温度检测元件保护套管选型合理性的探讨

陆亚军

（中石化南京工程有限公司，江苏南京 211100）

温度检测元件保护套管选型合理性的探讨

陆亚军

（中石化南京工程有限公司，江苏南京 211100）

针对温度检测元件保护套管广泛应用于石油化工装置的现状，介绍了温度检测元件保护套管设计选型考虑因素。阐述了温度检测元件保护套管固有频率（natural frequency）和唤醒频率（strouhal frequency）的计算方法以及两者之间的关系。通过实例计算描述了对温度检测元件保护套管选型合理性的验证方法。

温度检测元件保护套管；固有频率；唤醒频率；共振

在石油化工装置生产过程的测量和控制中，温度是最基本的参数之一。温度检测可以分为接触式和非接触式，其中接触式可以分为膨胀式（包括固体的膨胀即双金属温度计、液体的膨胀即玻璃温度计、气体的膨胀即压力式温度计）、热电偶、热电阻等，非接触式可以分为辐射式、亮度式和比色式［1］。石油化工装置管道中的介质绝大多数都具有一定的压力和一定的腐蚀性，为了保证带压管道的密封性和防止温度检测元件腐蚀损坏，温度检测元件用于石油化工装置管道中进行温度检测时，一般都配套使用温度检测元件保护套管。温度检测元件保护套管能否符合现场具体振动要求是影响装置安全运行的重要因素之一。因此，对温度检测元件保护套管设计选型进行振动计算验证越来越成为工程设计人员关注的焦点问题。

用于石油化工装置中的温度检测元件保护套管主要为法兰式锥形整体钻孔保护套管，常用的安装连接方式如图1所示。在具体工程设计过程中，对温度检测元件保护套管的选型首先考虑材质，温度检测元件保护套管的材质针对具体的被测介质根据相关的标准规定选择，这里不再赘述；其次要考虑温度元件保护套管的长度、壁厚、被测介质的流速。温度检测要求：温度检测元件保护套管长度尽量的长，减少热导误差；壁厚尽量的薄，缩短响应时间；被测介质流速尽量快，缩短响应时间。而要有足够的强度，则要求温度检测元件保护套管长度尽量的短，降低冲击力，提高固有频率；壁厚尽量的厚，增加套管抗拉抗压强度；被测介质流速尽量慢，降低冲击力，降低唤醒频率。

图1 安装连接方式

根据石油化工装置运行的实际情况分析，导致温度检测元件保护套管损坏的原因主要包括：被测介质冲击产生的应力超过温度检测元件保护套管材料本身的允许应力；温度元件保护套管固有频率和唤醒频率接近，产生共振；温度元件保护套管加工制造质量问题。其中温度检测元件保护套管加工制造质量问题可以通过探伤检测、耐压检测等手段进行克服。因此，在具体的工程设计过程中，对温度检测元件保护套管选型是否合理进行振动计算验证成为温度检测元件保护套管安全使用的关键。

1 固有频率fn计算

任何有质量的物体均有固有频率，固有频率与物体的密度、外形结构等因素有关。温度检测元件保护套管固有频率的计算公式为：

式（1）中：Kt为温度检测元件保护套管的结构系数，常数；U为温度检测元件保护套管的插入深度，单位inch；E为温度检测元件保护套管在使用温度下的弹性模量，单位psi；ρ为温度检测元件保护套管的材料在使用温度下的密度，单位lb/in3。

温度检测元件保护套管的结构系数Kt的取值见表1，温度检测元件保护套管在使用温度下的弹性模量E的取值见表2。

表1 Kt的取值［5］

表2 E的取值（X6.9GPa）［6］

2 唤醒频率fs计算

插入管道中的温度检测元件保护套管，管道中的被测介质流过套管时会在套管后部产生漩涡，且漩涡沿套管两边以一定的频率交替脱落，交替脱落的漩涡直接作用于套管上，套管表面压力和切向力以相同的频率发生规则的变化，产生横向力，此时套管被迫以外力频率振动。由此引起的振动频率即为卡门涡流产生的斯屈赫（Strouhal）频率，也称为唤醒频率，温度检测元件保护套管唤醒频率的计算公式为：

Discussion on Reasonable Selection of Protection Sleeve for Temperature Detecting Element

Lu Ya-jun

in view of the current situation of temperature detecting element protection sleeve used widely in petrochemical plant，this paper introduces the design and selection of temperature measuring element.This paper describes the calculation method and the relationship between the natural frequency（frequency natural）and the wake frequency（frequency Strouhal）of the temperature sensing element.The verifi cation method for the rationality of the protection sleeve type selection of the temperature measuring element is described by an example calculation.

temperature detecting element protective sleeve；natural frequency；wake-up frequency；resonance

TP274

A

1003-6490（2016）07-0100-02

2016-07-12

陆亚军（1978—），男，江苏涟水人，高级工程师，主要研究方向为化工自动化。