD传感器。这种设计使用螺栓紧固的夹具将弹簧加载的RTD传感器的尖端固定在表面上(图3)。机械坚固,它可以支撑温度变送器 - 通常是无线温度变送器,用于安装运行电缆困难或昂贵的设备。它适用于管道,管道加热系统,流水线和井口。传感器可以测量-200°至300°C(-328°至572°F)的温度。传感器尖端有银色或镍色,可提供更好的响应时间和精度。安装夹由不锈钢制成。如果担心接触腐蚀,可以在管道表面和夹具本身之间安装绝缘补片。
      金属接触块设计和蜗杆传动软管夹。这种设计(图4)是圆形表面的良好解决方案。它可以处理高温,高湿度和污垢的恶劣环境。它配有RTD或热电偶,可在-196°C至600°C(-321°至1,112°F)的温度下使用。接触块通常是不锈钢或铜。
应用示例
表面温度传感器已经证明了自己在各种工厂的职责,包括:
      反应器表面温度测量。该申请涉及气化反应器。该装置在高温下运行; 检测昂贵且易碎的耐火衬里的任何损坏是非常重要的,因为损坏的耐火材料会导致反应器完全失效。耐火损坏导致反应器外表面上的热点浪费能量,但也警告可能的未来故障。问题是检测这些热点。
      解决方案是磁性安装传感器,可以从一个地方移动到另一个地方以检查可疑点。传感器有一个3毫米K型热电偶,通过10,000毫米的铠装电缆连接。
该传感器可以及早发现热点并降低运营和维护费用。


金属接触块与蜗杆驱动软管夹
图4.此设计适合圆形表面,可以处理高温,高湿度和污垢。
      管道加热控制。东欧的一家大型中间化学品制造商使用直径为50至200毫米(2至7.8英寸)的管材来输送塑料中间体化合物亚甲基二亚苯基二异氰酸酯(MDI)。如果化合物变得太热,它会崩解; 如果太冷,它会结晶并堵塞管道,需要关机才能清理干净。因此,该工厂使用管道加热系统将MDI保持在粘稠状态; 它应将温度保持在50°C(122°F),并具有±1.5°C(±2.7°F)的严格公差。必须在70米(230英尺)管道的多个点进行测量。
      使用带有带式夹具的表面传感器的常规测量不能提供所需的精度,并且对温度变化的响应很慢。在没有过冲和下冲的情况下保持适当的温度是很困难的。此外,更换传感器既困难又耗时,如果传感器发生故障,会增加产品丢失或过程停机的风险。
      答案是使用带有RTD元件的管夹传感器和弹簧加载的银尖端,以实现良好的热接触和快速响应。它们连接到高密度温度变送器,每个变送器有8个输入。安装既简单又经济; 传感器比传统方法更可靠,更准确地提供所需的测量。此外,传感器的可更换测量插件有助于确保过程的完整性。
高压蒸汽锅炉表面温度监测。测量是一项挑战,因为机械振动水平非常高,电缆长度较高,密度较高,工作温度为600°C(1,112°F),总温度范围为0°至800°C(32°至1,472°) F),以及锅炉管上金属与金属接触的需要。


锅炉测量
图5.接触块设计可以承受高机械振动和宽温度范围。
      使用的传感器是不锈钢接触块设计,配备3.2毫米K型热电偶。它用夹子固定在锅炉管上(图5); MI扩展回路可以在不损坏传感器的情况下处理膨胀和收缩问题。传感器连接到高密度温度变送器。
      优点包括精确的锅炉疲劳计算,锅炉管故障和热点的早期检测,锅炉运行和维护成本的降低,恶劣条件下传感器寿命的延长以及更低的布线成本。
非侵入式测量指南
      几个简单的预防措施可以帮助确保表面温度测量的最佳精度。首先,通过确保传感器与表面之间的热接触良好并随着时间的推移保持这种状态,确认测量的温度实际上是通过最小化周围环境的影响来测量容器或管道表面的温度。选择与待测表面兼容的传感器主体材料,不会产生电化学作用,从而形成一层腐蚀,增加热阻。对于磁性安装传感器,最好尽量减少传感器尖端与表面之间的实际接触面积。
      对于焊接传感器,差动膨胀可能是最大的挑战。传感器接触块的膨胀系数与表面之间的较大差异可能导致严重的应力。随着时间的推移发生大的温度变化 - 例如,在炉子启动期间 - 这些应力(可能由于振动而加剧)实际上会将传感器从表面上撕下来。
 

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