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热电偶套管在工艺应用中需要评估的4个量化标准

来源:发表时间:2019-08-06

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关于热套管
      热电偶套管主要用于热电偶,RTD(电阻温度探测器)和双金属温度计,适用于需要在高压(75 psig以上)或恶劣环境下测量温度的应用。它们也用于隔离,因此可以更换传感器而无需关闭过程。热电偶套管由实心棒料加工而成。安全的工作压力取决于井的材料,工作温度和流动介质的速度。现在热电偶套管类型备有全系列标准锥形,直形和尖端热电偶套管,可满足大多数应用需求。还提供法兰,套筒焊接,接地接头和焊接式热电偶套管。各种材料,护套和涂层的特殊井满足独特要求。


热套管速度计算
      当流体流过热电偶套管时,在井下游的尾流中形成低压涡流。这些涡流从井的交替侧流出,由此产生的压差在热套管上产生两个周期性的力:
      振荡升力,横向于频率fs处的流体流动
      2.振荡阻力,与频率为2fs的流体流动一致
      涡旋脱落可以在50Hz至1500Hz的频率下发生。涡旋脱落频率(Strouhal Frequency)随着流体速度线性增加,但力随着速度的平方而增加。当斯特劳哈尔频率接近热电偶套管的固有频率时,它可以锁定到固有频率,引起共振,并且具有极大的放大力。为防止锁定,热电偶套管的固有频率必须高于在线或横向共振条件。仅当共振条件下的循环应力可接受地小时,通过线内共振的操作才是可接受的。
      发生共振的流体速度被称为速度临界。对于热电偶套管的每个固有频率存在两个速度临界值:一个描述横向,另一个描述线内响应。由于直线力以横向力的频率的两倍波动,因此相应的速度临界值约为横向共振所需的一半。如果热电偶套管的固有频率与fs或2fs重叠,则可能发生振动幅度的大的共振累积。热套管故障的主要原因是由于共振引起的疲劳。足够高的阻尼水平可允许热电偶套管在直线或甚至横向共振频率下操作。
除频率限制外,热电偶套管内的应力和施加的力对于评估热电偶套管在特定工艺应用中的适用性也至关重要。要评估的4个量化标准是:
1.频率限制:
      热电偶套管的谐振频率必须足够高,以便流体流不会激发破坏性振荡。稳态(ss)流体速度应满足下列条件之一:
      fs(ss)<0.4?fn OR 0.6?fn <fs(ss)<0.8?fn
2.静态应力极限:
      稳态应力是静压流体压力和热套管上的非振荡阻力的结果,并且是在最大应力位置计算的。如果热电偶套管部分屏蔽或尖端减少,则必须按照这些考虑进行计算。设计速度下热电偶套管上的最大稳态应力不得超过标准确定的允许应力。
3.动态应力极限:
      动态应力是导致在线振荡的周期性拖曳力和引起横向振荡的周期性升力的结果。如果热电偶套管要在线上速度临界值以上运行,则在线路谐振中存在循环应力,以便在通过该点到达设计速度时进行考虑。最大动态应力不得超过允许的疲劳应力极限。计算放大因子并将其应用于循环应力方程,然后在设计速度下计算循环阻力和升力。最大组合升力和阻力应力不得超过疲劳应力极限。
4.静水压力限制:
      外部压力不得超过工作温度下热套管尖端,柄部或法兰(或螺纹)的最小额定压力。
注意:
热套管标准
      ASME 1974年多年来一直是设计大多数热电偶套管的标准。该标准仅适用于锥形轮廓,并未考虑由于摆动-阻力引起的在线共振引起的应力。ASME 2010是2010年7月发布的新标准,取代了1974年的标准。它使用更先进的方法来评估热电偶套管在特定应用中的适用性,适用于锥形,直线和缩径型材。

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