昌晖仪表制造有限公司在温度计套管的设计过程中，通常按照下图中的步骤进行温度计套管强度计算和应力分析。如果计算结果不满足相关要求， 则需调整温度计套管数据重新计算，直到满足要求为止。



根据共振产生的机理和计算公式，影响温度计套管固有频率的主要因素有套管材料的弹性模量和密度以及温度计套管的尺寸(插入深度、端部尺寸和根部尺寸)，影响激励频率的主要因素有介质的流速、雷诺数和温度计套管端部尺寸。改进温度计套管时，尽量增大套管固有频率，减小激励频率，从而保证满足频率限制条件，避免共振的产生。

在考虑温度计套管改进措施时，介质的密度、黏度、流速是工艺参数要求，是固定不变的常数，只能从温度计套管的材料和尺寸上着手进行调整。从表1可以看出，各种常用材料之间的弹性模量差别不大，且其比值的开方才作为影响固有频率的系数。因此，为了满足频率限制条件而调整温度计套管材质选用弹性模量的方法不足取。

表1 温度计套管材质的弹性模量的取值(×6.9MPa)



温度计套管改进措施
1、缩短温度计套管长度
缩短保护套管长度能有效提高套管固有频率，并提高套管强度，此方法是实际应用中最常用的方法。但缩短多少要看具体情况，原则上，温度计套管插入深度应能使测温元件能反映被测介质的真实温度为宜。

通常情况下，由于管道与环境之间的热传导，管道内介质温度会出现分层，管道中心的温度会高于靠近管道壁的温度，这种现象在高温介质时会更加明显。温度分层现象会导致测量误差，为了减少误差，温度计套管应尽量长一些，而温度计套管太长会增加产生共振的可能性。因此，温度计套管插入深度的选择需要权衡测量误差和共振之间的利弊。

对于低密度低流速介质，温度分层现象会更加明显，而介质流过温度计套管产生的激励频率较小，从而引起共振的可能性也相对较小，此时，温度计套管插入深度可以选择长一些。反之，类似高压过热蒸汽等介质，密度大流速快，流过温度计套管产生的激励频率较大，只能牺牲一些测量精度来增大温度计套管固有频率，此时，温度计套管插入深度以测温元件能完全浸入到介质中为原则尽量短。

2、改变温度计套管的外形结构
从表2温度计套管尺寸与温度计套管固有频率的对应关系可以看出，对于顶部尺寸相同的直形温度计套管和锥形温度计套管，锥形温度计套管有更大的固有频率，因而，锥形温度计套管更容易满足频率限制条件。考虑到装置运行过程中有可能出现超出工艺设计要求的极端情况，在项目投资允许的情况下，可以统一选用钻孔锥形温度计套管。

表2 套管尺寸与套管固有频率的对应关系



注：以上数据基于如下特定工况：温度计套管材质为碳钢，过程连接为法兰连接，介质密度为8kg/m³，套管内径为5.5mm。

3、改变温度计套管的内外径
从表2温度计套管尺寸与温度计套管固有频率的对应关系可以看出，增大温度计套管的直径可以增大温度计套管固有频率，减小产生共振的可能，但是，增大温度计套管厚度会降低温度计套管的热传导速度和增加加工成本，昌晖仪表建议应根据工艺要求酌情处理。

4、改变温度计套管的安装位置
如果以上改进措施仍然无法满足要求时 ，可以考虑将温度计套管安装在弯管处，温度计套管端部应逆着介质流动的方向。由于在弯管处存在湍流，对弯管中的流体建模极其困难，ASME PTC19.3 TW-2016出于保守考虑，未对此种安装方式提出指导性意见，昌晖仪表建议项目实施时应谨慎采用。

5、其他特殊方式
特殊情况下，还可以通过增加其他辅助装置的方法来改进温度计套管强度。具体措施为：在温度计套管的插入端增加一个保护圈，起到支撑作用。这样缩短了悬臂的长度，大幅度减小了温度计套管端部的振幅。采用此改进措施的注意事项：保护圈和支管之间的距离公差为1mm, 且支管内部需要打磨光滑以便于安装，如下图所示。



有时还可以通过改变温度计套管的过程连接形式来缩短套管长度。例如，将套管的过程连接形式由法兰连接改为焊接，这种方式虽然减小了温度计套管插入深度，但是同时也降低了温度计套管的耐疲劳度。此方法在试图满足fs<0.4fn(激励频率＜0.4套管固有频率)时可以选用，而在试图满足fs<0.8fn(激励频率＜0.8套管固有频率)时会起到反效果，因为它使轴向共振周期应力条件更不容易满足。

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