Hình ảnh thermowell lắp đặt trên đường ống

Thermowell là gì? Tại sao Thermowell quan trọng trong phép đo nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ hiếm khi được lắp trực tiếp vào quy trình công nghiệp. Chúng được lắp đặt vào một Thermowell (tạm dịch là Giếng nhiệt) để cách ly chúng khỏi các điều kiện quy trình có khả năng gây hại do ứng suất do dòng chảy gây ra, áp suất cao và các hiệu ứng ăn mòn hoá học.

1. Thermowell là gì?

Thermowell (Viết tắt là TW) là những ống kim loại đầu kín được lắp vào bồn hoặc đường ống và trở thành một phần kín áp của bồn hoặc đường ống. Chúng cho phép loại bỏ cảm biến nhiệt độ khỏi quy trình một cách nhanh chóng và dễ dàng để hiệu chuẩn hoặc thay thế mà không yêu cầu ngừng máy và xả chất bên trong đường ống hoặc bồn.

Mời bạn xem video:

Các loại TW phổ biến nhất là loại kết nối ren, loại hàn, và loại kết nối mặt bích. TW được phân loại theo kiểu kết nối của chúng với đường ống hoặc bồn.

Ví dụ,

  • Threaded thermowell” là giếng nhiệt có ren được vặn vào quy trình;
  • “Socket weld thermowell” là giếng nhiệt loại hàn được hàn vào 1 phụ kiện hàn (Weldalet) giáp nhánh đường ống.
  • Weld-in thermowell” là giếng nhiệt loại hàn được hàn trực tiếp vào ống quy trình hoặc bồn.
  • Flanged thermowell” là giếng nhiệt loại có mặt bích được lắp vào một mặt bích trên đường ống quá trình hoặc bồn.

2. Các loại thermowell

TW thường được chế tạo từ thanh vật liệu đặc ruột, được gia công cơ khí (khoan, tiện) có nhiều tuỳ chọn vật liệu có thể được phủ bằng các vật liệu khác để bảo vệ chống ăn mòn.

Chúng có sẵn với các kết nối ren, hàn hoặc mặt bích. Thân hoặc chuôi kéo dài (trong đường ống hoặc bồn) có thể thẳng với đường kính không đổi (Straigh type), loại thon dần từ điểm vào đến ngọn (Tapered type), loại thuôn nhọn một phần hoặc theo từng bước (Stepped type)

Các loại thermowell
Các loại thermowell

Một loạt các tiêu chí hiệu suất và điều kiện quy trình phải được xem xét khi lựa chọn thiết kế tốt nhất cho một ứng dụng. Trong các phần sau, chúng ta sẽ thảo luận về các khía cạnh chi tiết của thiết kế thermowell và ứng dụng của chúng.

3. Thông tin chi tiết về thiết kế Thermowell

3.1 Vật liệu

Vật liệu xây dựng thường được xem xét đầu tiên trong việc lựa chọn một giếng nhiệt cho bất kỳ ứng dụng nhất định nào. Ba yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu:

  • Khả năng tương thích hóa học với môi trường mà giếng nhiệt sẽ tiếp xúc
  • Giới hạn nhiệt độ của vật liệu
  • Khả năng tương thích với vật liệu đường ống của quy trình để đảm bảo các mối hàn và mối nối chắc chắn, không bị ăn mòn

Điều quan trọng là thermowell phải tuân theo các thông số kỹ thuật thiết kế của đường ống hoặc bồn mà nó sẽ được đưa vào để đảm bảo tính tương thích về cấu trúc và vật liệu.

Bảng vật liệu thermowell
Bảng vật liệu thermowell

Thiết kế ban đầu của quy trình rất có thể bao gồm các cân nhắc về nhiệt độ, áp suất và độ ăn mòn cũng như các quy trình làm sạch, yêu cầu phê duyệt của cơ quan chức năng và sự phù hợp với các mã hoặc tiêu chuẩn.

Vì một thermowell được lắp đặt có hiệu quả trở thành một phần của quá trình (Process), những cân nhắc thiết kế ban đầu này cũng áp dụng cho thermowell và định hướng trong việc lựa chọn vật liệu thermowell, kiểu thermowell và kiểu lắp đặt.

Mã Bình áp lực quốc tế (International pressure vessel codes) quy định rõ ràng về các loại vật liệu và phương pháp xây dựng được phép. Mặc dù không có mã tương đương với mã bình chịu áp cho giếng nhiệt, tiêu chuẩn ASME BPVC và B31 có những cân nhắc đối với các loại phụ kiện đường ống khác nhau bao gồm mặt bích, phụ kiện hàn và ren. Chi tiết về những cân nhắc này có thể được tìm thấy trong phần sau:

ASME B16.5 bao gồm các phụ kiện có mặt bích; ASME B16.11 bao gồm các phụ kiện hàn và ren. Cũng để tham khảo, ASME B31.3 bao gồm đường ống quá trình trong khi ASME B31.1 bao gồm đường ống điện và ASME B40.9 bao gồm các thermowell đặc biệt (mặc dù theo nghĩa chung hơn). Cần xem xét kỹ lưỡng các mã này khi chỉ định các giếng nhiệt là bộ phận không thể tách rời của cấu trúc quy trình

Các sai sót trong đặc điểm kỹ thuật của các bộ phận giữ áp suất có thể dẫn đến hậu quả tai hại dẫn đến mất mạng, mất khả năng ngăn chặn và thậm chí có khả năng bị truy tố. Xem các ví dụ về cài đặt Thermowell hình dưới đây

Mặc dù có nhiều sự lựa chọn về vật liệu chết tạo thermowell, vật liệu được sử dụng phổ biến nhất là thép không gỉ SS316, thép không gỉ SS304, Monel®, Inconel® và Hastelloy®. Ngoài ra còn có một số kim loại ngoại lai cho các ứng dụng rất khắt khe.

3.2 Kiểu dáng thermowell

Thermowells thường có dạng hình ống hoặc được gia công từ thanh vật liệu đặc ruột. Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm và việc lựa chọn loại nhiệt phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng.

3.2.1 Ống bảo vệ (Protection tube)

Đôi khi được gọi là Tubular Thermowell, được tạo hình bằng cách hàn một mặt bích hoặc phụ kiện có ren vào một đầu của ống hoặc đoạn nhỏ của ống và bịt kín đầu kia. Các ống bảo vệ cũng có thể được làm bằng vật liệu gốm và được liên kết với một khớp nối kim loại.

Thermowell hình ống có thể được chế tạo cho chiều dài nhứng chìm rất dài và thường được sử dụng cho các phép đo khi lực dòng chảy thấp. Vì chúng được chế tạo từ các ống, chúng có lỗ khoan lớn hơn nhiều so với các giếng nhiệt khác, điều này gây ra độ trễ nhiệt đáng kể.

Do cấu tạo của chúng, chúng có xếp hạng áp suất thấp hơn nhiều và sự lựa chọn vật liệu bị hạn chế. Để đo nhiệt độ lên đến 1800 ° C, các ống bảo vệ được làm từ vật liệu gốm. Đối với nhiệt độ lên đến khoảng 1200 ° C, chúng thường được làm từ các kim loại ngoại lai như Inconel. Gốm sứ không dễ bị chảy xệ như các ống kim loại. Khi ống kim loại bị võng, việc tháo cảm biến để thay thế sẽ khó hơn, nếu không muốn nói là không thể và việc uốn cong có thể làm hỏng cảm biến.

Cảm biến nhiệt độ dạng sứ chịu nhiệt 1200 đến 1800 độ C

3.2.2 Barstock thermowells

Barstock thermowells được gia công từ một miếng kim loại rắn hình tròn hoặc hình lục giác. Barstock thermowells có thể chịu được áp suất cao hơn và tốc độ dòng chảy nhanh hơn so với ống bảo vệ (protection tube). Chúng có nhiều lựa chọn vật liệu hơn và có thể được lắp theo nhiều cách khác nhau để đáp ứng các yêu cầu áp suất quy trình khác nhau. Chiều dài thường bị hạn chế do hạn chế do phải khoan lỗ.

3.3 Biên dạng thân thermowell

Các yếu tố cần được xem xét khi chọn kiểu thân TW bao gồm áp suất quá trình, thời gian đáp ứng cần thiết, lực cản của dòng chất lỏng trên giếng nhiệt và xoáy gây ra các hiệu ứng rung động

Phần thân là một phần của thermowell được đưa vào trong đường ống của quy trình. Các cấu trúc thân phổ biến là thẳng (straight), bước (stepped) và hình côn (tapered).

Các thermowell dạng thẳng (straight) có cùng đường kính dọc theo toàn bộ chiều dài. Chúng có thời gian đáp ứng chậm nhất trong tất cả các kiểu dáng thermowell, nhưng chúng có kết cấu vững chắc, chịu được áp suất và vận tốc dòng chảy cao

Thermowell thân thẳng

Thermowell dạng bước (stepped) có hai phần thẳng với phần thẳng có đường kính nhỏ hơn ở đầu. Thermowell dạng này có thời gian đáp ứng nhanh hơn, tuy nhiên, chúng chịu áp suất và vận tốc dòng chảy thấp hơn thermowell dạng thẳng

Thermowell dạng côn (tapered) có đường kính ngoài giảm đồng đều từ gốc đến ngọn. Loại này thể hiện sự dung hòa tốt giữa các TW dạng thẳng và dạng bước. Lực cản của nó sẽ ít hơn giếng loại thẳng nhưng lớn hơn loại giếng bước. Ngoài ra, thời gian phản hồi sẽ nhanh hơn loại thẳng và chậm hơn loại bước.

Hai dạng cơ bản của thân dạng côn là đồng nhất (thuôn nhọn từ gốc đến ngọn) và không đồng nhất (phần thẳng theo sau là phần thuôn nhọn).

Bởi vì biên dạng côn của nó, nó là một sự thỏa hiệp tốt cho sức mạnh giữa hai phong cách (thẳng và bước). Đây là sự lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng dòng chảy tốc độ cao, nơi mà lực dòng chảy thường quá lớn để sử dụng giếng bước và thiết kế hình côn có phản ứng nhanh hơn loại thẳng do đó cung cấp sự cân bằng tối ưu về sức mạnh và thời gian đáp ứng

thermowell thân côn

4. Phương pháp lắp đặt

Thermowell thường được lắp đặt bằng một trong các phương pháp sau:

Các kiểu lắp đặt thermowell
Các kiểu lắp đặt thermowell

TW có ren được vặn ren vào đường ống hoặc bể xử lý, cho phép dễ dàng lắp đặt và tháo dỡ khi cần thiết. Mặc dù đây là phương pháp lắp được sử dụng phổ biến nhất, nhưng nó có xếp hạng áp suất thấp nhất trong ba tùy chọn. Các kết nối ren cũng dễ bị rò rỉ và do đó không được khuyến khích cho các ứng dụng có vật liệu độc hại, dễ nổ hoặc ăn mòn.

TW loại hàn được hàn vĩnh viễn vào đường ống hoặc bồn . Do đó, việc loại bỏ rất khó khăn và đòi hỏi phải cắt TW ra khỏi hệ thống. TW hàn có xếp hạng áp suất cao nhất và thường được sử dụng trong các ứng dụng có dòng chảy vận tốc cao, nhiệt độ cao hoặc áp suất cực cao. Chúng cần thiết cho những nơi yêu cầu chống rò rỉ

TW mặt bích được bắt vít vào mặt bích của đường ống hoặc bồn. Chúng cung cấp xếp hạng áp suất cao, dễ dàng lắp đặt và thay thế đơn giản. TW mặt bích được sử dụng trong các ứng dụng có môi trường ăn mòn, vận tốc cao, nhiệt độ cao hoặc áp suất cao.

Vanstone / Lap Joint Thermowell được gắn giữa mặt bích của đường ống và khớp nối mặt bích. Những TW này cho phép sử dụng các vật liệu khác nhau cho TW tiếp xúc với quy trình và mặt bích phủ lớp phủ có thể tiết kiệm vật liệu và chi phí sản xuất. Chúng là một lựa chọn tốt cho các ứng dụng ăn mòn vì không có mối hàn nào trong thiết kế này loại bỏ ăn mòn mối hàn. Như một tùy chọn, chúng có thể được cung cấp dưới dạng rèn.


Cảm ơn bạnd đã đọc bài chia sẻ

Chúc Bạn thành công!

Tâm Mr. – Admin

Bài viết được dịch từ tài liệu đo nhiệt độ của Rosemount

Bộ chuyển đổi nhiệt độ sang 4-20mA

Bài viết cùng chuyên mục:

  1. Temperature Transmitter là gì?
  2. Bộ điều khiển nhiệt độ, Cẩm nang toàn tập
  3. Các loại Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
  4. Thermistor là gì? Đặc điểm và ứng dụng của Nhiệt Điện Trở
  5. Ứng dụng Cặp nhiệt điện trong công nghiệp
  6. Cách đấu dây PT100 3 dây vào đồng hồ hiển thị nhiệt độ
  7. Hướng dẫn xác định màu dây dẫn cảm biến nhiệt độ Pt100, can nhiệt theo tiêu chuẩn

Thư viện bài viết:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *