CN116448262A - 乙烯装置稳定性测温cot热电偶及其插入式保护套管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乙烯装置稳定性测温COT热电偶及其插入式保护套管，其中插入式保护套管包括外保护连接管，外保护连接管的下部与一体成型测量端相连，外保护连接管内设有一体成型内保护管，一体成型内保护管的底部设有与一体成型内保护管一体成型的内保护管测温头，一体成型测量端的中央设有通孔，内保护管测温头沿所述一体成型测量端中央的通孔穿出且插入至裂解炉基管内；内保护管测温头插入至裂解炉基管中的长度为裂解炉基管内径的1/4～1/2，插入至裂解炉基管中的内占比为5.6～11.5％。采用本发明的乙烯装置稳定性测温COT热电偶及其插入式保护套管既可以保证测量温度的准确性，同时可以保证不会产生阻流现象。
Description
技术领域
本发明涉及COT热电偶技术领域，特别是涉及一种乙烯装置稳定性测温COT热电偶。
背景技术
COT热电偶主要用于测量乙烯裂解炉出口温度。裂解炉COT热电偶在使用时，将保护管的工作端置于测量介质中，通过工作端介质温度与测量端温度的差异，从而使感应回路中形成感应电流，通过该感应电流实现对介质温度的测量。裂解炉出口温度的测量，对于热电偶要求既要快速反应电势，又能准确测量，由于测量端设置于高速流动介质的炉管内，因此对测量装置的要求很高，对热电偶测量端的的耐磨性也有很高的要求。
申请人于CN109459153A中提供了一种裂解炉COT热电偶及其保护套管，包括内保护管，内保护管的一端设置有连续曲面，连续曲面上设置有用于承载热电偶的测温端，当所述内保护管靠近测温端的一端插入到所述待测炉管时，连续曲面与所述待测炉管配合，使待测炉管的内壁形成光滑流道。连续曲面上设置有防护体，且防护体沿待测炉管内部介质的流动方向设置于测温端前侧，防护体包括主防护面和背向介质流动方向的面，主防护面与测温端呈一定夹角设置，且主防护面的高度和宽度均大于测温端。测温端位于连续曲面的深度范围值为9mm～15mm。
经过大量使用发现，该结构虽然减小了硫成分的停留空间，防止硫成分黏附在测量端以及内保护管与待测炉管(裂解炉基管)配合的端口上，增强了热电偶抗结焦的能力。但是因测温端插入待测炉管的深度并没有一套严格、准确的判断标准，导致有时候因测温端插入深度过多，测温头附近介质的流速很大，尤其当套管头部体积较大时，有阻流现象；有时候因测温端插入深度过少，测量的温度偏低。
因此，如何对测温端插入裂解炉基管的深度设定一套行之有效的计算标准，并设计一种测温更准确且不易发生阻流的乙烯装置稳定性测温COT热电偶及其插入式保护套管成为了本领域亟需解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种乙烯装置稳定性测温COT热电偶及其插入式保护套管。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种插入式保护套管，包括外保护连接管，所述外保护连接管的下部与一体成型测量端相连，所述外保护连接管内设有一体成型内保护管，所述一体成型内保护管的底部设有与一体成型内保护管一体成型的内保护管测温头，所述一体成型测量端的中央设有通孔，所述内保护管测温头沿所述一体成型测量端中央的通孔穿出且插入至裂解炉基管内；
所述内保护管测温头插入至裂解炉基管中的长度为裂解炉基管内径的1/4～1/2，插入至裂解炉基管中的内占比为5.6～11.5％，所述内占比为内保护管测温头的插入部分的截面面积与裂解炉基管的横截面积之比。
其中，所述内保护管测温头中未插入至裂解炉基管的部分呈圆柱形，插入至裂解炉基管的部分由喇叭口部及半球端部组成，所述喇叭口部的大口直径与内保护管测温头中未插入至裂解炉基管的部分的直径相等，所述喇叭口部的小口直径与半球端部的直径相等；喇叭口部的母线与内保护管测温头中心轴线之间的夹角为5.5°～13.5°；
所述内占比的计算公式为，其中，a为喇叭口部的小口直径，b为喇叭口部的母线与内保护管测温头的中心轴线之间的夹角，c为喇叭口部的大口直径，e为裂解炉基管的内径。
其中，所述内保护管测温头经过电解抛光，硬度＞HRC58；所述喇叭口部的大口直径和小口直径之差≥6mm，所述半球端部的半径≥7mm；所述内保护管测温头的耐磨长度≥110mm，光洁度＜0.2μm。
其中，所述外保护连接管的顶部装有法兰，所述法兰的中央设有通孔，一体成型内保护管穿过所述法兰中央的通孔沿外保护连接管的中心轴线插入至外保护连接管中，所述外保护连接管的内壁和一体成型内保护管的外壁之间填充有隔热层。
其中，所述一体成型测量端的底面为抗冲刷圆弧面，抗冲刷圆弧面的曲面形状与裂解炉基管的内壁面形状相适配，使得所述内保护管测温头插入至裂解炉基管后，所述裂解炉基管的内壁形成光滑流道。
其中，所述一体成型内保护管及内保护管测温头中开设有相互连通的空腔，用于插入铠装热电偶。
其中，所述法兰上对称设有两个顶丝螺孔，所述顶丝螺孔正下方设有顶丝扩径孔，所述顶丝螺孔和顶丝扩径孔共同组成的过孔沿法兰的厚度方向贯通法兰；所述顶丝螺孔的深度为法兰厚度的75％～85％，所述顶丝扩径孔的深度为法兰厚度的15％～25％。
其中，所述法兰的上表面设有销钉孔，用于安装介质流速方向标识牌。
一种采用本发明上述插入式保护套管的乙烯装置稳定性测温COT热电偶，具体为：一体成型内保护管的顶部通过连接螺栓与上保护管相连，所述上保护管的顶部通过压紧螺栓与密封连接管相连，所述压紧螺栓的上部与卡套螺栓的下部相连，所述卡套螺栓的上部与接线盒组件相连，所述密封连接管穿过卡套螺栓伸入至接线盒组件内，所述接线盒组件中设有接线端子组件，铠装热电偶的热电偶丝与接线端子组件的端子相连，所述铠装热电偶依次穿过所述密封连接管、上保护管、一体成型内保护管延伸至内保护管测温头的末端内部。
其中，热电偶丝的外表面套设有玻纤管，所述铠装热电偶下部的外表面为铠装套，所述铠装套内设有绝缘层；所述连接螺栓与一体成型内保护管的顶面之间装有紫铜垫圈。
同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
(1)本发明确定了内保护管测温头插入裂解炉基管的内占比的计算标准，并根据大量实验确定了内保护管测温头插入裂解炉基管内腔的内占比需控制在5.6～11.5％之间，同时将内保护管测温头插入裂解炉基管的深度控制在裂解炉基管直径的1/4～1/2，此时既可以保证测量温度的准确性，同时可以保证不会产生阻流现象。
(2)本发明将内保护管测温头设置在外保护连接管的中心位置，改进了内保护管测温头尺寸和材料硬度，提高了内保护管测温头的抗冲刷耐磨性能；而且铠装热电偶采用焊接密封及双卡套密封连接，保证了密封效果。
下面结合附图说明和具体实施例对本发明的乙烯装置稳定性测温COT热电偶及其插入式保护套管作进一步说明。
附图说明
图1为本发明乙烯装置稳定性测温COT热电偶的截面示意图；
图2为法兰的正面视图；
图3为法兰的部分纵截面图；
图4为插入式保护套管的主视图；
图5为插入式保护套管的立体示意图；
图6为一体成型内保护管及内保护管测温头的截面示意图；
图7为铠装热电偶的截面示意图；
图8为铠装热电偶的连接示意图；
图9为本发明乙烯装置稳定性测温COT热电偶的安装示意图；
图10为内保护管测温头计算插入裂解炉基管的内占比的示意图；
其中，1-内保护管测温头，2-一体成型内保护管，3-抗冲刷圆弧面，4-一体成型测量端，5-铠装热电偶，51-铠装套，52-绝缘层，53-热电偶丝，6-外保护连接管，7-隔热层，8-法兰，9-连接螺栓，10-紫铜垫圈，11-上保护管，12-压紧螺栓，13-前卡套，14-后卡套，15-卡套螺栓，16-密封连接管，17-玻纤管，18-接线端子组件，19-接线盒组件，20-销钉孔，21-顶丝螺孔，22-顶丝扩径孔，23-介质流速方向标识牌，24-裂解炉基管。
具体实施方式
如图1、图4-6所示，一种插入式保护套管，包括外保护连接管6，所述外保护连接管6的下部与一体成型测量端4相连，所述外保护连接管6内设有一体成型内保护管2，所述一体成型内保护管2的底部设有与一体成型内保护管2一体成型的内保护管测温头1，所述一体成型测量端4的中央设有通孔，所述内保护管测温头1沿所述一体成型测量端4中央的通孔穿出且插入至裂解炉基管24内；
内保护管测温头1插入至裂解炉基管24中的长度为裂解炉基管24内径的1/4～1/2，插入至裂解炉基管24中的内占比为5.6～11.5％，内占比为内保护管测温头1的插入部分的截面面积与裂解炉基管24的横截面积之比。
如图10所示，内保护管测温头2中未插入至裂解炉基管24的部分呈圆柱形，插入至裂解炉基管24的部分由喇叭口部及半球端部组成，所述喇叭口部的大口直径与内保护管测温头2中未插入至裂解炉基管24的部分的直径相等，所述喇叭口部的小口直径与半球端部的直径相等；内占比的计算公式为，其中，a为喇叭口部的小口直径，b为喇叭口部的母线与内保护管测温头2的中心轴线之间的夹角，c为喇叭口部的大口直径，e为裂解炉基管24的内径。内保护管测温头1插入至裂解炉基管24中的深度d＝a/2+(c-a)/2tanb。
喇叭口部的母线与内保护管测温头中心轴线之间的夹角可以为5.5°～13.5°。
内保护管测温头2经过电解抛光，硬度＞HRC58；改善了耐腐蚀性，提高了钢种的抗腐蚀能力。喇叭口部的大口直径和小口直径之差≥6mm，所述半球端部的半径≥7mm；所述内保护管测温头2的耐磨长度≥110mm，光洁度＜0.2μm，避免因高流速介质引起结焦而产生焦层导致温度偏低。
如图1所示，外保护连接管6的顶部装有法兰8，所述法兰8的中央设有通孔，一体成型内保护管2穿过所述法兰8中央的通孔沿外保护连接管6的中心轴线插入至外保护连接管6中，所述外保护连接管6的内壁和一体成型内保护管2的外壁之间填充有隔热层7。一体成型内保护管2及内保护管测温头1中开设有相互连通的空腔，用于插入铠装热电偶5。法兰8能耐一定的压力，安装与拆卸方便；法兰间用衬垫密封。
一体成型内保护管2的材质为锻棒，和内保护管测温头1一体成型钻孔加工出来，其中的空腔采用扩径尺寸，扩径相差2mm。外保护连接管6的壁厚≥8mm。隔热层7采用密度128kg/m3硅酸铝保温棉，耐温≥1000℃，作为隔热保温层，可以减少热源外散，保证测温精度。
如图4及图9所示，一体成型测量端4的底面为抗冲刷圆弧面3，抗冲刷圆弧面3的曲面形状与裂解炉基管24的内壁面形状相适配，使得所述内保护管测温头1插入至裂解炉基管24后，所述裂解炉基管24的内壁形成光滑流道。抗冲刷圆弧面3通过一体成型切割而成，圆弧面的半径为裂解炉基管内径的1/2，与裂解炉基管上、下平齐，防止焦层影响热量传递，防止测温温度不稳定性。
如图2-3所示，法兰8上对称设有两个顶丝螺孔21，所述顶丝螺孔21正下方设有顶丝扩径孔22，所述顶丝螺孔21和顶丝扩径孔22共同组成的过孔沿法兰8的厚度方向贯通法兰8；所述顶丝螺孔21的深度为法兰8厚度的75％～85％，所述顶丝扩径孔22的深度为法兰8厚度的15％～25％。顶丝扩径孔22的直径大于顶丝螺孔21直径2mm，这样螺钉拧入后，松开时不会卡螺钉。
如图2所示，法兰8的上表面设有销钉孔20，用于安装介质流速方向标识牌23，避免安装方向发生错误。因为裂解炉工况条件介质流速为138～220m/s，冲刷相当高的，安装位置方向定位，就是箭头所指的方向与冲刷介质的流向一致。
如图1、图7-8所示，采用上述插入式保护套管的乙烯装置稳定性测温COT热电偶，具体为：一体成型内保护管2的顶部通过连接螺栓9与上保护管11相连，所述上保护管11的顶部通过压紧螺栓12与密封连接管16相连，所述压紧螺栓12的上部与卡套螺栓15的下部相连，所述卡套螺栓15的上部与接线盒组件19相连，所述密封连接管16穿过卡套螺栓15伸入至接线盒组件19内，所述接线盒组件19中设有接线端子组件18，铠装热电偶5的热电偶丝53与接线端子组件18的端子相连，所述铠装热电偶5依次穿过所述密封连接管16、上保护管11、一体成型内保护管2延伸至内保护管测温头1的末端内部。连接螺栓9与一体成型内保护管2的顶面之间装有紫铜垫圈10。
铠装热电偶5采用焊接密封及双卡套密封连接。连接螺栓9采用圆柱螺纹，设置有焊接台阶，用于铠装热电偶插入后焊接。紫铜垫圈10的厚度不低于2mm，外径小于一体成型内保护管的基面2mm。上保护管11为加长型，长度＞385mm，通孔，壁厚≥3mm，壁厚最小为外径的0.15倍。压紧螺栓12为六方形，基面带锥度。
密封连接管16用于连接于铠装热电偶，内灌绝缘胶，使铠装热电偶达到绝缘特性，外径与前卡套、后卡套间隙配合。
接线端子组件18采用螺钉压紧接线。接线盒组件19为铝合金，304SS或316SS材质。
如图7所示，热电偶丝53的外表面套设有玻纤管17，用于隔离铠装热电偶丝。铠装热电偶5下部的外表面为铠装套51，所述铠装套51内设有绝缘层52。
铠装热电偶5的测量点为单支或双支。以φ8双支铠装热电偶为例，铠装套51壁厚最小值0.88mm。绝缘层52为高纯氧化镁，MgO纯度不低于99.8％。以φ8双支铠装热电偶为例，热电偶丝53的最小值0.72mm。
卡套螺栓15内腔带锥度，为圆柱螺纹式，内装有前卡套13和后卡套14，卡套螺栓15与前卡套13相适配的内锥面的两条对称母线的夹角为35°，在其他有益实施例中也可设为30～45°；前卡套13的外锥面的两条对称母线的夹角为26.3°，在其他有益实施例中也可设为20～35°。
裂解炉基管24的尺寸可以为DN65～DN150。
根据炉体不同、工艺不同，裂解炉基管内径有φ51、φ53、φ63.5、φ66.5、φ72.9、φ74、φ87、φ92、φ104、φ111、φ120、φ124等。
以下以Φ124的裂解炉基管为例，例举下表中不同尺寸的插入式保护套管的内占比及插入深度。
因管道内径尺寸不同，故可以根据实际需要选择不同尺寸的插入式保护套管，但选用原则需注意的是：
(1)内占比不可大于11.5％，插入长度不可超过裂解炉基管内径的1/2，否则将产生阻流现象，而且插入深度越深，测温头附近流速越大，而且流体介质温度越高，流速会进一步提升，使得测温头的使用寿命将会缩短。
(2)内占比不可小于5.6％，插入长度不可低于裂解炉基管内径的1/4，否则测温不准确。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种插入式保护套管，其特征在于：包括外保护连接管(6)，所述外保护连接管(6)的下部与一体成型测量端(4)相连，所述外保护连接管(6)内设有一体成型内保护管(2)，所述一体成型内保护管(2)的底部设有与一体成型内保护管(2)一体成型的内保护管测温头(1)，所述一体成型测量端(4)的中央设有通孔，所述内保护管测温头(1)沿所述一体成型测量端(4)中央的通孔穿出且插入至裂解炉基管(24)内；
所述内保护管测温头(1)插入至裂解炉基管(24)中的长度为裂解炉基管(24)内径的1/4～1/2，插入至裂解炉基管(24)中的内占比为5.6～11.5％，所述内占比为内保护管测温头(1)的插入部分的截面面积与裂解炉基管(24)的横截面积之比。
2.根据权利要求1所述的插入式保护套管，其特征在于：所述内保护管测温头(2)中未插入至裂解炉基管(24)的部分呈圆柱形，插入至裂解炉基管(24)的部分由喇叭口部及半球端部组成，所述喇叭口部的大口直径与内保护管测温头(2)中未插入至裂解炉基管(24)的部分的直径相等，所述喇叭口部的小口直径与半球端部的直径相等；喇叭口部的母线与内保护管测温头中心轴线之间的夹角为5.5°～13.5°；
所述内占比的计算公式为，其中，a为喇叭口部的小口直径，b为喇叭口部的母线与内保护管测温头(2)的中心轴线之间的夹角，c为喇叭口部的大口直径，e为裂解炉基管(24)的内径。
3.根据权利要求2所述的插入式保护套管，其特征在于：所述内保护管测温头(2)经过电解抛光，硬度＞HRC58；所述喇叭口部的大口直径和小口直径之差≥6mm，所述半球端部的半径≥7mm；所述内保护管测温头(2)的耐磨长度≥110mm，光洁度＜0.2μm。
4.根据权利要求3所述的插入式保护套管，其特征在于：所述外保护连接管(6)的顶部装有法兰(8)，所述法兰(8)的中央设有通孔，一体成型内保护管(2)穿过所述法兰(8)中央的通孔沿外保护连接管(6)的中心轴线插入至外保护连接管(6)中，所述外保护连接管(6)的内壁和一体成型内保护管(2)的外壁之间填充有隔热层(7)。
5.根据权利要求4所述的插入式保护套管，其特征在于：所述一体成型测量端(4)的底面为抗冲刷圆弧面(3)，抗冲刷圆弧面(3)的曲面形状与裂解炉基管(24)的内壁面形状相适配，使得所述内保护管测温头(1)插入至裂解炉基管(24)后，所述裂解炉基管(24)的内壁形成光滑流道。
6.根据权利要求5所述的插入式保护套管，其特征在于：所述一体成型内保护管(2)及内保护管测温头(1)中开设有相互连通的空腔，用于插入铠装热电偶(5)。
7.根据权利要求6所述的插入式保护套管，其特征在于：所述法兰(8)上对称设有两个顶丝螺孔(21)，所述顶丝螺孔(21)正下方设有顶丝扩径孔(22)，所述顶丝螺孔(21)和顶丝扩径孔(22)共同组成的过孔沿法兰(8)的厚度方向贯通法兰(8)；所述顶丝螺孔(21)的深度为法兰(8)厚度的75％～85％，所述顶丝扩径孔(22)的深度为法兰(8)厚度的15％～25％。
8.根据权利要求7所述的插入式保护套管，其特征在于：所述法兰(8)的上表面设有销钉孔(20)，用于安装介质流速方向标识牌(23)。
9.采用权利要求1-8任一所述插入式保护套管的乙烯装置稳定性测温COT热电偶，其特征在于：一体成型内保护管(2)的顶部通过连接螺栓(9)与上保护管(11)相连，所述上保护管(11)的顶部通过压紧螺栓(12)与密封连接管(16)相连，所述压紧螺栓(12)的上部与卡套螺栓(15)的下部相连，所述卡套螺栓(15)的上部与接线盒组件(19)相连，所述密封连接管(16)穿过卡套螺栓(15)伸入至接线盒组件(19)内，所述接线盒组件(19)中设有接线端子组件(18)，铠装热电偶(5)的热电偶丝(53)与接线端子组件(18)的端子相连，所述铠装热电偶(5)依次穿过所述密封连接管(16)、上保护管(11)、一体成型内保护管(2)延伸至内保护管测温头(1)的末端内部。
10.根据权利要求9所述的乙烯装置稳定性测温COT热电偶，其特征在于：热电偶丝(53)的外表面套设有玻纤管(17)，所述铠装热电偶(5)下部的外表面为铠装套(51)，所述铠装套(51)内设有绝缘层(52)；所述连接螺栓(9)与一体成型内保护管(2)的顶面之间装有紫铜垫圈(10)。
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| CN202310507034.9A CN116448262A (zh) | 2023-05-04 | 2023-05-04 | 乙烯装置稳定性测温cot热电偶及其插入式保护套管 |
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Cited By (1)
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| CN117168637A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 中国核电工程有限公司 | 温度测量装置及放射性房间内设备、管道的温度测量方法 |
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2023
- 2023-05-04 CN CN202310507034.9A patent/CN116448262A/zh active Pending
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