温度计保护套管振动计算

强振动工况下双金属温度计的改进方案摘要：在石油化工装置或设备中普遍存在的振动问题，是对生产现场的安全威胁之一，也一直是行业内的关注重点。

在强振动工况下，对现场仪表就提出了较高的要求，如何保证在强振动工况下现场仪表如双金属温度计稳定运行，就显得尤为重要。

我们在这里专门对双金属温度计如何在强振动工况下的改进措施进行了详细的分析，并对在四川石化现场的实际应用进行了介绍。

关键词：振动，双金属温度计，频率1现场振动工况分析石油化工装置或设备中的振动问题一直是一个世界性的难题，它涉及到多种学科：如流体力学、动力学、固体力学、以及振动理论、响应谱理论、时效分析等，处理起来非常复杂繁琐。

同时，它的随机性、偶然性也很强，甚至有些振动问题在理论上还没有突破瓶颈，行业内还在对此问题进行完善，不断再认识发展。

振动工况以及一般相应的处理措施包括如下几个方面：（1）自然力风或者地震引起的振动，按照设计规范进行规避；（2）对于管道内流体的流动引起的全管系的振动，通常表现在对现场工艺的合理设计和具体的操作进行规范。

这其中包括操作条件的规定、流体的流速控制以避免水锤现象，管径规格大小的选择以确保管道的刚度，管道走线的合理布局以减小冲击和规避块状流、塞状流，流体严格的流量控制以规避喘振引起的管道振动。

（3）对现场装置或设备本身引起的管道振动，一般从其本身构造的特点，基础的设计以及施工的缺陷上找原因。

通常应用有限元分析软件进行振动核算，将管道振动消灭在设计阶段。

2现场仪表如何规避介质流动引起的共振前面我们叙述了常见的几种振动工况，但是即使管道本身在合理安全的振动频率区间，也不一定适合现场仪表。

我们知道任何一个有质量的物体都有其固有频率（或者叫做自然频率fn），现场仪表主要是其保护装置在插入管道置于流体的高速流动冲击下将受到振动载荷（外来简谐力）的作用，进而产生无阻尼的强迫振动，现场仪表被迫以激励频率fs 进行振动。

若要保证现场仪表安全可靠的运行，依据振动理论，激励频率与自然频率之比应满足以下条件：fs / f n ≤0.8（备注：有些资料要求核算的公式是fs/fn≤0.8 或fs/fn≥1.3，此种情况实际上是没有考虑现场设备管道在关停机过程，激励频率的下降导致的共振区间，参见ASME PTC19.3 的相关论述）由此可知，振动强度的核算实际上是计算现场仪表的保护套管的自然频率 fn 与工况条件下激励频率 fs ，以及他们的比值，只要在设计时保证满足上述公式核算要求即可，这里我们不再赘述。

ASME PTC 19.3温度计保护套管振动计算
fs——激励频率，插入介质中的保护套管收振动荷载后(即外来的简谐力)，会产生无阻尼的强迫振动，刺史保护套管被迫以外力频率振动。

fn——自然频率，温度计保护套管的固有频率。

判断条件：
当套管的fn和fs之比接近1时，就回产生共振，从而损坏套管。

因此对保护套管进行振动强度核算，即求套管的fn与fs的比值，并保证满足fs/fn不大于0.8，不小于1.3。

计算：
一、激励频率
V——介质流速，m/s
B——套管插入管道内的端部直径，m
简化计算，一般取Ns=0.22(斯德鲁哈尔数)
二、自然频率
E——弹性模量，psi
I——瞬时惯量，I=π(Da4-d4)/64
L——套管长度，in
m——单位长度套管的质量，m=ρmπ(D a2– d2)/4
Da——套管的平均直径，in，Da=(A+B)/2
d——套管钻孔直径，in
ρm——套管材质密度，lb/in3。

温度计保护套管共振频率计算及适用工况探讨温度计保护套管是一种用于保护温度计和增强其测量精度的装置。

在实际应用中，温度计保护套管的共振频率是一个重要的参数，它直接影响着温度计的测量精度和稳定性。

因此，对温度计保护套管的共振频率进行准确的计算和分析，可以帮助我们更好地了解其性能特点，并为实际工况的选择和应用提供参考依据。

首先，我们需要了解温度计保护套管的共振频率计算方法。

一般来说，温度计保护套管的共振频率可以通过有限元分析或理论计算的方法来求解。

有限元分析是一种数值计算方法，通过对温度计保护套管的结构进行离散化，建立有限元模型，然后通过求解特征值问题来得到共振频率。

而理论计算则是基于结构力学和振动理论，通过对温度计保护套管的几何形状、材料性质和边界条件等进行分析，推导出共振频率的计算公式。

在实际计算中，可以根据具体情况选择合适的方法进行计算，以获得准确的共振频率值。

其次，我们需要讨论温度计保护套管的适用工况。

温度计保护套管通常用于工业生产过程中的温度测量，因此在选择和应用时需要考虑到工作环境的要求和限制。

例如，在高温、高压、腐蚀性环境下，需要选择耐高温、耐腐蚀的材料制成的保护套管；在振动、冲击较大的工况下，需要考虑保护套管的抗振动性能。

此外，温度计保护套管的共振频率也是一个重要的参数，应根据具体的工况要求进行计算和分析，以确保温度计的测量精度和稳定性。

综上所述，温度计保护套管的共振频率计算和适用工况探讨是温度计应用中的重要问题，通过对共振频率的准确计算和工况的合理选择，可以提高温度计的测量精度和可靠性，确保其在工业生产过程中的准确应用。

在实际工程中，需要结合理论计算和实验验证的方法，对温度计保护套管的性能进行全面的评估和优化，以满足不同工况下的需求。

温度计套管的性能测试计算
温度计及传感器按照测温方式可以分为接触式和非接触式，工业冷冻机组大多使用的是接触式，由于制冷系统内部压力比较高，一般采用将温度计插入套管中，温度计套管与测温流体直接接触，测温套管设计如果不合理，会导致套管发生共振而损坏，不仅直接影响温度测量，还会造成制冷系统的泄露，因此设计套管时必须进行性能计算。

对温度计套管经常采用尾频计算【WFC】：
WFC是Wake Frequency Calculation
当流体流经温度计套管时，由于套管对流体的遮挡作用导致流体的动量发生改变，而这将会在套管后部产生一个湍流尾流，而且这个尾流内会形成一个漩涡，且漩涡会沿着套管两边交替地脱落，这种交替脱落的漩涡直接作用于套管上，会对套管产生两种周期性变化的力：沿流体流动方向的升力和流体流动方向平行的曳力，这两种力将导致套管发生振动，严重时会导致套管发生共振，对温度计套管造成损坏。

对于温度计套管性能测试计算时需要核算三个量：
1、振动计算
尾流振动频率f w、温度计套管固有频率f n
要求【f w / f n≤0.8】总的设计原则
2、最大操作压力
必须满足材料的许用应力
3、最大插入深度
满足f w / f n≤0.8。

温度计套管的性能测试计算
温度计及传感器按照测温方式可以分为接触式和非接触式，工业冷冻机组大多使用的是接触式，由于制冷系统内部压力比较高，一般采用将温度计插入套管中，温度计套管与测温流体直接接触，测温套管设计如果不合理，会导致套管发生共振而损坏，不仅直接影响温度测量，还会造成制冷系统的泄露，因此设计套管时必须进行性能计算。

对温度计套管经常采用尾频计算【WFC】：
WFC是Wake Frequency Calculation
当流体流经温度计套管时，由于套管对流体的遮挡作用导致流体的动量发生改变，而这将会在套管后部产生一个湍流尾流，而且这个尾流内会形成一个漩涡，且漩涡会沿着套管两边交替地脱落，这种交替脱落的漩涡直接作用于套管上，会对套管产生两种周期性变化的力：沿流体流动方向的升力和流体流动方向平行的曳力，这两种力将导致套管发生振动，严重时会导致套管发生共振，对温度计套管造成损坏。

对于温度计套管性能测试计算时需要核算三个量：
1、振动计算
尾流振动频率f w、温度计套管固有频率f n
要求【f w / f n≤0.8】总的设计原则
2、最大操作压力
必须满足材料的许用应力
3、最大插入深度
满足f w / f n≤0.8
综合诸多因素，对温度计套管影响最大的因素是：温度计套管插入深度、温度计套管尖端直径，设计时需考虑审核，以满足总的设计原则。

温度计套管的性能测试王志强;马龙涛【摘要】The article analyses and speculated that the thermometer casing possible causes of bent and even broken——resonance, resonance causes are described. Summarizes a thermowell performance test methods and steps, and an example to elaborate the thermowells for natural frequencies and the relationship between Vortex shedding frequency, and stresses the need to meet the conditions of the thermowell.%本文分析并推测了温度计套管弯曲甚至断裂的可能原因——共振，阐述了共振产生的原因，总结出了一个温度计套管性能测试的方法步骤，并通过一个实例详细阐述了温度计套管固有频率和漩涡脱落频率之间的关系，以及温度计套管的应力需要满足的条件。

【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2016(023)007【总页数】5页(P81-85)【关键词】温度计套管;卡曼涡街;共振;固有频率【作者】王志强;马龙涛【作者单位】中石化石油工程设计有限公司，山东东营 257026;中国石油大学华东，山东青岛 266580【正文语种】中文温度是石化、化工、冶金、电力等行业不可缺少的重要测量参数之一。

按照测温方式的不同，目前温度计可以分为接触式温度计和非接触式温度计两大类。

非接触式温度计可以分为红外式温度计和辐射式温度计；接触式温度计主要包括水银膨胀式温度计、电容式温度计、热电偶温度计和热电阻温度计等。

简单、可靠、成本低廉是接触式温度计的突出优点。

热电偶保护套管共振计算英文回答:A resonant frequency is the frequency at which an object naturally vibrates or oscillates. In the case of a protective sheath for a thermocouple, the resonant frequency refers to the frequency at which the sheath vibrates or resonates due to external forces or stimuli.The calculation of the resonant frequency for a thermocouple protective sheath involves several factors. Firstly, the material properties of the sheath, such as its density, elasticity, and dimensions, play a crucial role. The length, diameter, and thickness of the sheath determine its natural frequency. Additionally, the material's Young's modulus, which measures its stiffness, is also considered.Another important factor is the environment in which the sheath is placed. The presence of any surroundingfluids or gases can affect the resonant frequency. Forexample, if the sheath is immersed in a liquid, the density and viscosity of the liquid will influence the resonance.To calculate the resonant frequency, one can use the formula:f = 1 / (2π) √(k / m)。

温度计保护套管共振频率计算及适用工况探讨朱东利;高嗣晟【摘要】以常用的温度计保护套管为例,计算其固有频率,并计算共振时的最大流速和压力.通过典型的温度计套管频率的计算,推导出哪些工况条件下要特别注意对温度计保护套管频率进行计算,避免产生共振,导致生产事故,并提出温度计保护套管在设计选型时的注意事项.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2016(052)006【总页数】4页(P55-58)【关键词】保护套管;共振;频率计算【作者】朱东利;高嗣晟【作者单位】中建安装工程有限公司,南京210000;中国石油集团东北炼化工程有限公司葫芦岛设计院,辽宁葫芦岛125000【正文语种】中文【中图分类】TP811温度仪表保护套管选型不当会产生共振，使保护套管断裂导致安全生产事故发生。

依据HG/T 20507—2014《自动化仪表选型设计规定》4.1.3条规定：“在工艺流体温度、压力、流速较高的场合，宜对保护套管进行振动计算”[1]。

本文以某常规类型的温度计保护套管为例，探讨温度、压力、流速达到多少时需注意温度计保护套管的频率计算。

温度计保护套管有直形、锥形和阶梯形，直形套管一般用于中低压场合；对于被测介质流速较高或要求温度计保护套管有高强度的场合，选用锥形保护套管[2]；对于要求减小阻力或缩短热响应时间的场合，可选用阶梯形保护套管。

笔者以图1所示的常用法兰连接的锥形保护套管为例，进行固有频率的计算。

为了提高温度计的响应速度，一般可选温度计外径为6mm，保护套管内径d=6.6mm，锥形套管根部外径A=25mm，端部外径B=19mm，平均外径Da=(A+B)/2=22mm，保护套管端部厚度t=6.5mm，保护套管插入深度L=275mm，其中150mm为法兰接管长度[3]，125mm为插入到管道内的长度，套管根部圆角半径b=0。

保护套管材质选用ASTM A 182 F316不锈钢，保护套管在环境温度下的密度ρm=8000kg/m3。

温度计套管的频率限制黄磊【摘要】介绍了流体的激励频率对温度计套管的影响以及温度计套管固有频率的各项影响因素;论述了激发温度计套管共振的条件,流体的激励频率、安装就位后温度计套管的固有频率的计算公式;介绍了ASME PTC19.3 TW-2010中温度计套管振动与固有频率和激励频率之间的限制条件;并提出了避免温度计套管产生共振的改善措施.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2016(052)002【总页数】4页(P54-57)【关键词】温度计;套管;固有频率;激励频率;共振【作者】黄磊【作者单位】中国天辰工程有限公司,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TH811在化工生产过程的测量和控制中，温度是最基本、最重要的参数之一。

按照温度仪表测量方式的不同，可将温度仪表分为接触式和非接触式两大类。

其中接触式温度计可分为胀式温度计(如压力式温度计、双金属温度计等)、热电阻、热电偶；非接触式温度计可分为辐射式温度计、红外式温度计等[1]。

接触式温度计具有测温可靠、结构简单、成本低廉等优势，在化工行业中得到广泛的应用。

但是化工行业中的被测介质大多具有高温、高压、易燃、易爆、毒性、腐蚀性等危险特性，为了确保压力容器和管道的密封性，便于仪表人员的日常检修维护工作，温度检测元件一般都配有温度计套管对其进行保护，使其免受被测介质的腐蚀和冲击。

1.1 温度计套管产生共振的原因在工艺介质前进的路径上设置1个温度计套管，由于温度计套管对流体的流动产生阻碍，导致流体动量(物体的质量和速度的乘积)发生变化，从而在温度计套管两侧交替地产生有规则的漩涡，称作卡曼漩涡。

卡曼漩涡在温度计套管的下游非对称地排列并以频率fs交替地脱落[1](漩涡的脱落频率fs也称激励频率)，从而产生2个周期性变化的力作用于温度计套管，如图1所示。

1个是平行于流体流动方向，沿y方向以2fs的频率作用于温度计套管的流向力；另1个是垂直于流体流动方向，沿x方向以fs的频率作用于温度计套管的横向力。

温度套管强度计算方法Zhang Mi;Liu Jianji;Song Zhiyuan【摘要】针对工业用温度检测元件常用的温度套管,依据ASME标准及相关文献资料,阐述了温度套管强度计算与合格判定的实现方法.说明了该方法的适用范围,给出了套管强度计算的频率、稳态应力、疲劳应力及压力的限制条件合格的判定依据,并描述了验证合格的具体实现步骤.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2019(055)001【总页数】5页(P8-12)【关键词】温度套管;强度计算;振动;频率;合格判据【作者】Zhang Mi;Liu Jianji;Song Zhiyuan【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TH811工业用热电偶、热电阻、双金属温度计等温度检测元件，要求既能迅速准确测温又能够具有足够的强度，以满足复杂工况要求。

因此，在工业温度测量领域大量使用了温度套管，套管可以隔断温度检测元件与介质的直接接触，并进行有效支撑和固定，以达到延长使用寿命、提高安全性和改善可维护性的目的[1]。

测温点的工况决定了套管的类型、材质和连接结构。

要解决套管强度与快速准确测温之间的矛盾，就要准确地分析出导致套管损坏的主要原因。

因此，在温度套管设计时需要针对所在工况进行振动计算[2]，以保证强度能够适用于所用工况。

本文在ASME PTC 19.3 TW—2016《温度套管性能测试规范》的基础上[3]，结合其他文献的相关内容，总结出了一套温度套管强度计算的具体实现方法。

1 温度套管强度计算内容当套管插入具有流动介质的管道或容器时，受力状况类似于1根悬臂梁受到介质压力以及流动引起的冲击力的干扰作用，因此套管强度计算应包括以下几方面的内容：1) 验证套管本身及套管连接件承载介质静压力的能力。

2) 验证套管承受来自介质流动产生的稳态应力和疲劳应力(也称动态应力)的能力。

由于共振与非共振工况下套管应力计算的理论公式完全不同[4]，因此为了计算不同流速条件下的稳态应力和疲劳应力，必须判断套管是否有共振现象发生。

温度套管固有频率计算公式温度套管是一种用于保护管道或设备的保温材料，它可以有效地减少热量的损失，并且能够保护管道或设备不受外界环境的影响。

在工程中，温度套管的固有频率是一个重要的参数，它可以帮助工程师们确定温度套管的合适尺寸和材料，以确保其正常工作和安全运行。

温度套管的固有频率是指在一定长度的温度套管中，产生共振的频率。

它与温度套管的材料、尺寸和结构有关，通常可以通过以下公式进行计算：f = 1 / (2π) √(k / m)。

其中，f表示温度套管的固有频率，k表示温度套管的弹簧刚度，m表示温度套管的质量。

温度套管的固有频率计算公式可以帮助工程师们在设计和选择温度套管时，更好地了解其性能和特点，从而确保其能够满足工程需求。

温度套管的固有频率与其材料和结构有关。

一般来说，温度套管的材料越硬，固有频率越高；而温度套管的质量越大，固有频率也会越高。

因此，在实际工程中，工程师们可以根据具体的工程要求和条件，选择合适的温度套管材料和尺寸，以确保其固有频率能够满足工程需求。

此外，温度套管的固有频率还与其安装方式和环境条件有关。

在实际工程中，工程师们需要考虑温度套管的安装位置、周围环境的温度和压力等因素，以确保温度套管能够正常工作并具有足够的稳定性。

在实际工程中，温度套管的固有频率计算公式可以帮助工程师们进行合理的设计和选择，从而确保温度套管能够正常工作并具有足够的安全性。

同时，工程师们还可以通过对温度套管的固有频率进行分析和计算，进一步优化温度套管的设计和选择，以满足不同工程需求和条件。

总之，温度套管的固有频率是一个重要的参数，它可以帮助工程师们确定温度套管的合适尺寸和材料，以确保其正常工作和安全运行。

通过固有频率计算公式的应用，工程师们可以更好地了解温度套管的性能和特点，从而进行合理的设计和选择，为工程的顺利进行提供保障。

热电偶保护套管共振计算英文回答：A resonant calculation for a thermocouple protection tube involves determining the natural frequency at whichthe tube can vibrate. This is important because if the tube resonates at the same frequency as the external environment, it can lead to excessive vibration, which may cause damageto the thermocouple or affect its accuracy.To calculate the resonant frequency, we need toconsider the properties of the protection tube material, such as its Young's modulus and density. The resonant frequency can be determined using the formula:f = (1/2π) √(E/ρ)。

where f is the resonant frequency, E is the Young's modulus, and ρ is the density of the material. By plugging in the values for E and ρ, we can calculate the resonantfrequency in Hertz (Hz).For example, let's say we have a thermocoupleprotection tube made of stainless steel with a Young's modulus of 200 GPa and a density of 7,800 kg/m³. Plugging these values into the formula, we can calculate the resonant frequency:f = (1/2π) √(200e9 / 7800) ≈ 2,540 Hz.This means that the protection tube will resonate at approximately 2,540 Hz. To avoid resonance, it is important to ensure that the operating environment does not produce vibrations at or near this frequency. If vibrations do occur at the resonant frequency, measures such as damping or changing the material of the protection tube may be necessary to prevent damage or accuracy issues.中文回答：热电偶保护套管共振计算涉及确定套管可以振动的固有频率。

收稿日期:2008205228。

作者简介:孙　海(1980—),男,2006年毕业于石油大学(华东),获得油气储运专业硕士学位,现在中国石油工程建设公司(CPECC )设计部工作,目前主要从事压气站项目的工艺设计工作,任工程师。

温度计套管的性能测试计算孙　海,李兆明(中国石油工程建设公司设计技术部,北京　100011) 摘要:针对温度计套管在石油工程项目中的广泛应用,介绍了温度计套管在安全性能计算中应该考虑的主要因素和计算方法,并通过一个计算实例,阐述了温度计套管的固有频率和伴流频率的关系以及温度计套管的最大插入深度和最大操作压力,对不合理的设计结果提出了解决方法。

关键词:温度计套管;性能测试计算;伴流频率;固有频率;最大插入深度;最大操作压力中图分类号:T H811 文献标识码:B 文章编号:100727324(2008)0520017204The Performance T est C alculation of Thermow ellSun Hai ,Li Zhaoming(China Petroleum Eng.&Const ruc.Co.Eng Depart ,Beijing ,100011,China )Abstract :The main factors related wit h t hermowell design calculation and t hermowell performance test calculation met hod are int roduced.The relationship between nat ural f requency and wake f requency of t he t hermowell ,t he calculation of t hermowell maximum insertion lengt h and maximum operating p ressure is explained in detail t hrough an example.Reasonable solutions are p ut forward against incorrect design.K eyw ords :t hermowell ;performance test calculation ;wake frequency ;nat ural frequency ;maximum insertion lengt h ;maximum operating pressure 1　引　言目前温度计按照测温方式可以分为接触式温度计和非接触式温度计,其中接触式温度计可以分为膨胀式温度计(如玻璃管水银温度计、双金属温度计等)、热电偶、热电阻、半导体管、电容式温度传感器等,非接触式温度计可以分为辐射式和红外式温度计。

图1 锥形套管结构示意图L —无支撑段长度；d —套管钻孔直径；t —尖端最小壁厚；B —尖端直径根据ASME PTC 19.3 TW-2016 振动频率及应力符合性计算，判别温度计套管合格与否的关键参数有：固有频率；涡流脱落频率；频比；比对系数；允许外部压力；尖端允许压力[3]。

在工艺工况稳定的前提下，流体引起的振动、套管承受压力大小是对温度计套管影响最大的两大因素。

下面介绍温度计套管固有频率、涡流脱落频率和承受压力的计算方法，避免共振的产生和耐压性能不足，防止损坏温度计套管和套管内的温度传感器。

2 温度计套管固有频率和涡流脱落频率计算2.1 固有频率计算根据ASME PTC 19.3 TW-2016，斯特罗哈尔数Ns 取值有下面三种情况，Ns=e 220.221R- 当22≤R e <13000.213-0.0248[Log 10(R e /1300)]2+0.0095[Log 10(R e /1300)]3当1300≤R e <5×105 0.22　当5×105≤R e <5×107温度计套管的雷诺数为：0 引言流体温度是工业领域重要的监视和控制参数，但在设计过程中，极易忽视温度计套管计算，国内曾多次报道大型锅炉炉体温度计套管、主蒸汽温度计套管发生断裂、折断事故，引起紧急停炉的事件[1]。

另外，在《石油化工自动化仪表选型设计规范 SH/T 3005—2016》中，明确规定，“在工艺流体温度、压力、流速较高或管径较大场合，对温度计套管应根据ASME PTC 19.3TW 标准做振动频率及应力符合性计算。

”目前WAKE 、雅思科、艾默生等国外知名品牌的温度仪表厂家能提供温度计套管的计算书，但在详细设计时，通常因为仪表尚未招标，这些厂家都不提供免费温度计套管计算服务，需要支付相应费用。

仪表设计人员掌握温度计套管振动频率及应力符合性计算方法，对校验温度计套管设计尺寸、复核设计结果是很有必要的。