王以懿

    (中石化上海工程有限公司，上海 200120)

    化工装置中温度计套管频率限制的研究及计算

    王以懿

    (中石化上海工程有限公司，上海 200120)

    工程应用离不开温度测量，而温度计套管会因流体对套管的作用力过大而导致损坏甚至断裂，进而造成插在套管内的检测元件损坏而影响测量，并产生泄漏及引发事故。分析了温度计套管共振产生的原因以及在共振情况下的动态应力瞬间放大情况。然后，根据ASME PTC 19.3 TW—2010标准分析了温度计套管振动与自然频率和漩涡脱离频率fS之间的关系，以及其他的一些限制条件。最后，通过对温度计套管静态应力和动态应力的分析，以及公式计算，提出了更为全面的温度计套管应力分析和断裂评估方法，使温度计套管避免损坏及断裂。

    温度计套管；共振；频率；动态应力；静态应力

    温度是石化、化工装置生产过程的测量和控制中最基本、最重要的参数之一。随着石油化工、煤化工等产业的发展，新建装置对温度仪表的需求越来越多，质量要求也越来越高。按照温度仪表测量方式及测温元件是否接触被测介质的不同，可以将温度仪表分为接触式(例如热电阻、热电偶等)和非接触式(例如红外式温度计、辐射式温度计)两大类。其中，接触式温度计由于其测温可靠、结构简单、成本低廉，是在化工行业工业生产中应用最广泛的温度仪表。为了确保化工装置压力容器和管道的密封性，不使其易燃易爆、有毒有害有腐蚀性或者高温高压工艺介质泄漏，同时便于在不停止生产的前提下仪表人员的在线检修维护和更换测温元件，温度检测元件一般都利用温度计套管与被测介质接触，通过感受温度计套管末端温度来测量流体温度以及对检测元件进行保护。但是，在实际应用过程中，由于设计选型不当造成温度计套管在流体输送过程中损坏、断裂的情况时有发生，对装置的安全生产也带来了极大的安全隐患，因此，设计人员在设计时就应该通过计算与合理的选型，避免此类风险。

    温度计套管的损坏断裂，除去材料不合格、焊接缺陷等制造加工方面的原因之外，结构设计不当，对共振、流体冲击、流体静压力所造成的风险考虑不周也是重要的原因。

    在早期的温度计套管设计选型时，设计人员依据的是1974年版的ASME PTC 19.3标准，以及其在2004年的再版文件。该标准从频率限制与最大允许静态压力两方面进行计算，频率限制就是我们通常所要求的避免流体的唤醒频率(斯特劳哈尔频率)fw接近套管本身的自然频率fn，即要求fw<0.8 fn，控制方法是对套管的长度进行限制。标准中要求套管长度满足两个条件，首先要满足频率限制 ......