测温电缆在液化烃球罐上的安装设计--控制网



测温电缆在液化烃球罐上的安装设计
企业：控制网 日期：2005-10-11
领域：仪器仪表 点击数：2238



1  引言

    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。

    这种设计方案在我国沿续了很长时间，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最高点温度相对应的毫伏信号，可用来连续探测监控区域的最高温度，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。

2  测温电缆测量原理

    测温电缆又称“连续”热电偶或“寻热”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最高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最高温度点相对应。当线缆上任何一点T1的温度高于其它部分的温度时，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，当线缆上另外一点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。

常规单接点热电偶原理如图1所示。



图1  常规单接点热电偶原理



测温电缆在某点受热、两点受热时的情况如图2所示。



图2  某点受热、两点受热时的情况




3  测温电缆在球罐上的安装设计

    由于测温电缆独特的功能，现已在各个领域广泛应用，在石油化工领域应用如：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。

    蓝星石化天津石化厂液化烃罐区原有4个400m3球罐，内径为9 200mm，壁厚34mm。新建2个1 000m3球罐，内径为12 300mm，壁厚40mm。设计中选用FTLD型测温电缆。

安装设计过程如下：

先计算400m3球罐：内径9 200mm球罐，罐壁厚34mm。

(1)  确定在罐上敷设的环数

    根据样本中介绍的测温电缆布线距离要求：“测温电缆布置位置离被保护处所不应超过2米”，这样，两环电缆之间最大间距应不超过4米。
用球罐半周长除以4米：

从而得到电缆在400m3球罐上布置大于3.6环，即至少4环。

(2)  确定电缆的安装位置

确定角度：将球罐表面布置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＝直径×角度α°×π／360
或弧长＝半径×角度α°×π／180
弧长＝半径×角度α°×π／180＝(4600+34) ×45×π／180≈3638mm
如图3所示。



图3  400m3球罐测温电缆安装位置




    现场施工时，由球罐最高点开始定位，每两环之间的电缆间距约3 638mm。安装方法为用带凹槽的强磁铁每隔0.5～1米固定一点。

(3)  确定电缆长度与磁铁个数：

    由上面的弧长3 638mm，可以将电缆在球罐上的位置确定下来。下面，需将一个罐上所需的电缆总长度确定下来。只要知道每个电缆环的半径，就能计算出每环电缆长度，将每环长度相加，即得出总长度。
如图4所示。

    第一环电缆半径BC=OC×sin（45°/2）=（半径+壁厚）×sin22.5°≈1774mm
    第一环电缆长度＝BC×2×π＝1774×2×π≈11141mm≈11.5m



图4  400m3球罐测温电缆长度计算




    第二环电缆半径ED=OE×sin（45°/2＋45°）=（半径 +壁厚）×sin67.5°≈4282mm
    第二环电缆长度＝ED×2×π＝4282×2×π≈26891mm≈27m
    第三环电缆长度＝第二环电缆长度
    第四环电缆长度＝第一环电缆长度

400m3球罐上的电缆总长＝11.5×2+27×2+球罐半周长=77+15=92m

安装所需磁铁约180个。

参照以上计算步骤，可以计算出1 000m3球罐的测温电缆安装位置与长度：

(1)  确定在罐上敷设的环数
 
    用球罐半周长除以4米：

    电缆在1 000m3球罐上布置大于4.86环，即至少5环。

(2)  确定电缆的安装位置

α°＝360／10＝36°
确定每两环测温电缆之间的间距：
弧长＝半径×角度α°×π／180＝(6150+40) ×36×π／180≈3888mm
如图5所示。



图5  1000m3球罐测温电缆安装位置




现场施工时，由球罐最高点开始定位，每两环之间的电缆间距约3 888mm。

(3)  确定电缆长度与磁铁个数。

如图6所示。



图6  1000m3球罐测温电缆长度计算




    第一环电缆半径BC=OC×sin（36°/2）=（半径+壁厚）×sin18°≈1913mm
    第一环电缆长度＝BC×2×π＝1913×2×π≈12014mm≈12.1m
    第二环电缆半径ED=OE×sin（36°/2＋36°）=（半径+壁厚）×sin54°≈5008mm
    第二环电缆长度＝ED×2×π＝5008×2×π≈31451mm≈32m
    第三环电缆半径FO=半径+壁厚=6190mm
    第三环电缆长度＝FO×2×π＝6190×2×π≈38873.2mm≈39m
    第四环电缆长度＝第二环电缆长度
    第五环电缆长度＝第一环电缆长度

1 000m3球罐上的电缆总长＝12.1×2 + 32×2 + 39 + 球罐半周长=129+19.5≈160m

    根据样本中介绍的测温电缆长度要求：“一般情况下，测温电缆长度＜150米。如长度＞150米可分多个区域进行监测”，这样，需将1 000m3球罐上的电缆分为两根。一根敷设在第一环、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：

    第一根电缆长度＝第一环+第二环+第三环/2+球罐半周长=12.1+32+39/2+19.5=84m
    第二根电缆长度＝第三环/2＋第四环＋第五环+球罐半周长/2  =39/2+32+12.1+19.5/2=74m
    安装所需磁铁约320个。




图7  测温电缆在400m3球罐安装位置



图8  测温电缆在1000m3球罐安装位置
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