Узел герметичного ввода многозонного датчика температуры в технологический сосуд

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована при измерении температурных полей с помощью многозонного датчика температуры в сосудах под давлением, например, в нефтеперерабатывающей промышленности при измерении температуры в катализаторах, используемых в установках гидрокрекинга.
Известен узел герметичного ввода многозонного датчика температуры в технологический сосуд, содержащий диск с отверстиями, отделяющий внутреннее пространство сосуда от внешней среды, с пропущенными через отверстия датчиками температуры. При этом оболочки датчиков непосредственно приварены к диску со стороны внутреннего пространства технологического сосуда /US 5775807, G01K 1/02, 1998/. К недостаткам известного узла герметичного ввода можно отнести невысокую надежность, обусловленную тем фактором, что рабочая среда катализатора непосредственно воздействует на сварной шов и в случае сквозной коррозии среда под давлением попадает в камеру утечки. Кроме того, существует серьёзная опасность прожига тонкой оболочки датчика при её приварке к массивному диску.
Указанные недостатки частично устранены в конструкции узла герметичного ввода датчика температуры в технологический сосуд, включающего диск с отверстиями, отделяющий внутреннее пространство сосуда от внешней среды, с пропущенными через отверстия датчиками температуры, армированными в месте прохода через них трубками, причем торцы   армирующих трубок приварены к оболочке датчиков с двух сторон, а сами армирующие трубки приварены к диску с его обеих сторон /CN 203053600,  G01M 3/26, 2013/. Данная конструкция выбрана за прототип. Прототип обладает достаточной надежностью, поскольку в случае коррозии сварного шва между диском и армирующей трубкой, есть второй шов между этими же деталями, фактически дублирующий шов со стороны процесса. Причем шов со стороны камеры утечки не подвергается химическому воздействию рабочей среды до тех пор, пока шов со стороны процесса сохраняет целостность.  Второй шов между оболочкой термопары и армирующей трубкой также повышает надежность, т. к. также предотвращает поступление газов в камеру при коррозии шва между ними со стороны процесса. Кроме того, армирующая трубка предотвращает от прожигания оболочки термопары при её сварке с диском, что повышает надежность процесса сборки.
Недостатком конструкции, предложенной в патенте CN 203053600 U, является то, что не предусмотрены геометрические параметры армирующей трубки, такие как толщина стенки и высота её размещения над поверхностью диска (диск может одновременно являться фланцем, т. е. не только отделять камеру от процесса, но и быть креплением к объекту).   Высота выступающей над поверхностью диска части армирующей трубки определяет возможность наложения двух швов друг на друга – шва между трубкой и оболочкой кабеля со швом между трубкой и диском, в этом случае снижается надежность обоих сварных швов, т. к. возрастает вероятность образования пор и трещин, а также прожига сварного шва между трубкой и оболочкой при выполнении шва между диском и трубкой.  Толщина трубки во многом определяет надежность и технологичность как шва с оболочкой кабеля, так и шва трубки с диском.
Техническая проблема заключается в необходимости создания узла герметичного ввода многозонного датчика температуры в технологический сосуд, лишённого указанного недостатка.  Технический результат заключается в повышении надёжности.
Для решения технической проблемы, а также для достижения технического результата предлагается узел герметичного ввода многозонного датчика температуры в технологический сосуд, включающий диск с отверстиями, отделяющий внутреннее пространство сосуда от внешней среды, с пропущенными через отверстия датчиками температуры, армированными в месте прохода через них трубками.  Причем торцы   армирующих трубок приварены к оболочке датчиков с двух сторон, а сами армирующие трубки приварены к диску с его обеих сторон.  Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что армирующие трубки выполнены с толщиной стенки S1 в зоне приварки к оболочке датчика, находящейся в диапазоне 0,5Sd ≤ S1 ≤ 3Sd, а высота выступающей над поверхностью диска части армирующей трубки Н находится в диапазоне (S1+S2) ≤ Н ≤ 10,0(S1+S2), где Sd -  толщина оболочки датчика, S1 - толщина армирующей трубки в зоне приварки к оболочке, а S2 – толщина армирующей трубки в зоне приварки к диску.
Дополнительно предлагается армирующие трубки выполнить из того же материала, что и материал оболочки датчика температуры.
Дополнительно предлагается   армирующие трубки выполнить из того же материала, что и материал диска.
Дополнительно предлагается        армирующие трубки выполнить составными из двух частей.
Также дополнительно предлагается       армирующие трубки выполнить со сквозными отверстиями в стенке.
Выполнение армирующих трубок с указанной геометрией позволяет исключить возможность наложения двух швов друг на друга – шва между трубкой и оболочкой кабеля со швом между трубкой и диском.  Выполнение армирующих трубок из того же материала, что и материал оболочки датчика температуры или материал диска позволяет улучшить качество сварного шва и уменьшить вероятность образование пор и трещин. Выполнение армирующих трубок составными или со сквозным отверстием в стенке позволяет предотвратить вспучивание второго сворного шва между армирующей трубкой и оболочкой датчика при его сварке, т. к. позволяет выходить газам в организованный зазор, что особенно актуально при относительно большой длине втулки. Таким образом, достигается технический результат.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены варианты выполнения   узла герметичного ввода многозонного датчика температуры в технологический сосуд. При этом на фиг. 1 диск с отверстиями выполнен как самостоятельный конструктивный элемент, а на фиг. 2 диск с отверстиями выполнен в виде фланца,  на фиг. 3 представлено место прохода датчика температуры через диск, на фиг. 4 показано устройство с применением составной армирующей трубки, на фиг. 5 показано устройство с применением армирующей трубки, выполненной со сквозным отверстием в стенке,  где 1 - диск с отверстиями, отделяющий внутреннее пространство сосуда от внешней среды, 2 -  датчики температуры, 3 -    армирующие трубки.   S1 -   толщина стенки армирующей трубки 3 в зоне приварки к оболочке датчика.  S2 – толщина армирующей трубки в зоне приварки к диску. Sd -  толщина оболочки датчика, Н -   высота выступающей над поверхностью диска части армирующей трубки 3.  Толщина стенки S1 армирующей трубки 3 в зоне приварки к оболочке датчика 2 находится в диапазоне 0,5Sd ≤ S1 ≤ 3Sd.  Высота Н выступающей над поверхностью диска части армирующей трубки 3   находится в диапазоне (S1+S2) ≤ Н ≤ 10,0(S1+S2).
Устройство собирают следующим образом. На оболочки датчиков 2 надевают армирующие трубки 3 и приваривают кольцевыми сварными швами с обеих торцов.   Затем датчики пропускают через отверстия в диске 1 и приваривают кольцевыми угловыми сварными швами армирующие трубки 3 с обеих сторон к диску 1, оставляя выступающую часть армирующей трубки Н в указанном диапазоне.  После контроля герметичности сварных швов устройство готово к монтажу на сосуд, работающий под давлением.