CN102331311B - 高压多点柔性铠装热电偶及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压多点柔性铠装热电偶及其制作方法。高压多点柔性铠装热电偶包括高压法兰及若干根带有保护套管的热电偶，热电偶穿设在高压法兰的热电偶安装孔中，热电偶安装孔的孔壁和热电偶之间从上到下依次设有上固定套、耐高温膨胀密封件和下固定套，高压法兰上设有具有多道密封腔的高压密封件，热电偶的端头穿过高压密封件并露出于高压密封件的顶面外。高压法兰的底面设有中间凸台，中间凸台及热电偶保护套管的表面均设有陶瓷涂层。高压多点柔性铠装热电偶的制作方法主要是在临氢界面采用独特的不焊接安装工艺。本发明避免了临氢界面焊接区域不耐腐蚀而发生开裂现象，提高耐温、耐氢催开裂性能，还具有多重堵漏功能，提高密封性及安全性。

Description

高压多点柔性铠装热电偶及其制作方法

技术领域

 本发明涉及一种耐高压多点热电偶，尤其涉及一种提高耐温、耐氢催开裂性能，具有多重堵漏功能，既抗震又堵漏，安全性能高的高压多点柔性铠装热电偶及其制作方法。

背景技术

在炼油化工的生产过程中，高压加氢及加氢裂化、化工PX 大型芳烃装置中，反应物流从反应器顶部进入，在催化剂的作用下物料间发生化学反应，放出热量，因此沿反应器轴向存在催化剂床层温升。当催化剂床层入口分配器设计不好、催化剂部分床层结构损坏、有大的工艺条件变动等情况下，床层的某一横断面上不同位置的温度也有可能不同，即催化剂床层径向温升。反应温升主要通过催化剂床层间注入的冷氢量进行控制，把催化剂床层分成几段，为有效控制每段入口温度的给定值，满足出口温度要求，保持各段催化剂床层的入口温度相同，保证反应器平稳可靠的正常运行。用热电偶测量温度是接触式温度传感器最普遍的方法和手段，尤其是准确测量反应器床层的温度是控制的关键，特别是固定床加氢、加氢裂化装置和PX大型芳烃装置等温度测量，由于反应器既存在轴向温差有存在径向温差，温度测量点越多，反应的床温越全面，就需要有更多的测量点来测量温度，从而诞生了多点热电偶。多点热电偶为分体单管单点、单管双点、单管多点铠装热电偶，即一支独立的铠管内包含单点、双点及不同长度的多点热电偶，可以测量同一平面或不同平面的多个温度点，达到一个入口可以有3～60个甚至更多的温度测量点，能对反应器轴向温度和径向温度进行均匀、详细、全面的测量和控制，为准确地反映反应器正常运行提供了最佳选择。

但是原有多点铠装热电偶还存在以下不足之处：

1、高压法兰与介质接触的底面，往往都是临氢界面。原有高压多点铠装热电偶与高压法兰之间通常都在临氢界面采用焊接方法进行密封连接。由于铠装热电偶的保护套管直径小且壁薄，高压法兰直径大且厚，因两焊件之间壁厚差异特别大，焊接熔点不一致，因此不但焊接技术要求特别高，而且因焊接工艺造成的焊缝组织和热影响区域晶粒粗大或不均匀、因焊缝硬度较高产生的残余应力等焊接质量问题，会导致小直径、薄壁的铠装热电偶的保护套管脆性增加，造成容易断裂和不耐氢气腐蚀而开裂的问题，给运输、安装和使用寿命都带来极大的不利。以一支22点的多点热电偶为例，如果在运输、安装过程中断裂一支，就会对整只产品产生影响，重新修复难度很大。

2、原有高压多点铠装热电偶的高压密封问题还未得到很好的解决，既影响测量，也存在安全隐患。

3、原有的高压法兰的临氢界面、原有高压多点铠装热电偶的保护套管，由于要与反应器介质接触，容易被腐蚀而开裂，也降低耐温性能，从而影响产品的使用寿命。

发明内容

本发明主要解决原有高压多点热电偶与高压法兰之间通常都在临氢界面采用焊接方法进行密封连接，造成热电偶容易断裂和不耐氢气腐蚀而开裂，给运输、安装和使用寿命都带来极大的不利的技术问题；提供一种高压多点柔性铠装热电偶，其在高压法兰临氢界面通过采用独特的不焊接工艺安装结构，排除了因焊接工艺造成的焊缝组织和热影响区域晶粒粗大或不均匀、焊缝硬度较高产生的残余应力等问题，避免了高压法兰临氢界面焊接区域易因不耐酸气腐蚀、不耐氢气腐蚀而发生开裂现象，既保证了热电偶的保护套管的刚度、强度，又提高耐温、耐氢催开裂性能，还具有多重堵漏功能，既抗震又堵漏，安全性能高，便于运输和安装，也大大延长使用寿命。

本发明同时解决原有高压多点铠装热电偶的高压密封问题还未得到很好的解决，既影响测量，也存在安全隐患的技术问题；提供一种高压多点柔性铠装热电偶，其通过对高压密封件的结构的巧妙设计，增加多道密封结构，使密封性能得到可靠保证。

本发明还解决原有的高压法兰的临氢界面、原有高压多点铠装热电偶的保护套管，由于要与反应器介质接触，容易被腐蚀而开裂，也降低耐温性能，从而影响产品的使用寿命的技术问题；提供一种高压多点柔性铠装热电偶，其通过在氢气接触部件雾化一层陶瓷薄膜涂层，改良热电偶的保护套管的材质，达到在耐高温的基础上，提高抗氢催开裂的性能，有效延长使用周期，大大降低使用成本。

因为本发明的多点铠装热电偶采用了独特的不焊接工艺安装结构，因此为了和本发明的多点热电偶匹配，本发明同时提供一种高压多点柔性铠装热电偶的制作方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的高压多点柔性铠装热电偶，包括高压法兰及若干根带有保护套管的热电偶，所述的高压法兰设有若干个热电偶安装孔，所述的热电偶的端头一一对应地从热电偶安装孔中穿过，所述的高压法兰的热电偶安装孔的孔壁和热电偶之间设有上固定套、下固定套和耐高温膨胀密封件，上固定套位于热电偶安装孔的上孔口，下固定套位于热电偶安装孔的下孔口，耐高温膨胀密封件位于上、下固定套之间，所述的高压法兰上设有高压密封件，所述的热电偶的端头穿过高压密封件并露出于高压密封件的顶面外。热电偶的端头再通过导线和接线箱上多点接线排相连，这种接线箱一般采用不锈钢防爆接线箱，从而把热电偶测得的温度信号传输出去。耐高温膨胀密封件为金属与非金属结合体，将金属薄片做骨架，与带状的膨胀石墨按一定的比例和温度膨胀系数层压成圆片，按产品要求的点数和热电偶保护套管的直径再加工钻孔，孔径的缩比与温度膨胀系数有关。安装时，先在常温下将耐高温膨胀密封件加压到致密实体，在同样温度情况下，其膨胀系数大于高压法兰和热电偶保护套管，具有多重堵漏功能。在工况特别恶劣的情况下，保护套管即使开裂或断裂，被测介质也不会往外泄漏，达到既抗震又堵漏的效果，提高安全性能。本发明通过上、下固定套及耐高温膨胀密封件实现热电偶和高压法兰之间的密封连接，使得临氢界面不需要焊接密封，排除了因焊接工艺造成的焊缝组织和热影响区域晶粒粗大或不均匀、焊缝硬度较高产生的残余应力等问题，避免了高压法兰临氢界面焊接区域易因不耐酸气腐蚀、不耐氢气腐蚀而发生开裂现象，既保证了热电偶的保护套管的刚度、强度，又提高耐温、耐氢催开裂性能，还具有多重堵漏功能，既抗震又堵漏，安全性能高，便于运输和安装，也大大延长使用寿命。

作为优选，所述的下固定套和所述的热电偶之间通过焊接固定，焊接点位于下固定套的顶部。焊接点既起到固定作用又起到密封作用，在高压法兰临氢界面不焊接的前提下，增加下固定套和热电偶之间的连接强度及密封性能。

作为优选，所述的上固定套和所述的热电偶之间通过焊接固定，该焊接点位于上固定套的顶部；所述的上固定套和所述的高压法兰之间通过焊接固定，该焊接点位于高压法兰的顶面。焊接点既起到固定作用又起到密封作用，增加上固定套和热电偶、高压法兰之间的连接强度及密封性能。

作为优选，所述的热电偶和高压密封件之间通过焊接固定，该焊接点位于高压密封件的顶面。焊接点既起到固定作用又起到密封作用，增强高压密封件和热电偶之间的连接强度及密封性能。

作为优选，所述的高压密封件包括壳体及设于壳体内的上实心密封件、瞭望密封腔和下实心密封件，上、下实心密封件分别位于壳体的顶部和底部，瞭望密封腔位于上、下实心密封件之间；所述的壳体的侧面设有和瞭望密封腔连通的高压连接件。壳体可以采用螺栓安装到高压法兰的顶面上。测温时，在高压连接件上安装上高压截止阀，高压截止阀再和压力变送器相连，从而通过压力变送器可以观察瞭望密封腔内的压力。一旦热电偶有开裂或密封处有泄漏，被测介质就会灌入瞭望密封腔内，则压力变送器显示的压力值就会有变化，使得相关工作人员可以及时作出处理。而且上、下实心密封件及瞭望密封腔起到三道密封作用，大大提高高压密封性能，提供可靠安全保证。瞭望密封腔可以直接由上、下实心密封件和壳体围成，也可由一个中空的密封框体制成，密封框体的侧面开有一个通孔，通过该通孔使得高压连接件和瞭望密封腔连通。

作为优选，所述的高压密封件上连接有中间设有通孔的顶部压板，顶部压板设有朝下的中间凸圈，顶部压板和高压密封件的壳体相连，中间凸圈紧压在上实心密封件上，所述的热电偶的端头位于所述的通孔内。顶部压板上还可安装过渡框架，过渡框架上再安装内部设有多点接线排的不锈钢防爆接线箱。顶部压板既对高压密封件起到进一步压紧、密封的作用，又起到便于安装接线箱的作用。

作为优选，所述的高压法兰的底面设有中间凸台，中间凸台的表面设有陶瓷涂层，所述的热电偶的保护套管的表面设有陶瓷涂层。中间凸台起到进一步密封反应器的作用。这些陶瓷涂层呈薄膜状，一般只有0.2mm左右的厚度，通过雾化喷涂而成，既提高了耐温性能，又提高了所有与氢气接触部件的抗氢催开裂效果，有效延长使用寿命。

作为优选，所述的热电偶的保护套管材质采用优化合金冶炼而成，从而提高耐温范围，特别是高温、高压下抗氢催开裂性能。所述的合金包括重量比为21～25％的镍、18～23％的铬、4～6％的钼、1.5～3.5％的铜、3.0～5.0％的铝、3.0～4.5％的铌、1.5～2.5％的钇、0.02～0.04％的碳、0.8～1.2％的锰、0.8～1.5％的硅、小于0.03％的磷、小于0.03％的硫以及其余的铁。将这种配方的合金炼成钢锭，轧制成管坯，再拉制成一定直径的钢管。原来的热电偶保护套管所采用的材质在实际使用过程中不适应氢气介质，在临氢状态下反作用很大。本发明在耐高温的铬、镍、钼、铌的基础上，重点加入金属钇、加大铜和铝的含量，实现在耐高温的基础上，进一步提高热电偶保护套管的抗氢催开裂的性能。

本发明上述技术特征的改进，使其非常适合用在高压加氢及加氢裂化、化工PX 大型芳烃装置上。

本发明的高压多点柔性铠装热电偶的制作方法，包括以下步骤：

a.在所述的热电偶上套上所述的下固定套，将热电偶和下固定套的顶部焊接密封起来，再将热电偶的端头自下而上穿过所述的高压法兰的热电偶安装孔，下固定套压装入热电偶安装孔内，并且下固定套位于热电偶安装孔的下孔口处；

b.将所述的耐高温膨胀密封件自上而下压进热电偶安装孔内并紧靠下固定套，再将所述的上固定套套在热电偶上并压入热电偶安装孔内，然后在上固定件套和高压法兰之间、在上固定件套和热电偶之间进行焊接密封；

c.再在高压法兰上连接所述的高压密封件，所述的热电偶的端头穿过高压密封件，再在热电偶和高压密封件的顶面之间进行焊接密封。

作为优选，在所述的步骤a前增加一个步骤a1, 步骤a1为：在所述的热电偶的保护套管的表面雾化一层陶瓷涂层，所述的高压法兰的底面设有中间凸台，在中间凸台的表面也雾化一层陶瓷涂层；在步骤c后增加一个步骤d，步骤d为：在所述的高压密封件上安装中间设有通孔的顶部压板，顶部压板设有朝下的凸圈，顶部压板的外圈和高压密封件的壳体相连，凸圈紧压在上实心密封件上，所述的热电偶的端头位于顶部压板的通孔内。

本发明的有益效果是：在高压法兰临氢界面和热电偶之间通过采用独特的不焊接连接结构，排除了因焊接工艺造成的焊缝组织和热影响区域晶粒粗大或不均匀、焊缝硬度较高产生的残余应力等问题，避免了高压法兰临氢界面焊接区域易因不耐酸气腐蚀、不耐氢气腐蚀而发生开裂现象，既保证了热电偶的保护套管的刚度、强度，又提高耐温、耐氢催开裂性能，还具有多重堵漏功能，既抗震又堵漏，安全性能高，便于运输和安装。在高压法兰上安装具有多道密封结构的高压密封件，使密封性能得到可靠保证。通过改良热电偶的保护套管的材质，同时在所有氢气接触部件表面雾化一层陶瓷薄膜涂层，达到在耐高温的基础上，提高抗氢催开裂的性能，有效延长使用周期及使用寿命，大大降低使用成本。

附图说明

图1是本发明的一种局部剖视的安装结构示意图。

图2是本发明中高压法兰、热电偶及高压密封件的连接结构的一种剖视示意图。

图3是图2中A的放大图。

图中1.高压法兰，2.热电偶，3.上固定套，4.下固定套，5.耐高温膨胀密封件，6.壳体，7.上实心密封件，8.瞭望密封腔，9.下实心密封件，10.高压连接件，11.顶部压板，12.通孔，13.中间凸圈，14.中间凸台，15.高压截止阀，16. 压力变送器，17.过渡框架，18.多点接线排，19.不锈钢防爆接线箱，20.焊接点。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的高压多点柔性铠装热电偶，如图1、图2、图3所示，包括高压法兰1及多根带有保护套管的热电偶2，高压法兰1的底面有中间凸台13，中间凸台13的表面雾化有一层薄膜状的陶瓷涂层，热电偶2的保护套管的表面也雾化有一层薄膜状的陶瓷涂层，陶瓷涂层的厚度为0.2mm。高压法兰1上有数量和热电偶根数相同的多个热电偶安装孔，热电偶2的端头一一对应地从热电偶安装孔中穿过，在热电偶安装孔的孔壁和热电偶2之间安装有上固定套3、下固定套4和耐高温膨胀密封件5，上固定套3位于热电偶安装孔的上孔口，下固定套4位于热电偶安装孔的下孔口，耐高温膨胀密封件5位于上、下固定套之间并且和上、下固定套紧贴。下固定套4和热电偶2之间通过焊接固定，焊接点20位于下固定套4的顶部；下固定套4和高压法兰之间不焊接，下固定套4的底部和热电偶之间也不焊接。上固定套3和热电偶2之间通过焊接固定，该焊接点20位于上固定套3的顶部；上固定套3和高压法兰1之间通过焊接固定，该焊接点20位于高压法兰1的顶面。高压法兰1上通过螺栓安装有高压密封件，热电偶2的端头穿过高压密封件并露出于高压密封件的顶面外，热电偶2和高压密封件之间通过焊接固定，该焊接点20位于高压密封件的顶面。高压密封件包括壳体6及安装于壳体6内的上实心密封件7、瞭望密封腔8和下实心密封件9，上、下实心密封件分别位于壳体6的顶部和底部，瞭望密封腔8位于上、下实心密封件之间；壳体6的侧面安装有一个和瞭望密封腔8连通的高压连接件9，高压连接件9上安装上高压截止阀15，高压截止阀再和压力变送器16相连。高压密封件上通过螺栓安装有中间有通孔12的顶部压板11，顶部压板11有一个朝下的中间凸圈13，顶部压板11的外圈通过螺栓和高压密封件的壳体6相连，中间间凸圈13紧压在上实心密封件7上，热电偶2的端头位于顶部压板11的通孔12内。顶部压板上再安装过渡框架17，过渡框架上再安装内部设有多点接线排18的不锈钢防爆接线箱19。本实施例中，热电偶2的保护套管的材质采用优化的合金冶炼而成，该合金的配方为：重量比为23％的镍、19％的铬、5％的钼、2％的铜、3.5％的铝、3.0％的铌、1.3％的钇、0.02％的碳、1.0％的锰、1.0％的硅、0.025％的磷、0.02％的硫，其余均为铁。

上述高压多点柔性铠装热电偶的制作方法，包括以下步骤：

a.在热电偶2保护套管的表面雾化一层陶瓷涂层，高压法兰1的中间凸台14的表面也雾化一层陶瓷涂层，陶瓷涂层的厚度均为0.2mm；

b.在热电偶2上套上下固定套4，将热电偶2和下固定套4的顶部焊接密封起来，再将热电偶2的端头自下而上穿过高压法兰1的热电偶安装孔，下固定套4压装入热电偶安装孔内，并且下固定套4位于热电偶安装孔的下孔口处；

c.将耐高温膨胀密封件5自上而下压进热电偶安装孔内并紧靠下固定套4，再将上固定套3套在热电偶2上并压入热电偶安装孔内，然后在上固定件套3和高压法兰1之间、在上固定件套3和热电偶2之间进行焊接密封；

d.在高压法兰1上安装高压密封件，高压密封件的壳体6通过螺栓安装到高压法兰上，依次在壳体内装入下实心密封件9、瞭望密封腔8和上实心密封件7，热电偶2的端头也依次穿过下实心密封件9、瞭望密封腔8和上实心密封件7，再在热电偶2和高压密封件的顶面之间进行焊接密封；

e.在高压密封件上安装顶部压板11，顶部压板11的外圈通过螺栓和高压密封件的壳体6相连，顶部压板11的中间凸圈13紧压在上实心密封件7上，热电偶2的端头位于顶部压板11的通孔12内。

测温时，热电偶伸入反应器内，将高压法兰安装到反应器上，高压法兰的中间凸台卡接在反应器的开口内。然后在顶部压板11上安装过滤框架17，将不锈钢防爆接线箱19与过滤框架17连接固定，将连接热电偶的导线接入多点接线排18。将高压截止阀15和压力变送器16带至测温现场，等高压多点柔性铠装热电偶和其它设备全部安装完毕后，再在高压连接件10上安装上高压截止阀和压力变送器，完成反应器测温设备的全部安装过程。

Claims (9)

1.一种高压多点柔性铠装热电偶，包括高压法兰（1）及若干根带有保护套管的热电偶（2），所述的高压法兰（1）设有若干个热电偶安装孔，所述的热电偶（2）的端头一一对应地从热电偶安装孔中穿过，其特征在于所述的高压法兰（1）的热电偶安装孔的孔壁和热电偶（2）之间设有上固定套（3）、下固定套（4）和耐高温膨胀密封件（5），上固定套（3）位于热电偶安装孔的上孔口，下固定套（4）位于热电偶安装孔的下孔口，耐高温膨胀密封件（5）位于上、下固定套之间，所述的高压法兰（1）上设有高压密封件，所述的热电偶（2）的端头穿过高压密封件并露出于高压密封件的顶面外；所述的高压密封件包括壳体（6）及设于壳体（6）内的上实心密封件（7）、瞭望密封腔（8）和下实心密封件（9），上、下实心密封件分别位于壳体（6）的顶部和底部，瞭望密封腔（8）位于上、下实心密封件之间；所述的壳体（6）的侧面设有和瞭望密封腔（8）连通的高压连接件（10）。

2.根据权利要求1所述的高压多点柔性铠装热电偶，其特征在于所述的下固定套（4）和所述的热电偶（2）之间通过焊接固定，焊接点位于下固定套（4）的顶部。

3.根据权利要求1所述的高压多点柔性铠装热电偶，其特征在于所述的上固定套（3）和所述的热电偶（2）之间通过焊接固定，该焊接点位于上固定套（3）的顶部；所述的上固定套（3）和所述的高压法兰（1）之间通过焊接固定，该焊接点位于高压法兰（1）的顶面。

4.根据权利要求1所述的高压多点柔性铠装热电偶，其特征在于所述的热电偶（2）和高压密封件之间通过焊接固定，该焊接点位于高压密封件的顶面。

5.根据权利要求1所述的高压多点柔性铠装热电偶，其特征在于所述的高压密封件上连接有中间设有通孔（12）的顶部压板（11），顶部压板（11）设有朝下的中间凸圈（13），顶部压板（11）和高压密封件的壳体（6）相连，中间凸圈（13）紧压在上实心密封件（7）上，所述的热电偶（2）的端头位于所述的通孔（12）内。

6.根据权利要求1所述的高压多点柔性铠装热电偶，其特征在于所述的高压法兰（1）的底面设有中间凸台（14），中间凸台（14）的表面设有陶瓷涂层，所述的热电偶（2）的保护套管的表面设有陶瓷涂层。

7.根据权利要求1或6所述的高压多点柔性铠装热电偶，其特征在于所述的热电偶（2）的保护套管材质采用合金冶炼而成，所述的合金包括重量比为21～25％的镍、18～23％的铬、4～6％的钼、1.5～3.5％的铜、3.0～5.0％的铝、3.0～4.5％的铌、1.5～2.5％的钇、0.02～0.04％的碳、0.8～1.2％的锰、0.8～1.5％的硅、小于0.03％的磷、小于0.03％的硫以及其余的铁。

8.一种如权利要求1或2或3或4或6所述的高压多点柔性铠装热电偶的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

a.在所述的热电偶（2）上套上所述的下固定套（4），将热电偶（2）和下固定套（4）的顶部焊接密封起来，再将热电偶（2）的端头自下而上穿过所述的高压法兰（1）的热电偶安装孔，下固定套（4）压装入热电偶安装孔内，并且下固定套（4）位于热电偶安装孔的下孔口处；

b.将所述的耐高温膨胀密封件（5）自上而下压进热电偶安装孔内并紧靠下固定套（4），再将所述的上固定套（3）套在热电偶（2）上并压入热电偶安装孔内，然后在上固定件套（3）和高压法兰（1）之间、在上固定件套（3）和热电偶（2）之间进行焊接密封；

c.再在高压法兰（1）上连接所述的高压密封件，所述的热电偶（2）的端头穿过高压密封件，再在热电偶（2）和高压密封件的顶面之间进行焊接密封。

9.根据权利要求8所述的高压多点柔性铠装热电偶的制作方法，其特征在于在所述的步骤a前增加一个步骤a1, 步骤a1为：在所述的热电偶（2）的保护套管的表面雾化一层陶瓷涂层，所述的高压法兰（1）的底面设有中间凸台（14），在中间凸台（14）的表面也雾化一层陶瓷涂层；在步骤c后增加一个步骤d，步骤d为：在所述的高压密封件上安装中间设有通孔（12）的顶部压板（11），顶部压板（11）设有朝下的中间凸圈（13），顶部压板（11）的外圈和高压密封件的壳体（6）相连，中间凸圈（13）紧压在上实心密封件（7）上，所述的热电偶（2）的端头位于顶部压板（11）的通孔（12）内。

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