Thermowell en dompelsonde installatieoverzicht - Toepassingsnota


Thermowells zijn verborgen in pijpen en worden zelden gezien. Hoe de afmetingen van de thermowells en de dompelsondes die erin passen worden bepaald, is niet altijd duidelijk. In deze toepassingsnota wordt uitgelegd hoe de afmetingen worden bepaald, hoe de thermowells en dompelsondes moeten worden geïnstalleerd en wat hun toepassingsomgeving is.

Wat zijn thermowells?

Thermowells zijn holle buizen die aan één kant zijn afgesloten en aan de andere kant van schroefdraad zijn voorzien. Zij worden permanent in pijpen, tanks of opvangbakken geplaatst, zodat er temperatuurmeetsondes in kunnen worden gestoken om de temperatuur van de inhoud te meten. De temperatuur van de inhoud wordt door de wand van de thermowell aan de temperatuursensor doorgegeven. De thermowell voorkomt dat de inhoud van de leiding ontsnapt en houdt de druk van onder druk staande leidingen binnen. Thermowells worden verkocht per insteeklengte, dat is de lengte van de thermowell in de pijp. Fig. 1 toont een 4" beschermbuis; merk op dat de 4" maat een geschatte insteeklengte is die gebaseerd is op een pijp met een diameter van 80, 8" (zie tabel 1 en fig. 2).

Thermowells Uitleg Fig1
Fig. 1: Bewerkte thermowell

Thermowells Tabel 1

Hoe thermowells en dompelhulzen worden geïnstalleerd.

Algemene informatie

Dompelsondes moeten minstens twee duim langer zijn dan de schachtlengte om door alle fittingen aan het open uiteinde van de dompelbuis te passen. Dompelsondes worden geleverd met een fitting die in de bovenkant van de dompelbuis past. BAPI's standaard dompelsondefitting houdt de sonde met een strakke frictiepassing vast. Sondes met dubbele schroefdraad zijn zo ontworpen dat ze bij het aandraaien in de dompelbuis zakken.

Trek de sonde uit de behuizing totdat de flare aan het uiteinde van de sonde, waar de sensordraden uit komen, de dompelhuls raakt. Steek de sonde in de dompelhuls en duw de dompelhuls in de richting van de dompelhuls totdat de schroefdraad van de dompelhuls in de dompelhuls grijpt. Schroef de dompelhuls aan totdat deze net vingerdicht is. De sonde zal zich van het oppervlak van de dompelhuls in de behuizing bewegen. Duw voorzichtig op de temperatuursondeaansluiting om er zeker van te zijn dat het uiteinde van de temperatuursonde in de dompelbuis terechtkomt. De wrijving tussen de sonde en de dompelhuls houdt de sonde tegen de bodem van de dompelhuls en zorgt voor een goede temperatuuroverdracht.

Fig. 2 toont een 4" dompelbuis en 4" dompelvoeler geïnstalleerd in een 10" pijp. In een goed geïsoleerde pijp met vloeistof of stoom is de temperatuur over de gehele doorsnede van de pijp in principe gelijk. Gewoonlijk zijn de dompelbuizen zo gedimensioneerd dat ze tot het midden van de pijp reiken; kortere dompelbuizen geven echter ook goede temperatuurmetingen als ze goed geïnstalleerd zijn. Kortere dompelhulzen worden gebruikt in pijpen met hoge stroomsnelheden, zie tabel 3.

In de praktijk wordt een gat van 0,75" in de pijp geboord op de plaats waar de thermowell nodig is. Over het gat wordt een fitting gelast, een zogenaamde threadolet. Op de buitenschroefdraad van de dompelbuis wordt een afdichtmiddel zoals teflontape of pijpmortel aangebracht. De dompelbuis wordt in de draadbus gestoken en vastgedraaid. Aangezien de wanddikte van de pijp die gewoonlijk voor HVAC-loodgieters wordt gebruikt 0,5" is, steekt de thermowell 4 inches in de pijp. De 4" afstand die een 4" dompelbuis aangeeft, is de afstand van het binnenoppervlak van de pijp tot het uiteinde van de dompelbuis.

Pijpen met een diameter van drie inch en groter

Figuur 2 toont een vier inch dompelbuis en een vier inch dompelvoeler geïnstalleerd in een acht inch pijp. In een goed geïsoleerde pijp met vloeistof of stoom is de temperatuur over de gehele doorsnede van de pijp in wezen gelijk. Gewoonlijk zijn thermowells zo gedimensioneerd dat ze tot het midden van de pijp reiken; kortere thermowells geven echter ook de juiste temperatuurwaarden als ze goed geïnstalleerd zijn. Kortere dompelhulzen worden gebruikt in pijpen met hoge stroomsnelheden, zie tabel 3.

In de praktijk wordt een gat van ¾ inch in de pijp geboord op de plaats waar de thermowell nodig is. Over het gat wordt een fitting gelast, een zogenaamde threadolet. Op de buitenschroefdraad van de dompelbuis wordt een afdichtmiddel zoals teflontape of pijppasta aangebracht. De dompelbuis wordt in de draadbus gestoken en vastgedraaid.

Aangezien de wanddikte van de pijp die gewoonlijk voor HVAC-loodgieterswerk wordt gebruikt ½-inch is, steekt de thermowell vier-inch in de pijp. De afstand van vier duim die door een thermowell van vier duim wordt genoemd, is de afstand van het binnenoppervlak van de pijp tot het uiteinde van de thermowell.

Thermowells Uitleg Fig2
Fig. 2: 4" Thermowell in een 8" Schedule 80 pijp

Pijpen met een diameter van minder dan drie inch
Fig 3 laat zien hoe een pijp T-stuk kan worden gebruikt in een elleboog toepassing. Een 2" T-stuk en een 0,5" tot 2" doorvoer maakt het mogelijk om met een 4" thermowell de temperatuur van de inhoud van een 2" waterleiding te meten. Temperaturen in pijpen tot 1,25" kunnen met deze methode worden gemeten. In kleine leidingen kan de diameter van de dompelbuis een aanzienlijke belemmering vormen, dus controleer op de juiste doorstroomsnelheid.

Thermowells Uitleg Fig3
Fig. 3: Thermowell van 4 inch in een waterpijp van 2 inch in een bochtconfiguratie

 

Fig. 4 laat zien hoe met een 2" T-stuk en een 0,5" naar 2" bus een 2" dompelbuis de temperatuur van de inhoud van een 2" waterleiding kan meten. Gebruik een afdichtmiddel voor de buitenschroefdraad van de dompelbuis.

Thermowells Uitleg Fig4
Fig. 4: Thermowell van 2 duim in een waterpijp van 2 duim in een T-koppelconfiguratie

Soorten thermowells

BAPI verkoopt bewerkte messing, bewerkt roestvrij staal en tweedelig gelaste roestvrij stalen thermowells.
Tweedelig gelaste roestvaststalen thermowells zijn niet zo sterk als hun machinaal bewerkte tegenhangers. Zie de vermeldingen voor Gelast roestvast staal (S.S.) in de volgende ontwerptabellen. Bovendien mogen gelaste roestvaststalen dompelbuizen niet worden gebruikt in een turbulente stroming; idealiter moeten ze drie tot vijf pijpdiameters verwijderd zijn van ellebogen of overgangen.

Uitleg over thermowells Tabellen 2 & 3
De waarden in tabel 3 zijn gebaseerd op bedrijfstemperaturen van 350°F voor messing en 1.000°F voor roestvrij staal (S.S.). Bij lagere temperaturen zijn iets hogere snelheden mogelijk.

Shake, Rattle & Roll

De tabellen 2 en 3 zijn ontwikkeld om ervoor te zorgen dat de beschermbuis niet defect raakt als gevolg van toepassingsbelastingen. Defecten aan de beschermbuis zijn in de meeste gevallen niet te wijten aan de invloed van druk of temperatuur op de beschermbuis. De berekeningen die nodig zijn om onder bepaalde omstandigheden voldoende sterkte te verkrijgen, zijn voldoende bekend om een juiste keuze van wanddikte en materiaal mogelijk te maken. De waarden in tabel 1 zijn conservatief en vooral bedoeld als richtlijn.

Thermowells Uitleg Fig5
Fig. 5: Von Karman spoor

Minder bekend, en gevaarlijker, zijn de vibratie-effecten waaraan thermowells worden blootgesteld. Vloeistof, die door de thermowell stroomt, vormt een turbulent zog (het Von Karman spoor genoemd) dat een bepaalde frequentie heeft, gebaseerd op de diameter van de thermowell en de snelheid van de vloeistof. Het is belangrijk dat de thermowell voldoende stijf is, zodat de zogfrequentie nooit gelijk is aan de resonantiefrequentie (natuurlijke frequentie) van de thermowell zelf. Als de resonantiefrequentie van de thermowell zou samenvallen met de zogfrequentie, zou de thermowell kapot trillen en afbreken in de pijpleiding.

Von Karman Sporen vormen zich als de vloeistof rond de thermowell stroomt. Eerst wervelt de vloeistof met de klok mee en dan tegen de klok in. De wervelingen vormen lage drukgebieden achter de thermowell en de totale vloeistofdruk duwt de thermowell heen en weer. Thermowells zijn ook veilig als de resonantiefrequentie ver onder de zogfrequentie ligt of als de vloeistofsnelheid voortdurend door het kritische snelheidspunt schommelt.

Fig 5 is een foto genomen door NASA's Multi-angle Imaging SpectroRadiometer satelliet op 6 juni 2001. Een Von Karman spoor strekt zich uit over 300 km zuidwaarts van het eiland Jan Mayen (het noorden is links in Fig 5). Jan Mayen is een geïsoleerd eiland van Noorwegen, gelegen ongeveer 650 km ten noordoosten van IJsland in de Noord-Atlantische Oceaan. De Beerenberg-vulkaan van Jan Mayen steekt ongeveer 2,2 km boven het oceaanoppervlak uit en vormt een belangrijke belemmering voor de windstroming.

Als elke draaikolk ontstaat, ontstaat er aan weerszijden van de vulkaan een lagedrukgebied. De vulkaan wordt bij elke werveling iets heen en weer geduwd. Vergelijkbare wervelingen worden opgewekt door vloeistoffen die door een pijp stromen met een thermowell erin. De thermowell trilt net als een stemvork, en bij een kritische frequentie breekt de thermowell in de pijp af. Als u de aanbevelingen in de tabellen 2 en 3 opvolgt, kunt u er zeker van zijn dat dergelijke problemen zich gedurende de levensduur van uw systeem niet zullen voordoen.

Als u vragen heeft, neem dan contact op met uw BAPI-vertegenwoordiger.


Printbare pdf-versie van deze toepassingsnota