溫度傳感器熱套管的安裝注意事項

更新日期：2024-05-28 點擊次數：2794

本文主要是針對溫度傳感器配套的熱套管的選型、安裝等方面事項進行概述總結，可能有遺漏之處，還望指正，謝謝！！

熱套管的長度

熱套管（Thermowell）是一段末端封閉的金屬管，主要通過焊接、螺紋或法蘭連接的方式安裝到過程容器或管線上，可保護溫度傳感器免受流致應力、高壓和腐蝕性化學品等嚴苛工況的影響。此外，熱套管使傳感器可以輕松方便地拆下以進行標定或更換。

在管道進行安裝時，為了獲得準確的溫度測量，熱套管的端頭一般建議插入到管道中心。為了最大限度地減少熱量損失帶來的誤差，根據經驗：熱套管的浸入長度應至少為熱套管或傳感器直徑的10倍。因此，對于外徑為1英寸（2.54cm）的熱套管，浸入長度應為10英寸（25.4cm），對于標準外徑為1/4英寸（6.35 mm）的傳感器，浸入長度應至少為2.5英寸（63.5 mm）。

對于管道內介質流速特別高或傳感器直接安裝的情況，浸入長度的增加也會提高了因振動過大導致故障的可能性，建議通過專業軟件進行疲勞分析或咨詢生產廠家來確認安裝方案。

熱套管的位置

熱套管應選擇安裝在能夠準確反映工藝溫度且便于日常維護的位置。

由于過程介質可能混合不均勻和壁效應（Wall effects），工藝溫度將隨著容器或管道中工藝流體的位置而變化。對于聚合物等高粘度介質，管壁附近的介質溫度可能與管道中心處的介質溫度有著顯著的差別。大多時候特種聚合物的管徑又恰恰小于4英寸（DN100），這就造成了沒有足夠的浸入長度來測量管道中心處溫度的問題。這種情況下，獲得具有代表性的管道中心處溫度測量值的最佳方法是將熱套管插入與介質流動方向相反的（逆向）彎頭中（圖中位置1）。

如果熱套管插入方向與介質流動方向相同（圖中位置2），由于彎管處流體擾動很可能會引入更多的噪音，導致測量值偏差較大不具代表性。

熱套段傾斜一定角度插入（圖中位置3）與垂直插入（圖中位置4）相比較可以增加一定的浸入長度，但是除非熱套管的端頭能夠超過管道中心線，否則兩種方式的浸入長度仍然太短。有些類型的熱套管（如：階梯型）可以通過減小端頭位置的直徑來減少一些浸入長度的要求，可根據實際情況確定選擇何種類型熱套管。

對于存在熱交換器、混合器或減溫器的應用，需要合理優化熱套管與以上設備出口的距離，通常來講25倍管徑的距離相對比較合適，既能確保單相流體足以達到相對均勻的溫度分布，也能最大限度地減少混合不良或兩相流產生的噪音。

熱套管的結構

熱套管的閥桿是插入過程介質中的部件，閥桿主要有錐型、直型和階梯型。熱套管的性能因其閥桿設計而異，選擇合適的閥桿類型，能夠縮短響應時間或提高耐用性。

1. 階梯型；2. 錐型；3. 直型

通常來講，錐型或階梯型閥桿提供更快的響應速度，產生更小的壓降，并且不易受到傳導誤差和振動故障的影響；直型具有最慢的響應速度，因為它們在端頭處直徑最大（有最多的材料）；階梯型具有最快的響應速度，因為它們在端頭處直徑最小。最小的直徑也會產生最小的阻力，帶有階梯型閥桿的套管還提供了尾流頻率（渦流脫落）和固有頻率（由熱套管本身的特性決定）之間的最大分離。如果尾流頻率達到熱套管固有頻率的80%或以上，則非常容易發生共振，并可能造成損壞。

階梯型和錐型熱套管提供了更快的響應速度、更低的壓降，并且與尾流頻率共振造成振動損壞的可能性更小。但由于制造過程更復雜，相應的價格也略高一些。

熱套管長度、位置和結構的選擇決定了引入過程噪音的多少以及溫度測量值是否準確代表了過程溫度。

更多信息可參閱《Advanced Temperature Measurement and Control》。