DE19729360A1

DE19729360A1 - Probe for measuring temperature in rooms with high pressure

Info

Publication number: DE19729360A1
Application number: DE1997129360
Authority: DE
Inventors: Klaus Hammer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: DE19729360B4

Abstract

The probe has a probe body (1), which comprises a holder (7) and a protection sleeve (11) for a thermoelement (3) or a resistance thermometer. The protection sleeve extends from the holder. The thermoelement or resistance thermometer has a thermally sensitive point (3a) at the front portion of the protection sleeve. The protection sleeve is fixed in the sleeve by its rear portion by compression in a corresponding recess of the holder.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Temperaturmessung in Räumen mit hohem Druck mit einem Sondenkörper, der einen Halterungsteil und einen von diesem ausgehende Schutzhülse für ein Thermoelement oder ein Wider standsthermometer aufweist, dessen thermisch empfindliche Spitze aus dem vorderen Teil der Schutzhülse herausragt.The invention relates to a probe for temperature measurement in rooms high pressure with a probe body that a mounting part and a starting from this protective sleeve for a thermocouple or a contr has a thermometer, the thermally sensitive tip of which protrudes from the front part of the protective sleeve.

Derartige Sonden sind bekannt. Die Sondenkörper sind in der Regel zylin drisch ausgebildet und verlaufen am vorderen Ende konisch. Am hinteren Ende sind sie mit einem Gewinde versehen, mit dem sie in eine Halterung einschraubbar sind. In die zylindrische Bohrung kann beispielsweise ein Thermoelement bekannter Bauart, vorzugsweise ein Miniatur-Mantel-Thermo element, eingesetzt sein. Derartige Thermoelemente bestehen normalerweise aus zwei Adern unterschiedlicher Metalle, die in ein Isolationsmaterial eingebettet und von einer metallischen Abschirmung, dem Mantel, umgeben sind. Als Isolationsmaterial dient dabei Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid, die einen hohen Isolationswiderstand besitzen. Als Mantelmaterialien werden in der Regel rostfreie Stähle verwendet. Als Adern des Thermoelements werden üblicherweise NiCr-Ni-Drähte verwendet, die am vorderen Ende miteinander verschweißt sind. Bei Temperaturen über 1200°C kommen auch Platin-Rhodium-Platin-Thermopaare zum Einsatz. Such probes are known. The probe bodies are usually cylindrical drisch trained and tapered at the front end. At the back They are threaded at the end, with which they are held in a holder are screwable. For example, in the cylindrical bore Thermocouple of known design, preferably a miniature jacket thermo element. Such thermocouples usually exist made of two veins of different metals, into one insulation material embedded and surrounded by a metallic shield, the jacket are. Magnesium oxide or aluminum oxide serves as insulation material, which have a high insulation resistance. As cladding materials usually stainless steels are used. As wires of the thermocouple NiCr-Ni wires are usually used, which are at the front end are welded together. At temperatures above 1200 ° C also come Platinum-rhodium-platinum thermocouples are used.

Thermosonden mit derartigen Thermoelementen werden für viele Zwecke eingesetzt. Probleme entstehen, wenn sie zur Temperaturmessung in Reakto ren und Reaktorrohren eingesetzt werden, die unter hohem Druck stehen und bei denen eine schnelle Temperaturerfassung notwendig ist. Der hohe Druck führt dazu, daß der Sondenkörper stabil ausgeführt sein muß. Anlagen, in denen solche Thermosonden zum Einsatz kommen, sind beispielsweise Hochdruck-Polyethylenanlagen, bei denen die Reaktion durch Ethylenver dichtung bei Betriebsdrücken zwischen 1500 und 3500 bar betrieben wird. In einem solchen Reaktor sind ca. 40 Thermosonden im Einsatz, die das entsprechende Temperaturprofil abbilden sollen. Die Sondenkörper haben dabei in der Regel einen Durchmesser von 8 bis 10 mm. Der Durchmesser der in diese eingesetzten Thermoelemente liegt üblicherweise bei etwa 3 mm. Bei bekannten Thermosonden ragen Hohlräume mit Wandstärken von etwa 3 mm in den Reaktor hinein. Trotz sorgfältiger Fertigung ist nicht auszuschließen, daß ein Abbrechen des Sondenkörpers auftreten kann durch den ein starker Gasausbruch erfolgt. Um dies nach Möglichkeit auszuschlie ßen, ist bisher die Schutzhülse des Thermoelements aus einem Stück Voll material herausgearbeitet und im Innenteil mit einer Tieflochbohrung ver sehen worden. Diese Arbeitsgänge verursachen erhebliche Kosten.Thermal probes with such thermocouples are used for many purposes used. Problems arise when they are used for temperature measurement in reactors ren and reactor tubes are used, which are under high pressure and where rapid temperature detection is necessary. The high pressure leads to the fact that the probe body must be stable. Attachments, in such thermal probes are used, for example High-pressure polyethylene plants in which the reaction by ethylene ver seal is operated at operating pressures between 1500 and 3500 bar. In such a reactor there are approx. 40 thermal probes in use map the corresponding temperature profile. The probe bodies have usually a diameter of 8 to 10 mm. The diameter the thermocouples used in these are usually around 3 mm. In known thermal probes, cavities with wall thicknesses of about 3 mm into the reactor. Despite careful manufacturing, it is not rule out that a break of the probe body can occur by which there is a strong gas outbreak. To rule this out if possible So far, the protective sleeve of the thermocouple is made of one piece of solid worked out material and ver in the inner part with a deep hole been seen. These operations involve considerable costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Thermosonden zu schaffen, die in Reaktoren mit sehr hohem Druck und sehr hoher Temperatur sowie hoher Strömungsgeschwindigkeit der Reaktanden einsetzbar sind und die sicher gegen den Austritt von Druckgasen sind. Sie sollen außerdem mit geringen Kosten herstellbar sein.The invention has for its object to provide thermal probes in reactors with very high pressure and very high temperature as well as high Flow rate of the reactants can be used and that safely are against the escape of compressed gases. They are also said to be low Costs can be produced.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Sonde zur Temperaturmessung mit einem Sondenkörper, der einen Halterungsteil und einen von diesem ausge hende Schutzhülse für ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermometer aufweist, dessen thermisch empfindliche Spitze aus dem vorderen Teil der Schutzhülse herausragt, dadurch erreicht, daß die Schutzhülse mit ihrem hinteren Teil durch Pressung in einer entsprechenden Ausnehmung des Halterungsteils befestigt ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Pressung durch Schrumpfung des Halterungsteils, wodurch eine spielfreie Verbindung entsteht. Hierfür kann das Halterungsteil vor dem Einsetzen der Schutzhülse stark erwärmt und die Schutzhülse stark abgekühlt werden. Vorteilhaft ist, wenn der Durchmesser der Schutzhülse an ihrem hinteren Teil verringert ist und an ihrem hinteren Ende rechtwinklig zu ihrer Achse verläuft und die Bohrung im Halterungsteil entsprechend ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das in die Schutzhülse eingesetzte, umhüllte Leiterelement in dieser durch Aufhämmern über die gesamte Länge befestigt ist.According to the invention, this is the case with a probe for temperature measurement a probe body, the holder part and one of these out Protective sleeve for a thermocouple or a resistance thermometer has, whose thermally sensitive tip from the front part of the Protective sleeve protrudes, achieved in that the protective sleeve with her rear part by pressing in a corresponding recess of the Bracket is attached. According to an advantageous development of the Invention, the pressing takes place by shrinking the holding part, which creates a play-free connection. For this, the bracket part warmed up strongly before inserting the protective sleeve and the protective sleeve strongly be cooled. It is advantageous if the diameter of the protective sleeve is on its rear part is reduced and rectangular at its rear end to their axis and the hole in the bracket part accordingly is trained. It is particularly advantageous if this is in the protective sleeve inserted, covered conductor element in this by hammering over the entire length is attached.

Im allgemeinen treten im Betrieb Druckbereiche auf von 30 bis 5000 bar, vorzugsweise von 50 bis 3500 bar, insbesondere von 1000 bis 3500 bar, sowie Temperaturen von 20 bis 1000°C, vorzugsweise von 50 bis 500°C, insbesondere von 100 bis 400°C. Die Strömungsgeschwindigkeiten liegen zwischen 1 und 50 m/s, vorzugsweise zwischen 5 und 15 m/s.In general, pressure ranges from 30 to 5000 bar occur during operation, preferably from 50 to 3500 bar, in particular from 1000 to 3500 bar, and temperatures from 20 to 1000 ° C, preferably from 50 to 500 ° C, especially from 100 to 400 ° C. The flow velocities are between 1 and 50 m / s, preferably between 5 and 15 m / s.

Bei der Anwendung der Erfindung als Thermosonde können als Thermo elemente Miniatur-Mantel-Thermoelemente verschiedener Bauart, vorzugsweise solche aus NiCr-Ni-Drähten verwendet werden, die am vorderen Ende miteinander verschweißt sind. Auch Platin-Rhodium-Platin-Thermopaare sowie andere bekannte Thermoelemente können hier zum Einsatz kommen. Diese Drähte des Thermoelements sind in ein elektrisch nichtleitendes Isolations material wie Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid eingebettet und von einer metallischen Abschirmung, dem Mantel, umgeben. Am vorderen Ende sind die Thermoelemente durch eine metallische Kappe mit dem Mantel ver bunden. Diese Kappe muß unempfindlich gegen die auftretenden hohen Temperaturen, Drücke und Strömungsgeschwindigkeiten sein. Vorzugsweise ist die Kappe halbkugelförmig ausgebildet.When using the invention as a thermal probe can be used as a thermal miniature jacket thermocouples of various types, preferably those made of NiCr-Ni wires are used at the front end are welded together. Also platinum-rhodium-platinum thermocouples as well other known thermocouples can be used here. This Wires of the thermocouple are in an electrically non-conductive insulation material such as magnesium oxide or aluminum oxide and embedded by one metallic shield, the coat. Are at the front end ver the thermocouples with a metal cap to the jacket bound. This cap must be insensitive to the high occurring Temperatures, pressures and flow velocities. Preferably the cap is hemispherical.

Anstatt der Thermoelemente können auch Widerstandsthermometer oder Meßwiderstände eingesetzt werden. Von besonderem Vorteil sind hierbei Platin-Widerstandsthermometer und Platin-Meßwiderstände, beispielsweise entsprechend der DIN IEC 751. Diese Widerstandsthermometer bestehen aus einem auf Temperaturen ansprechenden Meßwiderstand in einer Schutzhülle, inneren Zuleitungen und äußeren Anschlüssen zur Verbindung mit elektri schen Meßinstrumenten.Instead of the thermocouples, resistance thermometers or Measuring resistors are used. Are of particular advantage here Platinum resistance thermometers and platinum measuring resistors, for example according to DIN IEC 751. These resistance thermometers consist of a temperature-sensitive measuring resistor in a protective cover, inner supply lines and outer connections for connection with electri measuring instruments.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können den in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispielen entnommen werden. Es zeigen:Further details and advantages of the invention can be found in the drawing tion shown embodiments can be taken. Show it:

Fig. 1 eine Thermosonde bekannter Bauart, eingebaut in ein Reaktorrohr, im Schnitt; . Figure 1 is a thermocouple probe of known type, fitted into a reactor tube, in section;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Sonde als Thermosonde im Schnitt; Figure 2 is an enlarged view of the probe according to the invention as a thermal probe in section.

Fig. 3 eine vergrößerte Ausführungsform des in Fig. 2 gestrichelt markier ten Kopfes der erfindungsgemäßen Thermosonde im Schnitt; Fig. 3 is an enlarged embodiment of the head shown in Figure 2 dashed th head of the thermal probe according to the invention in section;

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform ist eine Thermosonde bekannter Bauart, die in einen Rohrreaktor eingebaut ist. Hier ist im Sondenkörper 1 eine zylindrische Bohrung 2 vorgesehen, in die ein ummanteltes Thermo element 3 eingesetzt ist, welches eine thermoempfindliche Spitze 3A auf weist. Der Sondenkörper 1 ist in der zylindrischen Ausnehmung 4 eines Anschlußstücks 5 gelagert, das zwischen den Flanschen 6A und 6B eines Reaktorrohres 6 druckdicht gehaltert ist. Im Reaktorrohr 6 können bei Reaktionen beispielsweise bei der Herstellung von Polyethylen durch Ethylen verdichtung Betriebsdrücke zwischen 500 und 5000 bar, vorzugsweise zwi schen 500 und 3500 bar, auftreten. Dabei kann es zu starken Temperatur anstiegen kommen, die zwischen 300 und 1200°C liegen können. Das Anschlußstück 5 ist über Flansche 5A und 5B mit dem Verbindungsstuck 7 eines Anschlußkopfes 8 verschraubt, aus dem über den Anschlußteil 8A elektrische Leitungen zu den Anzeigegeräten führen. Das Verbindungsstück 7 ist mit einem Gewinde 7A mit einem Flansch 5A verschraubt.The embodiment shown in Fig. 1 is a known type of thermal probe which is installed in a tubular reactor. Here, a cylindrical bore 2 is provided in the probe body 1 , into which a coated thermo element 3 is inserted, which has a thermosensitive tip 3 A. The probe body 1 is mounted in the cylindrical recess 4 of a connecting piece 5 , which is held pressure-tight between the flanges 6 A and 6 B of a reactor tube 6 . In the reactor tube 6 , reactions can occur, for example in the production of polyethylene by ethylene compression, operating pressures between 500 and 5000 bar, preferably between 500 and 3500 bar. This can lead to high temperatures, which can be between 300 and 1200 ° C. The connector 5 is screwed via flanges 5 A and 5 B to the connector 7 of a connection head 8 , from which lead 8 A electrical lines to the display devices via the connector. The connector 7 is screwed with a thread 7 A to a flange 5 A.

Der in das Anschlußstück 5 eingesetzte Sondenkörper 1 ragt mit seinem vorderen Ende in das Reaktorrohr 6.The front end of the probe body 1 inserted into the connector 5 projects into the reactor tube 6 .

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, besteht bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Sonde als Thermosonde der Sondenkörper 1 aus einer zylindrischen Schutzhülse 11, die das Thermoelement 3 umgibt. Diese rohrförmige Schutzhülse 11 ist vorzugsweise aus Edelstahl. Ihr Durchmesser im hinteren Teil 11B ist verringert und weist eine rechtwinklig zur Achse verlaufende Kante 11C auf. Dieser hintere Teil 11B ist in eine entsprechen de abgestufte Bohrung in das Gewindestück 7A des Halterungsteils 7 einge setzt und bildet an der Kante 11C einen Schultersitz. Erfindungsgemäß erfolgt das Einsetzen der zylindrischen Schutzhülse 11 in die Bohrung des Halterungsteils 7 in der Weise, daß das Gewindestück 7A stark erhitzt und die Schutzhülse 11 stark abgekühlt wird. Bei der Erhitzung des Gewinde stucks 7A sind Temperaturen von 300 bis 600°C, vorzugsweise ca. 400°C, vorgesehen. Für die Abkühlung der Schutzhülse 11 eignet sich flüssiger Stickstoff mit einer Siedetemperatur von -196°C in besonderer Weise. Hierdurch entsteht in zulässiger Weise eine spielfreie Verbindung. Bei einem Ausführungsbeispiel betrug der Durchmesser der Schutzhülse 11 bei Normal temperatur 9,53 mm im vorderen Teil und 5,4 mm im abgestuften hinteren Teil 11B und das Gewindeteil 7A war mit einem Gewinde M25 × 2 ver sehen. Am hinteren Ende war die Schutzhülse 11 über eine Nut 7B mit einem Gewindeteil 7 verschweißt. Mit der vorderen Kante des Halterungs teils 7 war die Schutzhülse 11 durch eine Schweißnaht 7C verbunden, die der Abdichtung dient.As can be seen from FIG. 2, in the embodiment of the probe according to the invention as a thermal probe, the probe body 1 consists of a cylindrical protective sleeve 11 which surrounds the thermocouple 3 . This tubular protective sleeve 11 is preferably made of stainless steel. Its diameter in the rear part 11 B is reduced and has an edge 11 C running at right angles to the axis. This rear part 11 B is in a corresponding de stepped bore in the threaded piece 7 A of the mounting part 7 is inserted and forms a shoulder seat at the edge 11 C. According to the invention, the cylindrical protective sleeve 11 is inserted into the bore of the holding part 7 in such a way that the threaded piece 7 A is heated strongly and the protective sleeve 11 is cooled down considerably. When heating the threaded stucco 7 A, temperatures of 300 to 600 ° C, preferably about 400 ° C, are provided. Liquid nitrogen with a boiling temperature of -196 ° C. is particularly suitable for cooling the protective sleeve 11 . This creates a play-free connection in a permissible manner. In one embodiment, the diameter of the protective sleeve 11 at normal temperature was 9.53 mm in the front part and 5.4 mm in the stepped rear part 11 B and the threaded part 7 A was seen with a thread M25 × 2 ver. At the rear end of the protective sleeve 11 was welded B 7 via a groove with a threaded portion. 7 With the front edge of the bracket part 7 , the protective sleeve 11 was connected by a weld 7 C, which serves as a seal.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Thermosonde wird das Mantel thermoelement 3 in die Schutzhülse 11 eingeschoben und über deren gesam ten Länge aufgehämmert. Hierdurch wird ein hohlraumfreier Zylinder ge schaffen, der mit einem Massivkörper vergleichbar ist. Der Innendurchmesser der Schutzhülse 11 betrug bei einem Ausführungsbeispiel 1,61 mm vor dem Einsetzen des Mantelthermoelements, das einen Durchmesser von 1,6 mm aufwies. Das Mantelthermoelement hatte einen Edelstahlmantel, der mit Aluminiumoxid als Isolationsmaterial gefüllt war, in das die beiden Thermo drähte eingebettet waren.In the manufacture of the thermal probe according to the invention, the jacket thermocouple 3 is inserted into the protective sleeve 11 and hammered over its entire length. This will create a void-free cylinder that is comparable to a solid body. In one embodiment, the inner diameter of the protective sleeve 11 was 1.61 mm before inserting the jacket thermocouple, which had a diameter of 1.6 mm. The sheathed thermocouple had a stainless steel sheath, which was filled with aluminum oxide as insulation material, in which the two thermo wires were embedded.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ging die Schutzhülse 11 am vor deren Ende in ein durch die Schweißnaht 9 befestigtes Teil 12 über, in dem ein Ringspalt 10 gegenüber dem Sondenkörper 3 vorgesehen war. Das vordere Ende 12A des Teils 12 war konisch ausgebildet.In the exemplary embodiment shown, the protective sleeve 11 at the end thereof changed into a part 12 fastened by the weld 9 , in which an annular gap 10 was provided relative to the probe body 3 . The front end 12 A of part 12 was conical.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des vorderen Teils des Sondenkörpers 1, der an seinem vorderen Ende mit einem Ringspalt 10 versehen ist. Dieser Ringspalt hatte bei einer speziellen Ausführungsform eine Länge von 12 mm und eine Spaltbreite von 0,2 mm. Die Bohrung 2 für das ummantelte Thermoelement 3 hatte einen Durchmesser von 1,6 mm, und der innerhalb des Ringspalts 10 liegende zylindrische Teil 11A des Sondenkörpers 11 hatte einen Durchmesser von 3,6 mm. Der innerhalb des Ringspalts 10 liegende Teil 11A des Sondenkörpers 11 war an der Spitze gegenüber dem Ende des kegelförmigen Teils 12A mit einem zylindrischen Teil 11D um 4 mm ver längert. Das vordere Ende dieses Teils wurde durch eine außen halbkugel förmige Schweißung 13 verschlossen. Zur drucksicheren Halterung des Mantelthermoelements 3 in der Bohrung 2 wurde diese Bohrung nach Einsetzen des Mantelthermoelements 3 durch Hämmern oder Walzen ver dichtet, wodurch eine Kaltverschweißung entstand. Fig. 3 shows an embodiment of the front part of the probe body 1 is provided at its front end with a ring gap 10. In a special embodiment, this annular gap had a length of 12 mm and a gap width of 0.2 mm. The bore 2 for the encased thermocouple 3 had a diameter of 1.6 mm, and the cylindrical part 11 A of the probe body 11 lying within the annular gap 10 had a diameter of 3.6 mm. The part 11 A within the annular gap 10 of the probe body 11 was extended at the tip relative to the end of the conical part 12 A with a cylindrical part 11 D by 4 mm. The front end of this part was closed by an outer hemispherical weld 13 . For pressure-proof mounting of the jacket thermocouple 3 in the bore 2 , this bore was sealed after inserting the jacket thermocouple 3 by hammering or rolling, resulting in a cold welding.

Zur Überprüfung der Druckfestigkeit der erfindungsgemäßen Thermosonde wurde diese Drücken von 7500 bar ausgesetzt. Hierbei konnte keine Un dichtigkeit festgestellt werden. Sodann wurde die Schutzhülse an den mit a b und c bezeichneten Stellen abgetrennt und jeweils eine neue Druckprüfung bei demselben Druck durchgeführt. Auch unter diesen extremen Bedingungen konnte keine Undichtigkeit festgestellt werden.To check the compressive strength of the thermal probe according to the invention these pressures of 7500 bar were exposed. No Un tightness can be determined. Then the protective sleeve was attached to the a b and c separated points and a new pressure test performed at the same pressure. Even under these extreme conditions no leak could be found.

Die vorgenannten extremen Bedingungen der Druckprüfung zeigen, daß selbst beim Abreißen der Thermospitze oder des gesamten Thermorohres Gas ausbrüche auszuschließen sind. Diese sind bei Thermoelementen bekannter Bauart nicht zu vermeiden.The aforementioned extreme conditions of the pressure test show that even when tearing off the thermal tip or the entire thermal tube gas outbreaks are excluded. These are better known for thermocouples Design cannot be avoided.

Claims

1. probe for temperature measurement in rooms with high pressure with a probe body which has a holding part and a protective sleeve emanating therefrom for a thermocouple or a resistance thermometer, the thermally sensitive tip protruding from the front part of the protective sleeve, characterized in that the protection sleeve ( 11 ) is fastened with its rear part by pressing in a corresponding recess of the holding part ( 7 ).

2. Probe according to claim 1, characterized in that the pressing takes place by shrinking the holding part ( 7 ) and thus a play-free connection is formed.

3. Probe according to claim 1 or 2, characterized in that the holding part ( 7 ) before the insertion of the protective sleeve ( 11 ) is heated up strongly and the protective sleeve ( 11 ) is cooled down greatly.

4. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the protective sleeve ( 11 ) is reduced at its rear part and at the end is perpendicular to its axis and the bore in the holding part ( 7 ) is designed accordingly and so a shoulder seat forms.

5. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that a jacket thermocouple ( 3 ) is inserted into the protective sleeve ( 11 ) and is fastened in this by hammering over the entire length.