CN113029233A - 一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构 - Google Patents

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Abstract

一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，属于热工参数测量设备技术领域。该管口结构含有内管、外套管、隔热材料支撑层、压力传感器、温度传感器和连接法兰；内管采用超高温合金材料，外套管采用普通合金材料。所述压力传感器和温度传感器设置在外套管上。内管、外套管和隔热材料支撑层均采用分段设计。本发明采用套管式结构，可有效减少昂贵材料的消耗，从而大大降低造价，显著提高了经济效益。内管采用分段设计，解决了高温环境下的热膨胀等难题。管口连接法兰、热工参数测量仪表设置在外套管上，该处温度较低，便于密封、安装和检修。

Description

一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构
技术领域
本发明涉及一种热工参数测量部件，特别涉及一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，属于热工参数测量设备技术领域。
背景技术
在高温、高压的热工参数测量中，例如在核能制氢中，进行能量传递和转换的关键设备大多运行在高温高压的环境中，如高温气冷堆耦合碘硫循环系统制氢的过程中，系统中关键设备如高温换热器、硫酸分解器等，其氦气侧运行的温度高达750-1000℃，压力为3-7MPa，这些设备在系统回路中其管口需要通过法兰进行连接，因此承受高温高压的管口结构的设计非常关键。目前已有的设计方案为了承受如此高的温度和压力，通常采用昂贵的高温合金材料来制造，存在如下问题：一是高温合金材料贵，造价高；二是由于管道壁面处温度较高，压力以及温度等测量仪表无法直接安置在管道处，管道中流体的热工参数的测量难度大，如需要设置引压管、冷却系统才能实现压力参数的测量；三是管口连接法兰处于高温环境，存在密封困难等难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，使其不仅结构简单，便于密封、安装和检修，而且可有效降低昂贵材料的消耗，从而解决产品造价高的问题。
本发明的技术方案如下：
一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，该结构含有高温管道、压力传感器、温度传感器和连接法兰，其特征在于：所述管道采用套管式结构，其内管采用超高温合金材料，外套管采用普通合金；所述压力传感器和温度传感器设置在外套管上，温度传感器通过导线与设置在内管上的热电偶连接。
进一步地，所述内管和外套管均由两部分管段组成，内管的两管段通过搭接的方式连接；外套管的两管段通过连接法兰连接在一起。
本发明的技术特征还在于：在内管和外套管之间设有隔热材料支撑层，该隔热材料支撑层采用分段设计，两段之间留有间隙。
优选地，隔热材料支撑层与外套管之间留有用于穿插导线的间隙，该间隙优选为3-5mm。所述隔热材料支撑层优选采用莫来石、堇青石或镁铝尖晶石。
进一步地，所述的超高温合金材料的的温度范围为750-1000℃，优选采用Inconel617、GH3128、Hastelloy x或Alloy 800H。所述内管的管壁厚度为3-5mm。外套管采用普通合金材料，该普通合金材料采用不锈钢316、410或304，外套管的管壁厚度为10-30mm。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：①套管式的结构设计：由于内管承受高温但不承压，可以采用较薄的超高温合金材料；外套管承压不承温，可以采用较厚的普通合金材料，采用高温和高压分别由内管和外套管进行测量，可有效减少昂贵材料的消耗，从而大大降低了造价，显著提高了经济效益。②内管采用分段设计，解决了高温环境下的热膨胀等难题。③管口连接法兰、热工参数测量仪表设置在外套管上，该处温度较低，便于密封、安装和检修。
附图说明
图1为本发明提供的高温管口结构的示意图(主剖视图)。
图中：1-内管；2-隔热材料支撑层；3-外套管；4-连接法兰；5-压力传感器；6-温度传感器；7-热电偶；8-导线。
具体实施方式
下面结合附图和实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，该结构含有高温管道、压力传感器5、温度传感器6和连接法兰4；所述管道采用套管式结构，其内管1采用超高温合金材料，外套管采用普通合金材料。所述压力传感器5和温度传感器6设置在外套管3上，温度传感器6通过导线8与设置在内管上的热电偶7连接。
由于内管1承受高温但不承压，可以采用较薄的超高温合金材料，其温度一般在750-1000℃范围内，例如可选用如Inconel 617、GH3128、Hastelloy X或Alloy 800H；外套管承压但不承温，可以采用较厚的普通合金材料如316、410或304不锈钢；内管1的管壁厚度根据所测温度的不同会有所变化，一般在3-5mm范围内。外套管管壁厚度较厚，一般为10-30mm。
为了解决由于高温所导致的热膨胀问题，内管1采用两部分管段组成，两管段之间通过搭接的方式连接，在承受高温情况下，其配合处可以自由滑动，从而有效解决了受热膨胀的问题。
本发明的技术方案中，还包括隔热材料支撑层2，该隔热材料支撑层2设置在内管1和外套管3之间。隔热材料支撑层2需采用强度较好的保温材料制造，例如选用莫来石、堇青石或镁铝尖晶石等。隔热材料支撑层2可以起到将内管与外套管之间的大温差进行很好的保温隔离，同时可以起到支撑内管的作用。隔热材料支撑层也设计为分开的两段，两段之间留有间隙；一方面间隙可以让内管中气体和外套管中的气体压力保持平衡，从而可以通过在外套管壁面布置压力传感器实现对内管中流体压力的测量；其次，可以为测温热电偶的布置留有安装通道和空间。隔热材料支撑层2与外套管1之间应留有3-5mm的间隙。
由于压力传感器5和温度传感器6不能布置在温度过高的地方，因此内管中流体热工参数的测量由外套管壁面上布置的压力传感器5和温度传感器6实现，其中压力传感器5测量内、外套管中间夹层中的气体压力，由于夹层中的气体与内管中的气体相通，因此两者压力相等；而温度传感器6则通过导线8与设置在内管壁面上的热电偶7连接。在正常运行情况下，热平衡后内管壁面处的温度近似等于内管中流体的温度。
连接法兰4设置在外套管3上，外套管也采用分段设计，并通过连接法兰4将两部分连接在一起。该处温度较低，便于密封、安装和检修。

Claims (10)

1.一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，该结构含有高温管道、压力传感器(5)、温度传感器(6)和连接法兰(4)，其特征在于：所述高温管道采用套管式结构，其内管(1)采用超高温合金材料，外套管(3)采用普通合金材料；所述压力传感器(5)和温度传感器(6)设置在外套管上，温度传感器(6)通过导线(8)与设置在内管上的热电偶(7)连接。
2.如权利要求1所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：所述内管(1)和外套管(3)均由两部分管段组成，内管的两管段之间采用搭接的方式连接；外套管的两管段通过连接法兰(4)连接在一起。
3.如权利要求1所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：在内管(1)和外套管(3)之间设有隔热材料支撑层(2)，该隔热材料支撑层采用分段设计，两段之间留有间隙。
4.如权利要求3所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：该隔热材料支撑层(2)与外套管(3)之间留有用于穿插导线的间隙。
5.如权利要求4所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：所述隔热材料支撑层与外套管之间的间隙为3-5mm。
6.如权利要求1-5任一权利要求所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：所述的超高温合金材料的温度范围为750-1000℃。
7.如权利要求6所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：超高温合金材料采用Inconel617、GH3128、Hastelloy x或Alloy 800H。
8.如权利要求1-5任一权利要求所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：所述的普通合金材料采用不锈钢316、410或304。
9.如权利要求3所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：所述隔热材料支撑层(2)采用莫来石、堇青石或镁铝尖晶石。
10.如权利要求1所述的一种集温度和压力参数测量的一体化高温管口结构，其特征在于：所述内管的管壁厚度为3-5mm；所述外套管的管壁厚度为10-30mm。
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