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連續熱電偶在球罐上的安裝設計及計算方法

2023年01月17日 12:41:37      來源：云南昌暉儀表制造有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量：44

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文章簡單闡述在球罐表面溫度測量的應用，并結合案例介紹連續熱電偶在球罐上的安裝設計及計算方法，從而正確指導施工，準確統計連續熱電偶安裝施工材料。

液化烴球罐在工業裝置中一般作為中間罐或成品罐，因其為承壓罐，危險性很大。在國內外曾出現過多起爆炸事故，造成生命和財產的重大損 失。因此，球罐的消防設計要求很嚴格。

球罐消防設計，要求球罐表面溫度與雨淋閥進行聯鎖。當達到設定溫度時，聯鎖打開雨淋閥進行消防噴淋。對于球罐表面溫度的檢測，在以往的設計中，經常采用閉式噴頭(又稱感溫玻璃泡)。感溫玻璃泡安裝在凈化風管線上，在球罐外構成多個環 狀，在罐底凈化風總管上設壓力開關。當球罐外表面溫度超過68℃時，感溫玻璃泡破裂，壓力降低，壓力開關動作輸出信號，通過控制系統聯鎖開啟雨淋閥，實現消防噴淋。這種設計方案在中國沿續了很長時間，其特點是反應快、投資少，缺點是施工量大、容易誤動作。一旦因為外界原因使感溫玻璃泡的破裂，造成聯鎖動作，往往使操作人員虛驚一場，同時造成水資源浪費。

采用線形定溫火災探測器，也只能對已發生的火災進行探測，而在火災發生之前，環境溫度為-40~68℃時，無法發出報警。

如果能夠檢測出真實的罐外表面溫度，在事故或火災未發生時發出報警，在確定的條件下才進行聯鎖動作，就能解決誤動作的問題。同時，使操作人員具有充分時間采取相應的措施，避免發生事故或引起火災。現在，由美國研制開發的測溫電纜就能實現上述要求。它能夠連續產生與其長度所及范圍內的點溫度相對應的毫伏信號，可用來連續探測監控區域的溫度，對溫度的變化進行實時監控，不僅能測定溫度異變的幅度，而且能確定溫度異變的區域。

連續熱電偶工作原理
連續熱電偶又稱特種測溫熱敏電纜或尋熱式熱電偶，它利用熱電效應原理，能夠連續產生與其長度所及范圍內的點溫度相對應的毫伏信號，它與普通熱電偶不同之處在于它的熱接點不固定，而是始終與線纜上的溫度點相對應。當測溫電纜上任何一點(T1)的溫度高于其他部分的溫度時，該處的熱電偶導線之間的絕緣電阻(R)降低，導致出現“臨時”熱電偶接頭，其作用與常規單接點熱電偶接頭相同，當測溫電纜上另外一點(T2)的溫度高于T1點時，該處的熱電偶導線之間的絕緣電阻會變的低于T1點的電阻，導致出現新的“臨時”熱電偶 接頭。測溫電纜在單點受熱、兩點受熱時的情況見圖1所示。
連續熱電偶工作原理
圖1 連續熱電偶工作原理

連續熱電偶在球罐上的安裝設計
由于連續熱電偶的功能，現已在各個領域廣泛應用，在石油化工領域的應用：電纜通道、氣化爐、反應罐、油罐等。其安裝設計已有成熟的經驗。但是，在液化烴球罐上的安裝設計還很少。

藍星石化公司天津石化廠液化烴罐區原有4個400m3球罐。內徑為9.2m，壁厚34mm。新建2個1000m3球罐，內徑為12.3m，壁厚40mm。設計中選用昌暉儀表生產的連續熱電偶。

400m3球罐安裝設計過程如下。
①確定連續熱電偶在球罐上敷設的環數
根據連續熱電偶布線距離要求：連續熱電偶布置位置離被保護處所不應超過2m。這樣，兩環電纜之間間距應不超過4m。因此，敷設環數可用 球罐半周長除以4m得到。即

從而得到電纜在400m3球罐上布置大于3.6環，即至少4環。

②確定連續熱電偶安裝位置
確定角度：在球罐表面布置4環電纜，即將球心分成8個角，每個角設為α，α=360/8=45°。確定每兩環測溫電纜之間的間距。根據計算公式：弧長=半徑×α×π/180=(4600+34)×45×π/180≈3638mm

現場施工時，由球罐點開始定位，每兩環之間的電纜間距約3638mm。安裝方法：用帶凹槽的強磁鐵每隔0.5~1m固定一點，如圖2所示。
連續熱電偶在400m3球罐上的安裝圖
圖2 連續熱電偶在400m3球罐上的安裝圖

③確定連續熱電偶長度與磁鐵個數
需將一個罐上所需的連續熱電偶總長度確定下來，只要知道每個連續熱電偶環的半徑，就能計算出每環連續熱電偶長度，將每環長度相加，即得出連續熱電偶總長度。如圖3所示。
連續熱電偶總長度計算圖
圖3 連續熱電偶總長度計算圖

①環連續熱電偶半徑BC=OC×sin(45°/2)=(半徑+壁厚)×sin22.5°≈1774mm，環連續熱電偶長度=2×π×BC=2×π×1774≈11141mm≈11.1m。
②第二環連續熱電偶半徑ED=OE×sin(45°/2+45°)=(半徑+壁厚)×sin67.5°≈4282mm，第二環連續熱電偶長度=2×π×ED=2×π×4282≈26891mm≈27m
③第三環連續熱電偶長度等于第二環連續熱電偶長度
④第四環連續熱電偶長度等于環連續熱電偶長度
⑤連續熱電偶總長=11.5×2+27×2+球罐半周長=77+15=92m
⑥安裝所需磁鐵約180個。

參照以上計算步驟，可以計算出1000m3球罐表面溫度測量的連續熱電偶安裝位置與長度：
①確定在罐上敷設至少5環。
②確定連續熱電偶安裝位置，由球罐點開始定位，每兩環之間的連續熱電偶間距約3888mm。
③確定連續熱電偶長度與磁鐵個數，球罐上的電纜總長約為160m。根據連續熱電偶長度要求：“一般情況下，連續熱電偶長度小于150m。如長度大于150m可分多個區域進行監測”。這樣，需將1000m3球罐上的連續熱電偶分為兩根。一根敷設在環、第二環、第三環的一半，另一根敷設在第三環的另一半、第四環與第五環。其電纜長度分別為：根電纜長度=環+第二環+第三環/2+球罐半周長=84m；第二根電纜長度=第三環/2+第四環+第五環+球罐半周長/2=74m；安裝所需磁鐵約320個。

連續熱電偶的應用和選用稍顯復雜，大家可到產品頁面仔細了解這種特殊熱電偶。
作者：天津辰鑫石化工程設計有限公司 劉崢嶸



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