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石油化
动化,2008,5:17
工程设计及标准
AUTOMATION IN PETROCHEMICAL INDUSTRY
温度计套管的性能测试计算
孙海,李兆明
(中国石油工程建设公司设计技术部,北京100011)
摘要:针对温度计套管在石油工程项目中的广泛应用,介绍了温度计套管在安全性能计算中应该考虑的主要因素和计算
方法,并通过一个计算实例,阐述了温度计套管的固有频率和伴流频率的关系以及温度计套管的最大插入深度和最大鑠作压
力,对不合理的设计结果提出了解决方法。
关键词:温度计套管;侏能测试计算;伴流频率;固有频率;最大插人深度;最大操作压力
中图分类号:TH811
文献标识码:B
文章编号:1007-7324(2008)05-0017~04
Tthe Performance Test Calculation of Thermowell
Sun Hai, Li Zhaoming
China Petroleum Eng. & Construc. Co. Eng Depart, Beijing, 100011, China)
Abstract: The main factors related with thermowell design calculation and thermowell performance test
calculation method are introduced. The relationship between natural frequency and wake frequency o
the thermowell, the calculation of thermowell maximum insertion length and maximum operating
pressure is explained in detail through an example. Reasonable solutions are put forward against
incorrect design.
Keywords: thermowell; performance test calculation; wake frequency; natural frequency; maximum
insertion length; maximum operating pressure
引言
温度计连接螺纹
目前温度计按照测温方式可以分为接触式温
吃温度计套管法兰
度计和非接触式温度计,其中接触式温度计可以分
工艺设备
为膨胀式温度计(如玻璃管水银温度计、双金属温
设备支管
度计等)、热电偶、热电阻、半导体管、电容式温度传
感器等,非接触式温度计可以分为辐射式和红外式
ノノノノ
温度计。石油工业中温度测量多采用接触式温度
图1法兰式套管与工艺设备连接
计,且用于现场指示的温度计多采用双金属温度
计,用于温度远传的多采用热电偶和热电阻温度
温度计连接螺纹
法兰连接
计。由于在石油工业中往往需要测量带压设备内
流体介质的温度,且测温流体多具有一定的腐蚀
工艺设备
设备支管
性,因此为了保证带压设备的密封性和防止测温元
件发生腐蚀,一般采用将温度计插入套管中,温度
计套管与测温流体直接接触,测温元件通过感受温
ププクググプククク
度计套管末端温度来测量流体实际温度
图2螺纹式套管与工艺设备连接
目前应用在石油工业中的温度计套管主要
有两种形式,即螺纹式和法兰式。在使用时,温
收稿日期:2008-05-28。
度计套管采用螺纹或法兰连接的方式与主工艺
作者简介:孙海(1980一),男,2006年毕业于石油大学(华
管道上事先预制好的支管相连,然后再将温度计东),获得油气储运专业硕士学位,现在中国石油工程建设公司
插入到温度计套管内,以实现测温的目的,如图( CPECC)设计部工作,目前主要从事压气站项日的工艺设计工作,
1,图2所示。
任工程师。
石油化工白动化
2008年
目前,在设计温度计食管的尺寸中,设计者往往时,尾流与温度计套管发生共振,此时升力和曳力急
容易忽略设计结果的合理与否,而不合理的尺寸设计剧增加,温度计套管将由于强烈振动而损坏。
往往会导致套管因共振而损坏等一系列严重的后果,
温度计套管的振动计算就是检验温度计套管本
直接影响到温度测量。因此对温度计套管设计尺寸身的固有频率与伴流频率是否满足 ASME PTC19.3
的校验、确定设计结果的合理性方面是非常有必要的。的要求,即
提出的温度计套管性能测试计算的目的,就是
为了检验设计出来的温度计套管尺寸,是否能够承
f
受工艺流体不同的操作条件変化对套管造成的影
响,并且能够对不合理的设计结果提出改进意见,
从而保证了套管尺寸设计的安全性。
fn=0.04
3)
2温度计套管性能測试计算
2.1振动计算…的
其中
尾流振动频率与温度计套管固有频率
当流体流经温度计套管时,由于套管体对流体的
比率;
遮挡作用导致流体的动量发生改变,而这将会在套管
一流体速度,m/s;
后部产生一个湍流尾流,并且这个尾流内会形成
B-温度计套管尖端直径,m
个漩涡,且漩涡会沿着套管两边交替地脱落,这种交
K一常数,见表1所列
替脱落的漩涡直接作用于套管体上,对套管会产生
Uー一温度计套管插入深度,m;
两种周期性变化的力:沿着流体流动方向的升力和
E一温度计套管材料在使用温度下的弹
流体流动方向平行的曳力。这炳种力将导致套管发
性模量(具体数值见表2),kPa;
生振动,并且当尾流振动频率(w)接近温度计套管
P-一温度计套管材料的密度(具体数值见
本身的固有频率(f。)时,振动愈厉害,当fw=fn
表3),kg/m3。
表1K的取值4
套管插入深度U/mm
孔径公称尺寸d/mm(inch)
(inch)
6.35(1/4
9.525(3/8)14.2875(9/16)17.4625(11/16)22.225(7/8)
63.5(2
114.3(4
2.07
2.45
3.39
190.5(7っ
2.08
2.46
3.05
2.47
3.06
3.46
4.06
406.4(16)
4.0
609.6(24)
2.47
3.48
表2E的取值(×6.9GPa)
t/℃(T)
材料
25480590590650
(70)(200)(300)(400)(500)(600)(700)(800)(900)(1000)(1100)(1200)
Stainless Steel'28.327.62726.525.825.324.824.123.522.822.121
C. Steei
29.528.828.327.727.326.725.524.222.420.418.0
noone
29.128.828.328.127.627,026