您的位置: 新聞中心》

熱套式熱電偶的工作情況

溫馨提示：如果您對我們的產(chǎn)品、服務(wù)感興趣，或者有什么可以幫助您的，您可以點(diǎn)擊在線咨詢與我們在線交談，或者撥打我們的客服電話13262809751（微信/手機(jī)同號。） 。

　　熱套式熱電偶不少人對于這款產(chǎn)品是陌生的，它其實(shí)是用于測量蒸汽管道及鍋爐的溫度，這也是它的主要用途。本文我們來講講熱套式熱電偶的工作情況是怎樣的。
一、熱電偶測溫過程中保護(hù)套管引起的誤差
　　安裝在保護(hù)套管內(nèi)的熱電偶在測溫過程中的誤差，除了熱電偶本身的誤差外，保護(hù)套管引起的誤差也是不能忽視的。保護(hù)套管引起的誤差來源主要有以下三方面：
　　（1）熱電偶的熱點(diǎn)沒有插到保護(hù)套管端部并與端部緊密接觸。這時熱電偶所測溫度實(shí)際上只是保護(hù)套管端部腔內(nèi)的空氣溫度。
　　（2）保護(hù)套管的安裝不當(dāng)，未能保證熱電偶的熱點(diǎn)位于被測溫度范圍內(nèi)。其原因有保護(hù)套管的長度過長或不足、保護(hù)套管的安裝角度不當(dāng)?shù)取?br /> 　　（3）在測量較高溫度時，保護(hù)套管暴露在空氣中的部分保溫不妥，由于傳導(dǎo)散熱造成測量誤差。
　　在上述三類原因中，（1）和（3）兩類問題是比較容易解決的，只需要在安裝過程中嚴(yán)格按照規(guī)定稍加注意即可以避免，而且在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)這些問題也可以隨時解決。至于第（2）類問題，由于保護(hù)套管安裝后無法隨時改變，必須在設(shè)計(jì)過程中縝密考慮，在安裝過程中精心施工。
　　通常認(rèn)為管道中心的溫度最高，而且偏離管道中心后溫度會較快地降低。因此在安裝保護(hù)套管時，要求保護(hù)套管的端部要略微超過管道中心以保證熱電偶的熱點(diǎn)能位于溫度最高點(diǎn)。這樣做使得保護(hù)套管插入管道內(nèi)的長度較大。
　　一般大容量機(jī)組的主蒸汽管道直徑多在300～800mm之間，因此保護(hù)套管插入管道的深度約為150～400mm。對于熱電偶而言，這一插入深度并不大。但是對于保護(hù)套管來說，由于管道內(nèi)的介質(zhì)流速較高，溫度和壓力也高，惡劣的工作條件對于保護(hù)管來說是很難承受的。
　　對于中壓機(jī)組，其壓力為4MPa、溫度435℃：對于亞臨界機(jī)組，其壓力為18MPa、溫度540℃；對于所有機(jī)組，流速都達(dá)到40～60m／s。
　　在上述工作條件下，為了提高保護(hù)套管的強(qiáng)度，需要增加保護(hù)套管的壁厚，也就是保護(hù)套管的直徑。但是，保護(hù)套管壁厚的增加又會降低熱電偶的動態(tài)特性。因此，不得不將保護(hù)套管作成錐形，使得套管端部壁薄而根部壁厚。在采取這一措施后，用于機(jī)組主蒸汽管道上的熱電偶保護(hù)管仍然經(jīng)常發(fā)生斷裂事故。
　　美國某咨詢公司提供過使用316SS（0Cr18Nil2M02Ti）不銹鋼材料制造的保護(hù)套管在不同溫度、壓力和流速下的zui大允許插入深度。數(shù)據(jù)是僅就材料強(qiáng)度而作的限制。根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，介質(zhì)壓力越高、流速越高、溫度越高時，由于保護(hù)套管強(qiáng)度的限制，允許插入深度越短。
　　二、熱套式電偶
　　在這一情況下，人們開始考慮縮短保護(hù)套管的插入深度，打算以犧牲測量精度的方式來提高保護(hù)管的可靠性。但是對于主蒸汽管道上的熱電偶而言，測量精度又是要求最高的。因此，縮短保護(hù)套管插入深度的設(shè)想始終未能實(shí)施。七十年代初期，英國中央發(fā)電局CEGB（CentralElectricityGeneratingBoard）編寫的《現(xiàn)代電站實(shí)踐》一書（ModemPowerStationPractice）第2版引入我國，書中介紹了CEGB開發(fā)的具有蒸汽套的熱電偶保護(hù)套管。在熱電偶保護(hù)套管和安裝套管之間留有足夠的空間作為熟套，進(jìn)入熱套中的蒸汽可以對保護(hù)管加熱。保護(hù)管的中部有一個三角形的棱柱，以保證蒸汽可以順利地進(jìn)入熱套，棱柱支持在蒸汽管道的開孔內(nèi)，用以保持熱電偶保護(hù)套管的位置，并允許套管在溫度變化時能沿軸向自由移動。保護(hù)套管的尺寸正好使熱電偶的熱點(diǎn)位于管道中心線。開發(fā)這種保護(hù)套管的目的是為了減少溫度測量的時延。這種保護(hù)套管的時延比…般保護(hù)套管的時延要小，書中還提供了與其它形式保護(hù)套管比較的試驗(yàn)曲線。
　　在CEGB型保護(hù)套管的啟發(fā)下，基于當(dāng)時的認(rèn)識水平，我們認(rèn)為如果熱電偶被蒸汽加熱部分的長度不變，則插入管道的深度縮短對測量精度的影響應(yīng)該是不大的。在這一思路的指導(dǎo)下，七十年代中期，由電力部所屬某研究所和一機(jī)部儀表局所屬某儀表廠聯(lián)合開發(fā)了用于測量主蒸汽溫度的熱套式保護(hù)套管。保護(hù)套管的結(jié)構(gòu)與CEGB的保護(hù)套管基本接近。為了穩(wěn)妥起見，防止保護(hù)套管斷裂后落入管道造成更大的事故，保護(hù)套管的棱柱部分作成錐形。在安裝時，將棱柱的錐面壓緊在管道開孔上以確保保護(hù)套管的棱柱錐面在管壁上牢固地固定。熱套式保護(hù)套管在中壓機(jī)組上應(yīng)用時并沒有發(fā)現(xiàn)斷裂問題，但是隨著蒸汽參數(shù)的不斷增高，熱套式保護(hù)套管也出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象。
　　三、故障原因的分析
　　熱套式保護(hù)套管的安裝步驟如下：
　　（1）在被測介質(zhì)的管道上開孔。為了使保護(hù)套管的三角錐面牢固地安裝在管壁上，可先鉆一個直徑38mm的通孔，再擴(kuò)大到直徑42mm，擴(kuò)孔時將直徑38mm的孔保留10mm長。
　　（2）焊接安裝套管。安裝套管的長度，應(yīng)確保保護(hù)套管的三角錐面牢固地抵在直徑38mm的孔內(nèi)。
　　（3）插入保護(hù)套管。當(dāng)保護(hù)套管的三角錐面已與38mm孔密合時，保護(hù)套管和安裝套管之間應(yīng)留有足夠的焊接間隙。
　　（4）將保護(hù)套管焊接在安裝套管上。
　　從熱套式保護(hù)套管的結(jié)構(gòu)和安裝方式可以看出，在安裝時要求將保護(hù)套管的棱柱錐面壓緊在管道開孔上，以確保保護(hù)套管的棱柱錐面在管壁上牢固地固定。當(dāng)溫度升高后，由于保護(hù)套管和安裝插座的溫升不同，保護(hù)套管的溫度明顯高于安裝插座，保護(hù)套管的膨脹也大于安裝插座。但是，熱套式保護(hù)套管的安裝方式使得保護(hù)套管和安裝套管之間無法產(chǎn)生位移，因此在機(jī)組運(yùn)行過程中保護(hù)套管始終受到壓應(yīng)力，而安裝插座始終受到拉應(yīng)力。在長期運(yùn)行和多次啟停后，套管受到應(yīng)力的影響就可能導(dǎo)致斷裂。在中壓機(jī)組上，由于材料的強(qiáng)度足夠，斷裂的可能性小；當(dāng)壓力增高后，由于接近材料的強(qiáng)度極限，斷裂的情況就容易發(fā)生。
　　四、熱套式熱電偶的效果
　　使用熱套式熱電偶后，測量主蒸汽溫度的熱電偶插入深度已由150mm左右縮短到80mm左右。為了弄清熱套式熱電偶的效果，曾與插入管道中心線的熱電偶進(jìn)行過多次對比。對比的結(jié)果是，兩種不同插入深度的熱電偶，所測得溫度的差值不大于3℃，沒有超過熱電偶的允許誤差。由于當(dāng)時對管道內(nèi)介質(zhì)的溫柔度分布情況不夠了解，因此就錯誤地認(rèn)為熱套式熱電偶保護(hù)套管的開發(fā)是成功的。
　　七十年代末期，我國從幾個國家進(jìn)口了一批大容量機(jī)組。在對它們進(jìn)行調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，所有機(jī)組的主蒸汽熱電偶的熱點(diǎn)都沒有按照傳統(tǒng)的做法插入到管道的中心，插入深度都已縮短，但是保護(hù)套管仍采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并未使用蒸汽熱套等方式。這些機(jī)組主蒸汽熱電偶的插入深度見表2。
　　這一情況引起了我國火電廠自動化專業(yè)工作人員的注意，部分專業(yè)工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量的分析和試驗(yàn)工作，終于將這一問題弄清了。
　　五、汽、水流體的溫度場
　　流體在管道中沿直徑方向的溫度場是隨著流體流速不同而改變的。當(dāng)流體的流速較低、雷諾數(shù)低于臨界值（2200）時，流體的流動為層流狀態(tài)。管道內(nèi)的流體流速以管道中心為最高，離開中心線后流速會很快的降低并沿管道直徑方向呈拋物線形變化。而管道截面上的溫度分布情況與流速分布情況相似，也是管道中心溫度最高，越接近管壁，溫度就越低。其溫度場也類似拋物線形，因此，在層流流體的管道中測量溫度時，必須將熱電偶的熱點(diǎn)準(zhǔn)確安置在管道中心。
　　當(dāng)管道中的流體流速較高、其雷諾數(shù)超過臨界值時，流體的流動為紊流狀態(tài)。這時，管道內(nèi)流體分子相互作用加強(qiáng)，以至只有緊靠管壁的一薄層流體還保持著層流特性。流體大部分截面上的流速幾乎是相同的，而管道內(nèi)溫度場的情況也類似，因此，在紊流流體的管道中測量溫度時，只需將熱電偶的熱點(diǎn)插入流體的等溫區(qū)就可以準(zhǔn)確地測量出流體的溫度，而插入深度完全無需達(dá)到管道的中心。根據(jù)在一臺200MW機(jī)組上的試驗(yàn)結(jié)果，對于直徑為273X20mm的主蒸汽管道，熱電偶的熱點(diǎn)在管道內(nèi)插入50mm即可進(jìn)入流體的等溫區(qū)。
　　根據(jù)上述理論分析和試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合國外進(jìn)口機(jī)組情況，可以看出：在紊流流體的管道中測量溫度時，熱電偶保護(hù)套管的插入深度選擇在65～90mm之間就可以準(zhǔn)確地測量出流體的溫度。目前市場上熱電偶保護(hù)套管的插入深度系列一般均為50、100、150mm等，為了穩(wěn)妥起見，選用插入深度100mm顯然是zui合理的。
　　為了提高熱電偶和熱電阻保護(hù)套管的工作可靠性，在火力發(fā)電廠中，主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度和給水溫度等高溫高壓介質(zhì)的溫度測量，都可以采用上述減少保護(hù)套管插入深度的方式進(jìn)行測量。這些管道中的介質(zhì)在工作過程中，其雷諾數(shù)始終是超過臨界值的。
　　六、結(jié)論
　　（1）由于受到材料強(qiáng)度的限制，在高溫、高壓和高流速管道中，熱電偶保護(hù)套管的插入深度是有限的。在大多數(shù)情況下，是不能插入到管道中心線的。
　　（2）由于高速流體在管道截面上的溫度分布特性，在高溫、高壓和高流速管道中，熱電偶保護(hù)套管插入深度超過50mm就可以準(zhǔn)確地測量管道內(nèi)介質(zhì)的溫度。
　　（3）專門開發(fā)的熱套式保護(hù)套管，對于準(zhǔn)確地測量管道內(nèi)介質(zhì)的溫度并沒有任何幫助，相反地還可能帶來事故，完全沒有繼續(xù)使用的價值。
　　（4）在高溫、高壓和高流速管道中測量溫度時，建議采用國際上通用的保護(hù)套管形式。

上一篇：蒸汽渦街流量計(jì)的性能和特點(diǎn)
下一篇：法蘭式變送器的防護(hù)

推薦產(chǎn)品