《化工温度仪表选型设计规范》

中国石油和化工勘察设计协会团体标准化工温度仪表选型设计规范T/HGJ12415-YYYY条文说明

目次制定说明 183 基本规定 195 远传温度仪表 206 保护套管 237 其他温度仪表 268 温度信号转换 27

制订说明《化工温度仪表选型设计规范》T/HGJ12415-202X，经中国石油和化工勘察设计协会202Y年M月D日以第XX号公告批准发布。本标准制订过程中，编制组进行了化工温度仪表选型设计的调查研究，总结了我国工程建设温度仪表选型设计的实践经验，同时参考了国外先进技术法规、技术标准，通过试验取得了温度仪表的重要技术参数。为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定，团体标准《化工温度仪表选型设计规范》T/HGJ12415-202X编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是，本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。本规范为首次发布。基本规定3.0.1 根据GB/T3836.4-2021《爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》第5.7节的规定，无源的元件（例如电阻）、可产生能量的元件（但产生的电压不超过1.5V、电流不超过100mA、功率不超过25mW，例如热电偶）应认为是简单装置。根据上述定义，热电阻、热电偶属于本安防爆中的简单装置，可以不提供本安防爆标志，但应满足GB/T3836.4中的其他所有相关要求。3.0.11 热电阻通常有绕线式和薄膜式。绕线式是一种传统的热电阻型式，由电阻丝和绝缘骨架组成，电阻丝在绝缘骨架上缠绕以达到设定的基准温度点阻值，常用的绝缘骨架有云母骨架、玻璃骨架、陶瓷骨架等。薄膜式是由亚微米或微米厚的的铂膜及其依附的基板组成。薄膜式具有测量准确稳定、外形尺寸小、耐震动、可批量自动化生产等特点，已成为各温度仪表厂家热电阻的主流产品。 考虑到温度检测元件一般配有保护套管，保护套管在在工艺流体温度、压力、流速较高场合容易发生振动，过长的保护套管会加大共振的可能性，所以浸入深度不宜过长。根据制造厂相关数据，绕线式热电阻和双金属温度计的尺寸一般在50mm左右，为使检测元件完全浸入工艺流体典型温度区域，绕线式热电阻、双金属温度计浸入深度不宜小于75mm。 当温度计所在管道口径小于等于4”时，宜将管道扩径至4”，以满足浸入深度的需要。对于压力等级≥Class900的管道或带衬里、耐磨等特殊工况的管道，还应视管道壁厚情况扩径至6”。 对于精细化工中的小管道（3”及以下）应用，考虑精细化工物料量少且易结晶、相变等特点，通常采用如下方式处理： （1）扩径安装：温度检测元件所在管道适当扩径，使检测元件满足浸入深度的要求。 （2）三通安装：在管道上增加三通，温度仪表从三通上接口采用法兰或螺纹等方式垂直插入。 （3）表面安装：当工艺对温度测量精度要求不高时，可以使用表面温度计。

远传温度仪表5.1一般规定5.1.1 目前集中检测用温度仪表工厂标准产品均为铠装型，在某些特殊工况，如超过1200℃的高温场合金属材料达不到要求时，才考虑选用非铠装的装配式产品，一般限定于S型、R型、B型热电偶。5.1.2 GB/T50770–2013《石油化工安全仪表系统设计规范》第6.1.6条规定：“测量仪表及取源点宜独立设置”。因此，建议有SIL1及以上要求SIF回路的温度检测元件独立设置。5.1.3 热电偶具有更好的弯折特性，可以更好地接触设备和管道表面，通常表面温度计会选用热电偶。当测量温度较低时，宜选用热电阻。管道上安装的表面温度计宜选用抱箍式、卡扣式或焊接鞍座式，设备上安装的表面温度计宜选用卡扣式或焊接鞍座式。当选用焊接鞍座式时，鞍座的材质宜与管道或设备材质相同。5.1.4 根据测量元件的形式，多点温度计（包括多点热电偶、多点热电阻）通常分为多支单点式、单支多点式、多支多点式。每个保护管为一支，多个保护管称为多支；单个保护管内可以放多个检测元件，称为多点。多点温度计常用于设备上多点温度的测量。 多支单点式由多支不同长度（或相同长度）保护管组成，每支保护管为一个测温元件，常见于氨合成塔、变换炉、粉煤气化炉、BDO反应器、甲烷化反应器等设备；单支多点式只有一支保护管，该支保护管内在不同位置有多个测温元件，常见于乙二醇反应器、DMC反应器、苯酐反应器、MMA反应器、丙烯酸反应器、氧氯化反应器等设备；多支多点式由多支保护管组成，每支保护管内在不同位置有多个测温元件，常见于羟基化反应器、加氢反应器等设备。5.1.6 当介质最高温度>500℃且＜800℃时，铠装式保护管推荐使用耐热特性更好的321SS。5.2热电阻5.2.3 热电阻的引线方式有二线制、三线制、四线制，所有高于B级允差的铂热电阻应采用三线制或四线制，对于电机转子测温等空间受限的场合，也可采用两线制。各引线方式端子接线如图5-1所示。2线制3线制4线制1个元件2个元件图5-1RTD接线方式5.2.6 Pt100、AA级的有效温度范围为-50～250℃，根据厂家经验，宜在150℃以下应用。5.3热电偶5.3.5 S型、R型允差级别为1级时生产难度较大，不常用，通常选用2级。 根据GB/T16839.1，E型、K型和N型热电偶在低温段满足3级允差较困难，T型热电偶需通过缩小有效测量范围来达到在整个允差温度范围内同时满足2级和3级允差要求。5.3.6 铠装热电偶测量端形式通常有绝缘式、接壳式和露端式。 绝缘式：时间常数较大，由于偶丝受到保护，寿命较长，测温高，绝缘性好，防电磁干扰能力强。对于无特殊要求快速反应的场合，多采用此种形式。 接壳式：时间常数较露端式大、较绝缘式小，测温较高。不适用于有电磁干扰的场合，更适宜实验室使用。 露端式：结构简单，时间常数小，响应速度快，测温低。适用于测量发动机排气等气体温度。同其他形式相比机械强度低。 绝缘式、接壳式、露端式测量端（热端）结构形式如图5-2所示。图5-2热电偶测量端形式铠装热电偶时间常数实验室实测数据如表5-1所列。表5-1铠装热电偶时间常数铠装热电偶外径（mm）时间常数（s）温度变化范围（℃）外部条件接壳式绝缘式0.250.0070.012常温→100沸腾水中0.50.030.05常温→100沸腾水中1.00.070.12常温→100沸腾水中1.60.150.20→100沸腾水中0.180.26常温→100沸腾水中2.30.260.41常温→100沸腾水中3.20.40.50→100沸腾水中0.460.9常温→100沸腾水中4.80.731.20→100沸腾水中1.62.4常温→100沸腾水中6.41.22.40→100沸腾水中2.23.7常温→100沸腾水中8.02.13.90→100沸腾水中4.05.8常温→100沸腾水中5.3.7 常见的高温热电偶有S、R、B型铂铑产品，不适于在还原性气氛或含金属蒸汽的条件下使用，尤其应避免接触有机物、铁、硅、H2及CO等。在真空下只能短期使用。

6保护套管6.0.3 常见的保护套管制作有三种：钢管焊接式保护套管、整体钻孔锥形保护套管和多级变径式保护套管。当需要较快的响应时间时，宜选用多级变径式保护套管。 1 钢管焊接式保护套管为钢管一端封堵成形，结构如图6-1所示。 优点：造价低，制作简单，价格便宜。 缺点：套管壁较薄，内孔较大，承压和抗冲击能力低。如果套管安装在管道上，即使操作压力很小，但由于流体流速较大，套管也会在冲击力的振动下发生断裂损坏，比如蒸汽管道、循环水管道等。同时，因钢管内孔均较大，因此套管内部存在更多的导热间隙，造成测量反应速度慢。图6-1钢管焊接式保护套管结构 2 整体钻孔锥形保护套管为实心棒料钻孔成形，结构如图6-2所示。 优点：套管内孔小，与测量元件紧密配合，因此反应速度快，抗振效果好。且抗压能力高，可达到30MPa以上。 缺点：在长度超过1m时，制作难度提升，在相同长度下，价格是钢管焊接式几倍之多。图6-2整体钻孔锥形保护套管结构 3 多级变径式保护套管，结构如图6-3所示。 优点：当套管长度较长（大于等于1000mm），且工况要求反应速度较快时，如制作钻孔套管难度较大，造价较高，此时可采用多级变径式套管，此类套管一般为直形，主体部分直径较粗，以确保足够强度，在套管前端100mm范围内采取较细直径，实现快速反应。 缺点：因在变径处两种直径的套管采取焊接的方式进行连接，因此两种直径差对焊接有一定要求。且因存在焊缝，如在流速较大场合，不建议使用此型式套管。图6-3多级变径式保护套管结构6.0.6 当保护套管振动计算不通过时，通常采取以下措施来改进保护套管： 1 缩短保护套管长度，缩短后的长度应使温度检测元件浸入深度满足3.0.11条的要求； 2 改变保护套管的内外径，通常通过加大保护套管外径来实现，外径最大不应超过管口内径，并留有一定的裕量； 3 改变保护套管的外形结构，当原结构为钢管焊接式时可修改为整体钻孔式； 4 改变温度计的安装位置或扩大管道口径，可以改变介质流速从而使计算通过； 5 改变保护套管的材质，选用更高强度的保护套管材质； 6 其他特殊方式，如在保护套管的插入端增加支撑圈（制造精度要求高，不推荐使用），或改为焊接保护套管等，上述方式均变相减小了保护套管的插入长度。6.0.10 根据以往项目经验，有以下工况考虑使用焊接连接的保护套管（可由管道或者设备预制）： 1 介质工况为高温高压的，如1500#及以上，具体根据各化工项目情况定； 2 管道材质较特殊的，随温度仪表带保护套管难以采购到相同材质或采购成本较高的； 3 介质高危，或深冷介质，容易发生泄露或者泄露后危害性较大的； 4 其他工艺上有要求的特殊情况。6.0.11 根据HG/T20553-2011《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》的规定，Ia系列为优先选用系列，是化工配管用钢管的基本系列。1.5”和2”Ia系列钢管常用的尺寸如表6-1所列。表6-11.5”和2”Ia系列钢管尺寸公称尺寸外径（mm）壁厚（mm）DNNPSSch40SSch40Sch80SSch80Sch160401.5”48.33.63.65.05.07.1502”60.34.04.05.05.08.8 Sch等级（Schedule）和适用压力有着一定的对应关系。通常Class900法兰配对短管会选用Sch80S或Sch80的钢管，1.5”短管内径为38.3mm，2”短管内径为50.3mm；Class1500法兰配对短管会选用Sch160的钢管，1.5”短管内径为34.1mm，2”短管内径为42.7mm。 保护套管的外径应考虑是否可以插入配对法兰及短管，结合现场焊接造成的焊瘤等因素，CLASS1500及以上金属管道温度检测元件保护套管的过程连接法兰尺寸宜为DN50（2”）。根据厂家经验，CLASS600及以下金属保护套管的直径通常选用Φ28（根部）/Φ21（端部），CLASS900及以上金属保护套管的直径通常选用Φ32（根部）/Φ21（端部）。 当振动计算不通过时，可适当加粗保护套管。6.0.14 惰性气体吹气结构会给现场造成额外的维护工作量，所吹气体也会在一定程度上影响温度测量结果，有时还会造成偶丝断裂，故不推荐使用。

7其他温度仪表7.0.1 电池供电的温度计是指采用电池供电的热电阻或热电偶，通常带数字显示。 反应器催化剂装填、局部炉膛除焦时，需要现场作业人员实时监测设备内物料的温度。而设备上安装温度仪表为远传温度仪表，不带就地显示，与物料不直接接触，且考虑控制系统检修无法供电等原因，无法依赖设备上安装的温度仪表对物料进行监测，此时可选用电池供电的温度计。 双金属温度计在超过1.5m长度时，螺旋形感温元件扭曲力不足以有效带动指针偏转，容易造成测量误差，可选用电池供电的温度计替代双金属温度计。 电池供电的温度计还可应用于其他现场无法提供电源的场合。7.0.5 红外式温度计测量范围可从-40℃~2300℃，适用于各种非接触式工况，具有测量精度高、响应速度快的特点。输送皮带上的移动物料温度测量、堆料温度测量、薄膜温度测量等场合可选用普通红外式温度计；炉膛高温测量等场合可选用耐高温红外式温度计，并采取水冷、风冷或耐高温夹套等措施。

8温度信号转