CN109238494A - 管道测温装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种管道测温装置,属于热力测量领域,包括用于与管道内腔连通的温度套管、设于所述温度套管内的热电偶及设于所述热电偶外周且沿所述热电偶长轴方向分布的多个环状的节流片,所述节流片外壁与所述温度套管内壁间隔设置,所述节流片的内壁与所述热电偶的外壁之间设有间隙。本发明提供的管道测温装置,通第一级节流减小了套管封闭型的蒸汽流道的尺寸,同时配合双节流效应,逐级减少进入套管封闭型的蒸汽流道蒸汽流量及降低进入套管封闭空间的蒸汽流道内的蒸汽参数和吹损能量,进而防止温度套管内壁蒸汽吹损冲蚀,提高使用安全性。

Description

管道测温装置
技术领域
本发明属于热力测量技术领域,更具体地说,是涉及一种管道测温装置。
背景技术
火力发电厂蒸汽温度的测量一般采用热电偶装置,热电偶装置通过温度套管安装在被测温的管道上,温度套以角焊缝的形式管焊接在管道上,套管和管道形成一个封闭的连通空间,热电偶穿过套管暴露在管道内的蒸汽流场内达到测量蒸汽温度的目的。在机组运行过程中,高温高压蒸汽在管道内流动,过热蒸汽的流速一般为40~50m/s,由于套管的存在,高速流动的蒸汽会持续流入套管的封闭型的蒸汽流道,由于流道一端封闭,蒸汽会在封闭端形成涡流,涡流会对套管内壁产生吹损冲蚀,从而使管座内壁壁厚减薄,特别是在套管封闭型的蒸汽流道顶部的焊缝附近,由于焊缝导致的流道形变形成扰流,所以在焊缝周边蒸汽吹损冲蚀尤为严重,在机组实际运行过程中因蒸汽对套管吹损冲蚀减薄导致蒸汽泄漏的事故屡有发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管道测温装置,以解决现有技术中存在的蒸汽对温度套管吹损冲蚀严重的技术问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:提供一种管道测温装置,包括:用于与管道内腔连通的温度套管、设于所述温度套管内的热电偶及设于所述热电偶外周且沿所述热电偶长轴方向分布的多个环状的节流片,所述节流片外壁与所述温度套管内壁间隔设置,所述节流片的内壁与所述热电偶的外壁之间设有间隙。
进一步地,相邻的所述节流片间距相等。
进一步地,相邻所述节流片间距为17mm-23mm。
进一步地,所述温度套管内腔为圆筒状,所述节流片为圆环状。
进一步地,所述节流片的外壁与所述温度套管的内壁的间距不小于1mm,所述节流片内壁与所述热电偶外壁之间的间距不小于0.5mm。
进一步地,所述节流片的外壁与所述温度套管的内壁焊接固定。
进一步地,所述热电偶的外壁上设有环状的卡槽,所述节流片的内壁上设有用于与所述卡槽卡接配合的卡接凸起,所述节流片的一侧设有沿所述节流片径向分布的接缝,所述接缝贯通所述节流片的上表面和下表面,且所述接缝贯通所述节流片的外壁和所述节流片的内壁,相邻的所述卡接凸起之间间隔设置。
进一步地,所述接缝的两侧壁为相互搭接的斜面。
进一步地,所述卡槽的轴向截面呈拱形,所述卡接凸起的轴向截面呈拱形。
进一步地,所述节流片为不锈钢构件。
本发明提供的管道测温装置的有益效果在于:与现有技术相比,本发明管道测温装置,利用节流技术在热电偶上设置节流片,将整个温度套管的封闭空间划分成若干小空间,高温蒸汽通过节流片逐级进入温度套管的封闭空间,通过节流片的双节流技术,一级节流为节流片与温度套管内壁的预留间隙节流,二级节流为节流片与热电偶之间的间隙节流。通第一级节流减小了套管封闭型的蒸汽流道的尺寸,同时配合双节流效应,逐级减少进入套管封闭型的蒸汽流道蒸汽流量及降低进入套管封闭空间的蒸汽流道内的蒸汽参数和吹损能量,进而防止温度套管内壁蒸汽吹损冲蚀,提高使用安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的管道测温装置的装配结构示意图;
图2为图1中热电偶和节流片的A-A剖视图;
图3为本发明实施例二采用的热电偶与节流片的装配结构剖视图;
图4为图3的B部放大图;
图5为图3中节流片的俯视结构示意图;
图6为图5的C-C剖视图;
图7为本发明实施例一提供的管道测温装置的原理图;
图8为绝热节流过程图。
其中,图中各附图标记:
1-管道;2-温度套管;3-热电偶;4-节流片;5-卡槽;6-卡接凸起;7-接缝;8-对接焊缝;9-角焊缝
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图7,现对本发明提供的管道测温装置进行说明。所述管道测温装置,包括用于与管道1内腔连通的温度套管2、设于温度套管2内的热电偶3及设于热电偶3外周且沿热电偶3长轴方向分布的多个环状的节流片4,节流片4外壁与温度套管2内壁间隔设置,节流片4的内壁与热电偶3的外壁之间设有间隙。
本发明提供的管道测温装置,与现有技术相比,利用节流技术在热电偶3上设置节流片4,将整个温度套管2的封闭空间划分成若干小空间,高温蒸汽通过节流片逐级进入温度套管的封闭空间,通过节流片的双节流技术,一级节流为节流片4与温度套管2内壁的预留间隙节流,二级节流为节流片4与热电偶3之间的间隙节流。通第一级节流减小了套管封闭型的蒸汽流道的尺寸,同时配合双节流效应,逐级减少进入套管封闭型的蒸汽流道蒸汽流量及降低进入套管封闭空间的蒸汽流道内的蒸汽参数和吹损能量,进而防止温度套管2内壁蒸汽吹损冲蚀,提高使用安全性。
同时,该装置在热电偶3上加装节流片4,不会对测量装置和测量结构产生影响,且成本低,应用范围广。
其中,一般温度套管2的规格为Φ51×10mm,高度100~200mm,形成的封闭型的蒸汽流道内径为Φ31,高度100~200mm。
具体地,热电偶3的中部外壁为不锈钢管状构件,对热电偶3内部构件起到保护作用。
请一并参阅图1及图7,作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,相邻的节流片4间距相等。
作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,相邻节流片4间距为17mm-23mm。
可选地,相邻节流片4间距为20mm。
参阅图1至图7,作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,温度套管2内腔为圆筒状,节流片4为圆环状。
作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,节流片4的外壁与温度套管2的内壁的间距不小于1mm,节流片4内壁与热电偶3外壁之间的间距不小于0.5mm。
封闭型的蒸汽流道内三维流场的控制方程可以表述为:
连续性方程:
动量方程:
其中,u、ν、w为x、y和z坐标方向的速度分量;Su、Sν和Sw为方程的广义源项;P为压力;ρ为流体密度;t为时间;μ为动力粘度。
采用标准k-ε双方程模型使其封闭,形式如下:
其中,x为空间坐标,u为速度,角标i、j=1,2,3分别表示x、y、z三个坐标方向;k为湍流动能;ε为湍流动能耗散率;Gk为湍流动能产生项,湍动粘度C、C为经验常数,σk、σε分别为湍流动能和湍流动能耗散率的普朗特数,根据Launder等的推荐值及后来的实验验证,湍流模型常数的取值分别为:C=1.44,C=1.92,Cμ=0.09,σk=1.0,σε=1.3。
流动对冲刷的影响中,各因素作用的差别很大。管内静压差近乎为零,因此可以不考虑压力影响;剪切应力不仅产生流体力学冲刷,并且不断撕裂、剥落腐蚀产生的保护膜,产生裂痕;湍流使金属与流体介质的接触更加频繁,会增加流体与金属之间的剪切应力;速度梯度也会加剧局部水体的搅动,从而促进冲刷过程。因此,冲刷主要因素为壁面剪切应力,同时兼考虑流型和速度梯度因素的影响。
在套管封闭型的蒸汽流道进口附近流型以稳流为主,截面流速基本一致,但在套管封闭型的蒸汽流道端部由于受结构干扰,出现强湍流流型,同时截面流速突变出现较大速度梯度。通过计算,发现该位置壁面剪切应力出现最大值,为340pa左右。
根据上述过程,节流原理为:
流体经过变截面流道时,由于局部阻力使得流体压力降低,流速增大的特殊流动过程。若节流过程中流体与外界没有热交换,称为绝热节流。在热力设备中常见的节流过程蒸汽与外界热交换能量极小,一般认为这个过程为绝热节流过程。理想气体的绝热节流过程如图8所示,其状态参数变化为:p2<p1、h2=h1、v2>v1、s2>s1。其中,P:压力;H:焓值;V:流速;S:熵值;状态1为节流前的蒸汽状态参数,状态2为节流后的蒸汽状态参数。
本发明设置的节流片4外径接近温度套管2内径,产生的效果是通过减少了蒸汽流道的尺寸而直接减少进入套管封闭型的蒸汽流道的蒸汽流量Q。蒸汽对套管内壁的吹损冲蚀是由进入套管封闭型的蒸汽流道的蒸汽流量Q决定的,流量Q越大,产生的湍流越多,吹损冲蚀能量越大,吹损冲蚀越严重。
通过设置多级节流片4,使得套管封闭型的蒸汽流道被划分成若干的狭小的环形通道,节流片4与温度套管2内壁的间隙及节流片4与热电偶3之间的间隙均形成环形通道,蒸汽通过进入环形通道,在节流的作用下蒸汽的流速增加,而压力降低。当蒸汽进入在其后的汽室中,由于汽室空间突然变大使得蒸汽产生很强的涡流,蒸汽流速降低,蒸汽动能转化为热能。通过不断的重复这一过程,使得蒸汽能量逐渐降低。采用多级节流方案,多级的节流片降低了进入套管封闭型的蒸汽流道内的蒸汽参数和吹损能量,间接的减少了蒸汽对套管内壁的吹损冲蚀。
具体地,请参阅图7,作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,节流片2与温度套管2内壁的间距δ设为2mm,此间隙既能满足窄间隙的节流降压效果,高温蒸汽通过节流片4与温度套管2内壁的间距δ1而产生一次节流,又能满足温度套管2与节流片4的热胀冷缩预留空间,故节流片4的直径rj为温度套管2内径rt-2mm。节流片4的内径ri为热电偶3外径(安装节流片4处的外径)Rr-1.0mm,节流片4与热电偶3之间预留1.0mm的间隙δ2既能保证节流片4顺利穿过热电偶3进行点焊固定,又能满足窄间隙的节流降压效果,形成高温蒸汽从节流片4和热电偶3之间间隙的二次节流效果。节流片4厚度t设为4mm,此厚度既能满足抗高温蒸汽氧化、腐蚀的厚度余量,又能保证节流片4与热电偶3点焊连接,保证焊接时不会被烧穿。
具体地,作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,节流片4间距Δ设为20mm,该空间既能满足使高温蒸汽有足够的空间产生紊流,使得蒸汽动能转化为热能,又能满足节流片4与热电偶3连接操作空间。节流片4设置在温度套管2的对接焊缝8(位于温度套管2外端部的焊缝)与温度套管的角焊缝9(温度套管2与管道1之间的焊缝)之间,能保证对接焊缝8和角焊缝9的焊接不受影响,故节流片的数量n为对接焊缝8与角焊缝9的中心距离L÷Δ取整数,节流片4在对接焊缝8与角焊缝9的中心距离L之间均匀布置。
作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,节流片4的外壁与温度套管2的内壁焊接固定。
具体地,作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,若采用焊接固定,节流片4与热电偶3点焊连接,焊接间隙为δ2÷2。采用钨极氩弧焊点焊固定,每隔45°设一个焊点,周圈共八个焊点可完全固定节流片4。焊丝选用与节流片材质相近的不锈钢焊丝,宜选用直径不大于2.5mm的焊丝。
参阅图3至图6,作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,为了方便装卸,热电偶3的外壁上设有环状的卡槽5,节流片4的内壁上设有用于与卡槽5卡接配合的卡接凸起6,节流片4的一侧设有沿节流片4径向分布的接缝7,接缝7贯通节流片4的上表面和下表面,且接缝7贯通节流片4的外壁和节流片4的内壁,相邻的卡接凸起6之间间隔设置。自由状态下,卡接凸起6的内径小于热电偶3的外径,在安装的时候,节流片4被撑开,接缝7稍微张开以适应在热电偶3上的滑动,滑动到卡槽5位置的时候,卡接凸起6直接卡入,接缝7重新闭合。由于卡接凸起6间隔设置,节流片4与热电偶3之间仍有间隔设置缝隙存在,不影响节流效应。
请参阅图5及图6,作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,接缝7的两侧壁为相互搭接的斜面。斜面能够保证接缝7位置在组装状态下良好的密封性。
请参阅图3及图4,作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,为了方便卡接凸起6与卡槽5之间的装卸,不损伤热电偶3的外表面,卡槽5的轴向截面呈拱形,卡接凸起6的轴向截面呈拱形。
作为本发明提供的管道测温装置的一种具体实施方式,节流片4为不锈钢构件。具体地,可选取S30408、S30403等奥氏体不锈钢作为节流片4材料,保证节流片4抗高温蒸汽氧化能力强及耐腐蚀的特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.管道测温装置,其特征在于:包括用于与管道内腔连通的温度套管、设于所述温度套管内的热电偶及设于所述热电偶外周且沿所述热电偶长轴方向分布的多个环状的节流片,所述节流片外壁与所述温度套管内壁间隔设置,所述节流片的内壁与所述热电偶的外壁之间设有间隙。
2.如权利要求1所述的管道测温装置,其特征在于:相邻的所述节流片间距相等。
3.如权利要求2所述的管道测温装置,其特征在于:相邻所述节流片间距为17mm-23mm。
4.如权利要求1所述的管道测温装置,其特征在于:所述温度套管内腔为圆筒状,所述节流片为圆环状。
5.如权利要求4所述的管道测温装置,其特征在于:所述节流片的外壁与所述温度套管的内壁的间距不小于1mm,所述节流片内壁与所述热电偶外壁之间的间距不小于0.5mm。
6.如权利要求4所述的管道测温装置,其特征在于:所述节流片的外壁与所述温度套管的内壁焊接固定。
7.如权利要求4所述的管道测温装置,其特征在于:所述热电偶的外壁上设有环状的卡槽,所述节流片的内壁上设有用于与所述卡槽卡接配合的卡接凸起,所述节流片的一侧设有沿所述节流片径向分布的接缝,所述接缝贯通所述节流片的上表面和下表面,且所述接缝贯通所述节流片的外壁和所述节流片的内壁,相邻的所述卡接凸起之间间隔设置。
8.如权利要求7所述的管道测温装置,其特征在于:所述接缝的两侧壁为相互搭接的斜面。
9.如权利要求7所述的管道测温装置,其特征在于:所述卡槽的轴向截面呈拱形,所述卡接凸起的轴向截面呈拱形。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的管道测温装置,其特征在于:所述节流片为不锈钢构件。
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