Термогильза: объяснение принципа работы защитной трубки датчика

Термогильзы — невероятное изобретение. Во многих процессах, таких как транспортировка нефти и газа, парогенерация в котлах и производство агрессивных химических веществ, измерение температуры необходимо. В этих случаях прямое погружение датчика в технологическую среду довольно затруднительно. Это не только создает риск повреждения датчика, но и нарушает непрерывность процесса. Термогильзы обеспечивают защиту датчиков температуры от таких агрессивных сред. Давайте обсудим, что такое термогильзы и методы их изготовления.

Что такое термогильза?

Термогильзы — это защитные корпуса для датчиков температуры, используемых в системах управления технологическими процессами. Основная функция термогильз — защита датчиков температуры от воздействия рабочей среды. Это помогает исключить вероятность загрязнения рабочей среды, а также защитить чувствительный элемент от коррозии, эрозии, высокого давления и/или высокого расхода. В зависимости от требований к установке, конструкция термогильзы может быть резьбовой, фланцевой или сварной.

В чём разница между термогильзой и термометром?

Главное различие заключается в функциональности. В то время как термогильза представляет собой, по сути, защитный кожух для чувствительного элемента, сам термометр является чувствительным элементом. С одной стороны, термогильзы передают тепло для измерения температуры термометру. С другой стороны, термометр выдает читаемый выходной сигнал для измерения температуры. Вместе они обеспечивают надежное и безопасное управление измерительным оборудованием для определения температуры.

Термогильза против термопары: основные функции

Термопара также является устройством для измерения температуры. Она показывает разность потенциалов, возникающую из-за разности потенциалов между разнородными проводами в горячем спае. Это показание напряжения преобразуется в измерение температуры, которое отображается на циферблате или цифровом дисплее. Термогильза — это просто защитный кожух, в котором находится термопара. Основные функции описаны ниже:

Компоненты термогильзы

Термогильза состоит в основном из четырех компонентов: наконечника, хвостовика, внутреннего отверстия и крепежного элемента. Каждый компонент выполняет свою уникальную функцию. Хорошая конструкция обеспечивает максимальную теплопередачу без потери структурной целостности. На приведенной ниже схеме показаны различные компоненты термогильзы.

Tип

Наконечник представляет собой, по сути, закрытый конец термогильзы. Это первая точка контакта с рабочей средой. Поэтому к конструкции наконечника необходимо подходить с особой тщательностью. Например, более тонкие наконечники обеспечивают хорошую эффективность теплопередачи, но им может не хватать механической прочности. С другой стороны, более толстые наконечники обеспечивают хорошую механическую прочность за счет снижения теплопередачи. Таким образом, необходимо найти оптимальный компромисс. Поскольку наконечники термогильз непосредственно контактируют с рабочей средой, следует выбирать подходящие материалы, устойчивые к коррозии и эрозии.

Хвостовик

Стержень — это основная конструктивная часть термогильзы. Это удлиненный корпус, длина которого определяет длину погружения датчика температуры. Обычно он может быть прямым, коническим или ступенчатым в зависимости от параметров процесса. Конструкция стержня зависит от давления, скорости, расхода и химической активности рабочей среды.

Внутреннее отверстие

Внутреннее отверстие обычно определяется размером канала. Оно должно быть точно обработано, чтобы обеспечить надлежащую посадку датчика температуры. Обычно оно немного больше, чем сам датчик, чтобы вместить его. Однако чрезмерные воздушные зазоры могут серьезно повлиять на точность измерения температуры. Глубина внутреннего отверстия в термогильзах определяет расстояние от наконечника до рабочей среды.

Монтажное соединение

Тип крепления является важным параметром классификации термогильз. Он определяет способ крепления термогильзы к трубопроводу, сосуду или реактору. В зависимости от условий процесса и способа установки, его можно разделить на четыре основные категории:

1. С резьбой
2. отбортованный
3. сваренный
4. Розетка

Главным критерием должно быть отсутствие утечек через термогильзу.

Для чего используется термогильза?

Главная функция термогильзы — защита датчика температуры от воздействия окружающей среды, а также обеспечение эффективной теплопередачи. Этот защитный барьер гарантирует безопасные, надежные и поддерживаемые в рабочем состоянии измерения температуры. Еще одно преимущество — простота снятия и замены датчиков температуры. Это обеспечивает непрерывность технологического процесса в системах непрерывного производства, таких как нефтегазовая отрасль, энергетика, химическая промышленность и пищевая промышленность.

Защита датчика

Датчики, такие как термометры, терморезисторы или термопары, часто подвергаются воздействию абразивных частиц, химически агрессивных веществ, высокого давления или высокой скорости. Эти условия делают датчики уязвимыми для повреждений или выхода из строя. Термогильзы обеспечивают надежную защиту для датчиков температуры.

Включить замену датчика

Термогильза представляет собой герметичную полую металлическую трубку, устанавливаемую на промышленном оборудовании. Термогильза защищает датчик от воздействия технологической среды, что позволяет легко и безопасно заменять датчик, поскольку датчики являются прецизионными компонентами, подверженными повреждениям.

Измерение температуры в суровых условиях

Термогильзы изготавливаются из специальных материалов, позволяющих им выдерживать высокое давление и экстремальные температуры. Хотя термогильзы защищают датчик от воздействия окружающей среды, они не обеспечивают полной теплоизоляции. Как правило, термогильзы изготавливаются из материалов с хорошей теплопроводностью, что позволяет передавать тепло датчику для измерения температуры.

Как работает термогильза?

После ознакомления с функциями термогильзы необходимо понять, как она работает. На самом деле, механизм работы термогильзы довольно прост. Он включает в себя следующие этапы:

Защитите датчик

Термогильза изолирует датчик температуры от окружающей среды, но при этом надежно защищает его от любых воздействий. Эрозия, коррозия или высокая скорость потока не оказывают негативного влияния на датчик температуры. Термогильза заключает датчик температуры в герметичный корпус.

Передача тепла на датчик

Термогильзы изготавливаются из теплопроводящих металлов. Внешняя стенка термогильзы проводит тепло, которое затем передается на внутренние стенки, откуда датчик производит измерение. После этого он либо выдает считываемый сигнал, либо подает сигнал исполнительному механизму для выполнения действия.

Выдерживает технологические условия

Выдерживать давление

Высокое давление или вакуум часто исключают возможность прямого погружения датчиков температуры в рабочую среду. Экстремальные давления довольно распространены в трубопроводах, котлах и реакторах. Термогильзы обеспечивают защиту от давления. Правильно подобранные по материалу и толщине стенок термогильзы гарантируют бесперебойное измерение температуры.

Коррозионная стойкость

Химически агрессивные среды, как правило, вызывают коррозию важных компонентов датчиков температуры. Термогильзы уменьшают необходимость прямого контакта с рабочей средой, а проблема коррозии решается автоматически.

Снижение вибрации, вызванной потоком воздуха.

В системах с высокой скоростью потока жидкости возникают колебательные силы. Если эти колебания совпадают с собственной частотой датчика, резонанс может значительно усугубить повреждения. Повторные нагрузки также приводят к усталостному разрушению. Поэтому правильная конструкция термогильзы, например, коническая или ступенчатая форма, снижает сопротивление. Это позволяет бороться с вибрациями, вызванными потоком жидкости.

Какие бывают типы термогильз?

Термогильзы можно классифицировать по способу крепления. Каждый тип подходит для определенных условий эксплуатации. В таблице ниже приведено сравнение распространенных типов термогильз.

Резьбовые термогильзы

Наиболее распространенным типом является резьбовая термогильза. Она обычно используется в условиях низкого и среднего давления, где частое снятие или замена не требуются. Установка довольно проста. Термогильзу нужно просто вкрутить в резьбовое отверстие трубы или реактора. Таким образом, она обеспечивает быстрое техническое обслуживание. Однако, к недостаткам можно отнести более высокий риск утечек по сравнению со сварными или фланцевыми термогильзами. Поэтому она считается менее подходящей для ответственных применений.

Термогильзы с фланцами

Фланцевые термогильзы относятся к очень прочным типам. Они широко используются в системах высокого давления, таких как обсадные трубы или электростанции. Они невероятно герметичны и допускают частую замену. Однако фланцевые термогильзы стоят дорого.

Термогильзы для сварки встык

Термогильзы с раструбной сваркой имеют раструбное соединение, вокруг которого производится сварка. Это позволяет обеспечить правильное позиционирование, сохраняя при этом прочность постоянного сварного шва. Поэтому вероятность протечки довольно низка. С другой стороны, демонтаж или замена более сложны.

Ввариваемая термогильза

В этом типе термогильзы она приваривается непосредственно к технологическому трубопроводу или сосуду. Она обеспечивает высочайшую устойчивость к давлению и прочность. Благодаря этой исключительной прочности она идеально подходит для ответственных применений. Недостатком является недостаточная гибкость.

Материалы для термогильз

Гильзы термометров изготавливаются из нескольких материалов. Некоторые материалы обладают высокой коррозионной стойкостью, другие же обеспечивают экономическую выгоду. При выборе материалов для гильз термометров необходимо учитывать компромисс. В конце концов, главными требованиями остаются долговечность, безопасность и точность измерений. Среди всех материалов наиболее часто используются гильзы из нержавеющей стали марок 304 и 316 .

Термокарман из нержавеющей стали

Нержавеющая сталь, будучи универсальным материалом, является наиболее широко используемым материалом для термогильз. Нержавеющая сталь устойчива к коррозии, недорога и проста в изготовлении. Эти характеристики делают ее подходящей для довольно широкого спектра технологических условий. Поэтому термогильзы из нержавеющей стали используются в областях общего назначения, таких как системы водоснабжения и пищевая промышленность.

Защитная гильза из хастеллоя

Термогильзы из сплава Hastelloy, являясь суперсплавом, выдерживают высокие температуры и экстремальные химические среды. Они обладают исключительной устойчивостью к сильным кислотам, хлоридам и окислителям. Наиболее распространенным типом является термогильза из сплава Hastelloy C276. Поэтому термогильзы из сплава Hastelloy C276 используются в химической промышленности, фармацевтике и системах контроля загрязнения.

Титановая защитная гильза

Титан обладает уникальными характеристиками. Он легкий и коррозионностойкий в соленой среде. Титан легко поддается механической обработке и позволяет осуществлять широкий спектр индивидуальных заказов. Изготовленные на заказ титановые термогильзы широко используются в морской промышленности, опреснении воды и химической промышленности.

Термогильза из углеродистой стали

Углеродистая сталь используется в производстве термогильз, где коррозия не является серьезной проблемой. В менее ответственных областях применения низкая стоимость углеродистой стали делает ее весьма выгодной. Кроме того, умеренную коррозионную стойкость можно обеспечить с помощью защитных покрытий и обработки поверхности.

Стандарты и сертификация термогильз

Соответствие промышленным стандартам гарантирует безопасность, надежность и взаимозаменяемость. Это укрепляет доверие клиентов и обеспечивает предсказуемость качества продукции. Строгие допуски в соответствии со стандартами позволяют проводить точную обработку, что обеспечивает правильную подгонку деталей.

Стандарт размеров

ASME B40.9

Стандарт ASME B40.9 разработан Американским обществом инженеров-механиков. Он определяет длину введения, диаметр отверстия, толщину наконечника и общую геометрию. Некоторые разделы посвящены расчетам прочности и предотвращению вибраций.

DIN 43772

DIN 43772 — немецкий стандарт, популярный на европейском рынке. Он определяет длину погружения, размеры соединений и профили колодцев. Основное внимание уделяется взаимозаменяемости компонентов, используемых в системах термогильз.

Автор Standard

ASME B1.1

Стандарт ASME B1.1 определяет резьбу, форму резьбы, шаг резьбы, допуски по диаметру и класс посадки. Главная цель по-прежнему заключается в обеспечении герметичности монтажа.

B1.20.1

В пункте B1.20.1 определены угол конусности, размеры резьбы и характеристики уплотнения. Резьба определяется по системе NPT (National Pipe Taper), которая также используется в промышленных трубах.

Как изготовить термогильзу

Большинство промышленных термогильз изготавливаются на станках с ЧПУ. В некоторых сложных отраслях или суровых условиях требуются термогильзы, изготовленные по индивидуальному заказу. Изготовление на заказ позволяет использовать нестандартные длины и специализированные материалы. Качество термогильз, изготовленных на станках с ЧПУ, превосходит качество термогильз, изготовленных методом сварки или механического сверления. Обработка термогильз на станках с ЧПУ включает в себя токарную обработку, сверление, нарезание резьбы, фрезерование и чистовую обработку.

Как изготовить термогильзу с помощью станков с ЧПУ?

Термогильзы часто изготавливаются с использованием технологий ЧПУ-обработки для придания им различных характеристик.

Токарная обработка на станках с ЧПУ для придания формы.

Токарная обработка на станках с ЧПУ — это первый этап в изготовлении термогильзы. Термогильзы изготавливаются из пруткового материала. Токарная обработка на станках с ЧПУ создает внешний профиль с высокой концентричностью. В этом процессе формируются такие детали термогильзы, как хвостовик и наконечник. Токарная обработка на станках с ЧПУ позволяет создавать различные конструкции, такие как прямые, конические или ступенчатые.

Сверление отверстий на станках с ЧПУ

Сверление на станке с ЧПУ формирует внутреннее отверстие и другие отверстия в термогильзе. Для обеспечения надлежащей посадки поддерживается высокая точность размеров. Прямолинейность и минимальное отклонение размеров имеют решающее значение, и станок с ЧПУ это обеспечивает.

Нарезание резьбы на станке с ЧПУ

Нарезание резьбы на станках с ЧПУ позволяет создавать внутренние и наружные резьбы с высокой точностью. Возможно использование резьбовых стандартов NPT или BSP. Жесткие допуски обеспечивают герметичность и устойчивость к давлению.

Фрезерные

Фрезерование на станках с ЧПУ обеспечивает превосходную плоскостность уплотнительных и сопрягаемых поверхностей. Оно широко используется для обработки поверхностей фланцев и шестигранных секций, что облегчает затяжку гаечным ключом. Термогильзы, изготовленные токарно-фрезерным способом, широко применяются благодаря идеальной концентричности, превосходной структурной целостности и отличной теплопередаче.

Как установить термогильзу

Правильная установка термогильзы крайне важна. Вот простые шаги для легкой и быстрой установки термогильзы.

Выберите подходящий тип термогильзы.

Гильзы термоэлементов изготавливаются из различных материалов. Каждый материал обладает своими преимуществами. Пригодность материалов зависит от области применения. Например, гильзы из сплава C276 Hastelloy используются в сильно коррозионных средах. Однако высокая стоимость ограничивает их применение в обычных условиях.

Вставьте термогильзу в трубу.

Существуют различные способы крепления термогильз. Резьбовые термогильзы крепятся в резьбовых отверстиях. Термогильзы с гнездовым креплением вставляются в гнезда. Приварные термогильзы привариваются на место и так далее.

Надежно затяните

После установки термогильз их необходимо надежно закрепить соответствующими способами. Этот шаг крайне важен для предотвращения утечек и загрязнения.

Установите датчик температуры.

Затем внутрь термогильзы устанавливаются датчики температуры, такие как резистивные термометры (RTD) и термопары.

Заключение

Термогильзы используются для изоляции датчика температуры от агрессивной среды технологического процесса. Они предотвращают повреждение датчика из-за коррозии, эрозии, высокого давления, высокой скорости потока и/или вибрации. Кроме того, они защищают технологическую среду от загрязнения. Термогильзы также способствуют непрерывности процесса. Процесс не прерывается во время измерения температуры. Для удовлетворения самых высоких требований компания Tuofa предоставляет услуги по изготовлению термогильз на заказ из нержавеющей стали, титана или других материалов.

FAQ

Когда следует использовать термогильзу с покрытием?

Покрытие на термогильзе часто требуется, когда рабочая среда является очень агрессивной. В этом смысле популярны термогильзы с керамическим покрытием.

Какие недостатки у термогильз?

Между показаниями, полученными через термогильзу, и показаниями, полученными при непосредственном погружении, наблюдается небольшая задержка. Еще одним недостатком может быть увеличение стоимости установки, что впоследствии окупается за счет защиты датчика.

Какова стандартная длина термогильзы?

Это зависит от области применения. Фиксированной длины нет. Обычно длина термогильз варьируется от 100 мм до 1000 мм.