热电偶套管承受着一个组合应力:流体推动热电偶套管的力(拖拽力)和涡旋脱落力(上升力)。仪表工程师要对热电偶进行评估www.cechina.cn,看它能否禁得起这些压力,因为它们可能导致机械故障。评估的行业标准是ASME PTC 19.3 TW-2010,取代了之前的ASME PTC 19.3 1974。
非蒸汽作业中的一些热电偶灾难性事故促成了这些新标准。这些热电偶套管已经通过在1974年制定的标准。在2010年的标准里包含了热电偶套管行为知识的重大改进。从1974年的4页增加到2010年的40多页。新标准采用一些新增和改进的计算方法来评估热电偶套管:
■ 各种热电偶套管的设计,包括加强套管;
■ 热电偶套管的材料属性;
■ 详细的过程信息;
■ 可接受的极限频率比;
■ 更准确的影响热电偶套管的应力评估。
流体经过热电偶套管产生的交替涡流顺流而下被称为脱落的涡旋。这些脱落的涡旋会引起热电偶套管振动。如果涡旋脱落率(fs)和热电偶套管的固有频率(fnc)相匹配控制工程网版权所有,会产生共振,将使得热电偶套管的动态弯曲应力大大增加。
图1 热电偶套管周围的流向图
如果液体的流速很低,热电偶套管上施加的力就小,这就大大降低了热电偶套管失效的风险。新的标准规定,如果下面的条件全部满足控制工程网版权所有,自然频率、频率极限、稳态应力和动态应力就无需进行计算:过程速度v低于0.64 m/s [2.1 ft/s];根圆直径减去内径(A – d) ≥ 9.5 mm [0.376 in.];自由长度L≤ 0.61 m[24 in.];根圆直径A ≥ 12.7 mm [0.5 in.];顶圆直径B ≥ 12.7 mm [0.5 in.];最大承受工作应力S ≥ 69 MPa [10 ksi];疲劳极限Sf ≥ 21 MPa [3 ksi];热电偶套管材料不易受腐蚀或脆化。
图2 频率极限确定图表(简化)
这些条件如果都满足,热电偶套管失效的风险会小些www.cechina.cn,但在低速下仍会激起同轴共振,导致传感器失效。