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连续热电偶在球罐上的安装设计及计算方法

2025年02月11日 08:28:57 来源：云南昌晖仪表制造有限公司 >> 进入该公司展台阅读量：54

文章简单阐述在球罐表面温度测量的应用，并结合案例介绍连续热电偶在球罐上的安装设计及计算方法，从而正确指导施工，准确统计连续热电偶安装施工材料。

液化烃球罐在工业装置中一般作为中间罐或成品罐，因其为承压罐，危险性很大。在国内外曾出现过多起爆炸事故，造成生命和财产的重大损失。因此，球罐的消防设计要求很严格。

球罐消防设计，要求球罐表面温度与雨淋阀进行联锁。当达到设定温度时，联锁打开雨淋阀进行消防喷淋。对于球罐表面温度的检测，在以往的设计中，经常采用闭式喷头(又称感温玻璃泡)。感温玻璃泡安装在净化风管线上，在球罐外构成多个环状，在罐底净化风总管上设压力开关。当球罐外表面温度超过68℃时，感温玻璃泡破裂，压力降低，压力开关动作输出信号，通过控制系统联锁开启雨淋阀，实现消防喷淋。这种设计方案在中国沿续了很长时间，其特点是反应快、投资少，缺点是施工量大、容易误动作。一旦因为外界原因使感温玻璃泡的破裂，造成联锁动作，往往使操作人员虚惊一场，同时造成水资源浪费。

采用线形定温火灾探测器，也只能对已发生的火灾进行探测，而在火灾发生之前，环境温度为-40~68℃时，无法发出报警。

如果能够检测出真实的罐外表面温度，在事故或火灾未发生时发出报警，在确定的条件下才进行联锁动作，就能解决误动作的问题。同时，使操作人员具有充分时间采取相应的措施，避免发生事故或引起火灾。现在，由美国研制开发的测温电缆就能实现上述要求。它能够连续产生与其长度所及范围内的点温度相对应的毫伏信号，可用来连续探测监控区域的温度，对温度的变化进行实时监控，不仅能测定温度异变的幅度，而且能确定温度异变的区域。

连续热电偶工作原理
连续热电偶又称特种测温热敏电缆或寻热式热电偶，它利用热电效应原理，能够连续产生与其长度所及范围内的点温度相对应的毫伏信号，它与普通热电偶不同之处在于它的热接点不固定，而是始终与线缆上的温度点相对应。当测温电缆上任何一点(T1)的温度高于其他部分的温度时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻(R)降低，导致出现“临时”热电偶接头，其作用与常规单接点热电偶接头相同，当测温电缆上另外一点(T2)的温度高于T1点时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻会变的低于T1点的电阻，导致出现新的“临时”热电偶接头。测温电缆在单点受热、两点受热时的情况见图1所示。

图1 连续热电偶工作原理

连续热电偶在球罐上的安装设计
由于连续热电偶的功能，现已在各个领域广泛应用，在石油化工领域的应用：电缆通道、气化炉、反应罐、油罐等。其安装设计已有成熟的经验。但是，在液化烃球罐上的安装设计还很少。

蓝星石化公司天津石化厂液化烃罐区原有4个400m³球罐。内径为9.2m，壁厚34mm。新建2个1000m³球罐，内径为12.3m，壁厚40mm。设计中选用昌晖仪表生产的连续热电偶。

400m³球罐安装设计过程如下。
①确定连续热电偶在球罐上敷设的环数
根据连续热电偶布线距离要求：连续热电偶布置位置离被保护处所不应超过2m。这样，两环电缆之间间距应不超过4m。因此，敷设环数可用球罐半周长除以4m得到。即

从而得到电缆在400m3球罐上布置大于3.6环，即至少4环。

②确定连续热电偶安装位置
确定角度：在球罐表面布置4环电缆，即将球心分成8个角，每个角设为α，α=360/8=45°。确定每两环测温电缆之间的间距。根据计算公式：弧长=半径×α×π/180=(4600+34)×45×π/180≈3638mm

现场施工时，由球罐点开始定位，每两环之间的电缆间距约3638mm。安装方法：用带凹槽的强磁铁每隔0.5~1m固定一点，如图2所示。
连续热电偶在400m3球罐上的安装图

图2 连续热电偶在400m³球罐上的安装图

③确定连续热电偶长度与磁铁个数
需将一个罐上所需的连续热电偶总长度确定下来，只要知道每个连续热电偶环的半径，就能计算出每环连续热电偶长度，将每环长度相加，即得出连续热电偶总长度。如图3所示。

图3 连续热电偶总长度计算图

①环连续热电偶半径BC=OC×sin(45°/2)=(半径+壁厚)×sin22.5°≈1774mm，环连续热电偶长度=2×π×BC=2×π×1774≈11141mm≈11.1m。
②第二环连续热电偶半径ED=OE×sin(45°/2+45°)=(半径+壁厚)×sin67.5°≈4282mm，第二环连续热电偶长度=2×π×ED=2×π×4282≈26891mm≈27m
③第三环连续热电偶长度等于第二环连续热电偶长度
④第四环连续热电偶长度等于环连续热电偶长度
⑤连续热电偶总长=11.5×2+27×2+球罐半周长=77+15=92m
⑥安装所需磁铁约180个。

参照以上计算步骤，可以计算出1000m³球罐表面温度测量的连续热电偶安装位置与长度：
①确定在罐上敷设至少5环。
②确定连续热电偶安装位置，由球罐点开始定位，每两环之间的连续热电偶间距约3888mm。
③确定连续热电偶长度与磁铁个数，球罐上的电缆总长约为160m。根据连续热电偶长度要求：“一般情况下，连续热电偶长度小于150m。如长度大于150m可分多个区域进行监测”。这样，需将1000m3球罐上的连续热电偶分为两根。一根敷设在环、第二环、第三环的一半，另一根敷设在第三环的另一半、第四环与第五环。其电缆长度分别为：根电缆长度=环+第二环+第三环/2+球罐半周长=84m；第二根电缆长度=第三环/2+第四环+第五环+球罐半周长/2=74m；安装所需磁铁约320个。

连续热电偶的应用和选用稍显复杂，大家可到产品页面仔细了解这种特殊热电偶。
作者：天津辰鑫石化工程设计有限公司刘峥嵘

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