{"id":11698,"date":"2024-02-15T14:19:06","date_gmt":"2024-02-15T13:19:06","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.wika.com\/fr\/?p=11698"},"modified":"2024-02-20T12:48:20","modified_gmt":"2024-02-20T11:48:20","slug":"precision-du-thermocouple-tubeskin","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.wika.com\/fr\/general\/precision-du-thermocouple-tubeskin\/","title":{"rendered":"Comment la platine de raccordement interm\u00e9diaire affecte la pr\u00e9cision du thermocouple Tubeskin"},"content":{"rendered":"

Une platine de raccordement interm\u00e9diaire permet aux raffineries de souder de nouveaux thermocouples sur celui-ci plut\u00f4t que directement sur le tube nu du four, car des soudures r\u00e9p\u00e9t\u00e9es nuisent \u00e0 l’int\u00e9grit\u00e9 du tube. Cependant, l’utilisation de ce recouvrement de soudure affecte la pr\u00e9cision des relev\u00e9s de temp\u00e9rature. <\/strong><\/p>\n

WIKA a effectu\u00e9 une s\u00e9rie de scans IR, de simulations CFD et de tests pour quantifier les \u00e9carts de temp\u00e9rature caus\u00e9s par l’utilisation d’une platine de raccordement interm\u00e9diaire avec des thermocouples tubeskin.<\/strong><\/p>\n

Le contr\u00f4le de la temp\u00e9rature est essentiel au fonctionnement efficace des fours \u00e0 flamme. Des relev\u00e9s de temp\u00e9rature pr\u00e9cis permettent aux raffineries de fonctionner avec des tubes de four tr\u00e8s proches du fluage et de minimiser l’encrassement et la cok\u00e9faction \u00e0 l’int\u00e9rieur de ces tubes.<\/p>\n

La mani\u00e8re la plus efficace d’obtenir des relev\u00e9s de temp\u00e9rature pr\u00e9cis des tubes de four est d’utiliser des thermocouples<\/a> de surface, qui pr\u00e9sentent des avantages par rapport aux pyrom\u00e8tres. Gr\u00e2ce \u00e0 des tests approfondis, le centre de R&D de WIKA a v\u00e9rifi\u00e9 que les lectures des thermocouples de surface sont des repr\u00e9sentations fid\u00e8les de la temp\u00e9rature r\u00e9elle du m\u00e9tal du tube, mesur\u00e9e par des thermocouples de r\u00e9f\u00e9rence install\u00e9s.<\/p>\n

Thermocouples de peau, probl\u00e8mes de soudure et de platine de raccordement interm\u00e9diaire<\/h2>\n

\nLes thermocouples sont des capteurs de temp\u00e9rature pr\u00e9cis et durables. Toutefois, comme les thermocouples de peau (TSTC) sont soumis \u00e0 des temp\u00e9ratures extr\u00eames, leur fiabilit\u00e9 est limit\u00e9e \u00e0 quelques cycles de rotation, apr\u00e8s quoi ils doivent \u00eatre remplac\u00e9s. C’est l\u00e0 que r\u00e9side le probl\u00e8me :<\/p>\n

    \n
  1. Les TSTC sont g\u00e9n\u00e9ralement soud\u00e9s \u00e0 la surface du tube.<\/li>\n
  2. Les TSTC de remplacement doivent \u00eatre install\u00e9s \u00e0 proximit\u00e9 de l’emplacement des TSTC d\u00e9faillants.<\/li>\n
  3. La m\u00e9tallurgie de certains tubes ne permet pas de les souder apr\u00e8s une utilisation prolong\u00e9e.<\/li>\n<\/ol>\n

    Par cons\u00e9quent, les raffineries sont limit\u00e9es dans leur capacit\u00e9 \u00e0 souder de nouveaux thermocouples directement sur des tubes nus lorsque les anciens thermocouples sont d\u00e9fectueux.<\/p>\n

    \nL’un des moyens de surmonter les limites m\u00e9tallurgiques du tube de four est l’utilisation d’une platine de raccordement interm\u00e9diaire. Il s’agit d’une \u00e9paisseur pr\u00e9d\u00e9finie de mat\u00e9riau de soudure install\u00e9e sur la surface du tube. Le nouveau TSTC est alors mont\u00e9 sur cette couche de soudure plut\u00f4t que sur le tube nu, ce qui permet d’\u00e9viter tout probl\u00e8me d’int\u00e9grit\u00e9 du tube ou de traitement thermique post-soudure (PWHT).<\/p>\n

    Cependant, l’utilisation d\u2019une platine de raccordement interm\u00e9diaire pose ses propres probl\u00e8mes. Nous voulions comprendre l’impact de cette couche suppl\u00e9mentaire de m\u00e9tal sur la pr\u00e9cision de la mesure de la temp\u00e9rature.<\/p>\n

    M\u00e9thodologie : Test de la pr\u00e9cision des thermocouples de peaux install\u00e9s sur une platine de raccordement interm\u00e9diaire<\/h2>\n

    \nWIKA dispose d’un centre de R&D \u00e0 Houston avec un chauffage de 9,6 millions de BTU qui peut reproduire une vari\u00e9t\u00e9 de conditions de process. Cette unit\u00e9 d’essai nous permet de d\u00e9terminer la pr\u00e9cision des TSTC install\u00e9s sur les platines de raccordement.<\/p>\n

    \n

    \"\"

    platine de raccordement interm\u00e9diaire install\u00e9e radialement (longitudinalement)<\/p><\/div>\n \n

    \"\"

    platine de raccordement interm\u00e9diaire install\u00e9e dans le sens circonf\u00e9rentiel (transversal)<\/p><\/div>\n <\/p>\n

    Les variables de ce projet :<\/p>\n

      \n
    • Mat\u00e9riau de soudure de dimension et d’\u00e9paisseur fixes, install\u00e9 de mani\u00e8re circonf\u00e9rentielle (transversale) ou radiale (longitudinale).<\/li>\n
    • Diff\u00e9rentes valeurs d’\u00e9missivit\u00e9 de la platine<\/li>\n
    • Produits thermocouples install\u00e9s sur un tube nu ou sur une platine de raccordement<\/li>\n
    • Conditions de fonctionnement diff\u00e9rentes<\/li>\n<\/ul>\n

      Thermocouples de r\u00e9f\u00e9rence<\/h2>\n

      \nComme r\u00e9f\u00e9rence, nous avons install\u00e9 des thermocouples test\u00e9s dont la pr\u00e9cision est connue. Le pelage est l’une des m\u00e9thodes les plus courantes pour installer des TSTC de r\u00e9f\u00e9rence, car il permet d’obtenir les temp\u00e9ratures du tube les plus exactes. Cependant, le nombre d’essais que nous avions pr\u00e9vu n\u00e9cessiterait de nombreux changements et per\u00e7ages, ce qui rendrait cette m\u00e9thode irr\u00e9alisable.<\/p>\n

      \nLa m\u00e9thode de d\u00e9charge de capacit\u00e9 pour fixer les thermom\u00e8tres de r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 la surface est une alternative \u00e0 la m\u00e9thode de l’encapsulage. Nous avons test\u00e9 cette m\u00e9thode alternative en comparant ses relev\u00e9s de temp\u00e9rature \u00e0 ceux d’un thermocouple int\u00e9gr\u00e9, et nous avons constat\u00e9 que l’\u00e9cart de temp\u00e9rature moyen entre les deux \u00e9tait d’environ 0,5 \u00b0C (1,1 \u00b0F) dans diverses conditions de cuisson et de traitement. Comme cet \u00e9cart est faible, nous avons utilis\u00e9 en toute confiance la m\u00e9thode de d\u00e9charge de capacit\u00e9 pour souder les thermocouples de r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 la platine de raccordement.<\/p>\n

      Remarque :<\/strong> Le four du centre R&D de WIKA est reproductible \u00e0 0,5\u00b0C pr\u00e8s, d’apr\u00e8s les nombreux tests d’\u00e9talonnage et de profilage effectu\u00e9s sur cette unit\u00e9.<\/p>\n

      R\u00e9sultats du test : Platine de raccordement sur tube nu<\/h2>\n\n

      Platines de raccordement transversaux (\u00e0 gauche) et longitudinaux sur les tubes de four, thermographie IR<\/p><\/div>\n \n

      \nAvant de tester les TSTC install\u00e9s sur un butter-pad, nous devions d’abord comprendre la distribution de la temp\u00e9rature des butter-pads eux-m\u00eames. En utilisant le balayage infrarouge (IR), nous avons constat\u00e9 que la temp\u00e9rature \u00e0 la surface du rev\u00eatement de soudure est syst\u00e9matiquement sup\u00e9rieure d’environ 2,2\u00b0C (4\u00b0F) \u00e0 celle du tube nu (voir figure 1). Les r\u00e9sultats des simulations de la dynamique des fluides num\u00e9rique (CFD) correspondaient \u00e9troitement aux donn\u00e9es d’essai (voir tableau 1).<\/p>\n

      Tableau 1 : Temp\u00e9rature du tube nu vs. Platine de raccordement, thermographie IR et simulation CFD<\/strong><\/p>\n\n\n\n\n\n\n
      N\u00b0<\/strong><\/td>\nCuisson (MMBtu\/hr)<\/strong><\/td>\nR\u00e9f\u00e9rence (tube nu)<\/strong><\/td>\nPlatine (IR)<\/strong><\/td>\nPlatine (CFD)<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
      1<\/td>\n6,9<\/td>\n405\u00b0C\u00a0<\/td>\n407\u00b0C\u00a0<\/td>\n407\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
      2<\/td>\n5,9<\/td>\n390\u00b0C\u00a0<\/td>\n392\u00b0C\u00a0<\/td>\n392\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
      3<\/td>\n4,6<\/td>\n371\u00b0C\u00a0<\/td>\n373\u00b0C<\/td>\n372\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

       <\/p>\n

      La temp\u00e9rature de la surface de la platine de raccordement \u00e9tait plus basse que pr\u00e9vu pour un m\u00e9tal d’une \u00e9paisseur de 0,196\u2033 (5 mm). Le balayage IR a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 une valeur d’\u00e9missivit\u00e9 de 0,67 correspondant \u00e0 la temp\u00e9rature, ce qui a \u00e9t\u00e9 valid\u00e9 par le mod\u00e8le CFD de l’installation. Le CFD a \u00e9t\u00e9 ex\u00e9cut\u00e9 \u00e0 nouveau, cette fois avec une \u00e9missivit\u00e9 de 0,45 et 0,85, toutes deux au taux de cuisson maximal, afin de comprendre l’impact de l’\u00e9missivit\u00e9 sur la temp\u00e9rature de surface.<\/p>\n

      Comme pr\u00e9vu, lorsque la platine est plus polie que le tube nu, sa valeur d’\u00e9missivit\u00e9 plus faible se traduit par une temp\u00e9rature de surface plus froide. L’inverse est vrai : une surface moins polie (valeur d’\u00e9missivit\u00e9 plus \u00e9lev\u00e9e) se traduit par une temp\u00e9rature de surface plus \u00e9lev\u00e9e (voir tableau 2).<\/p>\n

      Tableau 2 : Temp\u00e9rature de la platine de raccordement en fonction des valeurs d’\u00e9missivit\u00e9, simulation CFD<\/strong><\/p>\n\n\n\n\n\n\n
      N\u00b0<\/strong><\/td>\nValeur d’\u00e9missivit\u00e9 de la Platine<\/strong><\/td>\nTemp\u00e9rature de la platine*<\/strong><\/td>\nD\u00e9viation de la temp\u00e9rature de la platine<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
      1<\/td>\n0,45<\/td>\n390\u00b0C<\/td>\n\u221233\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
      2<\/td>\n0,67<\/td>\n407\u00b0C<\/td>\n-16\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
      3<\/td>\n0,85<\/td>\n418\u00b0C<\/td>\n-5\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

      *Au centre<\/p>\n

      Nous avons trouv\u00e9 int\u00e9ressant que la temp\u00e9rature de la platine de raccordement ne soit pas uniforme sur toute sa surface. Au contraire, la temp\u00e9rature avait tendance \u00e0 \u00eatre plus \u00e9lev\u00e9e sur les bords et plus froide vers le centre (voir figure 2).<\/p>\n\n

      Temp\u00e9ratures des platines en fonction de l’orientation et des valeurs d’\u00e9missivit\u00e9, simulation CFD<\/p><\/div>\n \n

       <\/p>\n\n\n\n\n
      Variation longitudinale avec \u03b5<\/strong><\/td>\nVariation transversale avec \u03b5<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
      \n
        \n
      • La variation des bords vers le centre \u00e9tait plus prononc\u00e9e \u00e0 \u03b5 = 0,45 qu’\u00e0 \u03b5 = 0,85.<\/li>\n
      • Variations maximales et minimales :
        \n-9\u00b0C (entre \u03b5 = 0,67 et \u03b5 = 0,45)
        \n-15\u00b0F (entre \u03b5 = 0,67 et \u03b5 = 0,85)<\/li>\n
      • Le centre est plus froid que les c\u00f4t\u00e9s pour les trois valeurs d’\u00e9missivit\u00e9.<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n
      		\n
        \n
      • La variation des bords vers le centre \u00e9tait moins prononc\u00e9e \u00e0 \u03b5 = 0,45 qu’\u00e0 \u03b5 = 0,85.<\/li>\n
      • Variations maximales et minimales : -15\u00b0C (entre \u03b5 = 0,67 et \u03b5 = 0,45) -12\u00b0C (entre \u03b5 = 0,67 et \u03b5 = 0,85)<\/li>\n
      • Le centre est plus chaud que les c\u00f4t\u00e9s \u00e0 \u03b5 = 0,85 et plus froid que les c\u00f4t\u00e9s \u00e0 \u03b5 = 0,45.<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

         <\/p>\n

        La derni\u00e8re simulation CFD que nous avons r\u00e9alis\u00e9e visait \u00e0 comprendre l’impact de conditions de cuisson plus chaudes sur la temp\u00e9rature de la platine de raccordement par rapport \u00e0 la temp\u00e9rature de la surface nue (voir tableau 3).<\/p>\n

        Tableau 3 : Temp\u00e9ratures du tube nu et de la platine \u00e0 diff\u00e9rentes cuissons, simulation CFD<\/strong><\/p>\n\n\n\n\n\n
        N\u00b0<\/strong><\/td>\nCuisson (MMBtu\/hr)<\/strong><\/td>\nTube nu<\/strong><\/td>\nPlatine de raccordement<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
        1<\/td>\n6,9 (Chaleur normale)<\/td>\n425\u00b0C<\/td>\n427\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
        2<\/td>\n12,7 (Chaleur \u00e9lev\u00e9e)<\/td>\n538\u00b0C<\/td>\n539\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

         <\/p>\n

        Le mod\u00e8le CFD valid\u00e9 a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 pour simuler les conditions d’essai pour lesquelles des donn\u00e9es d’essai du produit sont disponibles pour l’installation de tubes nus.<\/p>\n

        R\u00e9sultats des essais : Thermocouple install\u00e9 sur une platine de raccordement interm\u00e9diaire<\/h2>\n

        \nApr\u00e8s avoir analys\u00e9 et valid\u00e9 les donn\u00e9es ci-dessus, nous avons effectu\u00e9 des simulations et des essais r\u00e9els sur les performances de notre thermocouple soud\u00e9 sur la platine. Cela nous a permis de comprendre l’impact de la platine sur la pr\u00e9cision du capteur. Les points d’essai en MMBtu\/heure sont rest\u00e9s les m\u00eames afin de conserver une base de comparaison similaire.<\/p>\n

         <\/p>\n

        Tout d’abord, nous avons test\u00e9 le produit, non blind\u00e9 et blind\u00e9, sur un tube nu (voir tableau 4).<\/p>\n

        Tableau 4 : \u00c9cart de temp\u00e9rature du TSTC non blind\u00e9 par rapport au TSTC non blind\u00e9 sur un tube nu<\/strong><\/p>\n\n\n\n\n
        \u00a0N\u00b0<\/strong><\/td>\n Cuisson (MMBtu\/hr)<\/strong><\/td>\nTemp\u00e9rature tube nu<\/strong><\/td>\n\u00a0<\/td>\nTemp\u00e9rature de lecture<\/strong><\/td>\nD\u00e9viation de la\u00a0<\/strong>temp\u00e9rature<\/b><\/td>\n<\/tr>\n
        \u00a01<\/td>\n\u00a06,9<\/td>\n425\u00b0C<\/td>\n\n\n\n\n\n
        TSTC non blind\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n
        TSTC blind\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n\n\n\n\n\n
        427\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
        424\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n\n\n\n\n\n\n
        -16\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
        -18\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n<\/tr>\n
        \u00a02<\/td>\n\u00a012,7<\/td>\n538\u00b0C<\/span><\/td>\n\n\n\n\n\n
        TSTC non blind\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n
        TSTC blind\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n\n\n\n\n\n
        540\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
        533\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n\n\n\n\n\n
        -16\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
        -23\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

        Les donn\u00e9es montrent que les capteurs, qu’ils soient blind\u00e9s ou non, sont pr\u00e9cis dans les limites de tol\u00e9rance des thermocouples pour un d\u00e9gagement de chaleur normal ou \u00e9lev\u00e9.<\/p>\n

        Deuxi\u00e8mement, nous avons test\u00e9 le produit, non blind\u00e9 et blind\u00e9, install\u00e9 sur une platine de raccordement (voir tableau 5).<\/p>\n

        Tableau 5 : \u00c9cart de temp\u00e9rature du TSTC non blind\u00e9 par rapport au TSTC non blind\u00e9 sur une platine de raccordement<\/strong><\/p>\n\n\n\n\n
        N\u00b0<\/strong><\/td>\nCuisson (MMBtu\/hr<\/strong><\/td>\nTemp\u00e9rature tube nu<\/strong><\/td>\n\u00a0<\/td>\nTemp\u00e9rature de lecture<\/strong><\/td>\nD\u00e9viation de la\u00a0<\/strong>temp\u00e9rature<\/b><\/td>\n<\/tr>\n
        1<\/td>\n6,9<\/td>\n425\u00b0C<\/td>\n\n\n\n\n\n
        TSTC non blind\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n
        TSTC blind\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n\n\n\n\n\n
        436\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
        437\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n\n\n\n\n\n\n
        -7\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
        -5\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n<\/tr>\n
        2<\/td>\n12,7<\/td>\n538\u00b0C<\/td>\n\n\n\n\n\n
        TSTC non blind\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n
        TSTC blind\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n\n\n\n\n\n
        553\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
        550\u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n\n\n\n\n\n
        -3\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
        -6\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

        \n\u00c0 en juger par les donn\u00e9es, le produit non blind\u00e9 et le produit blind\u00e9 affichent une temp\u00e9rature sup\u00e9rieure \u00e0 -7\u00b0C lorsqu’ils sont install\u00e9s sur une platine par rapport \u00e0 un tube nu. Il convient de mentionner que les produits particuliers utilis\u00e9s dans ces tests sont tr\u00e8s pr\u00e9cis lorsqu’ils sont install\u00e9s sur des tubes nus ; les thermocouples moins pr\u00e9cis pr\u00e9senteraient un \u00e9cart de temp\u00e9rature encore plus important, en fonction de leur conception.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

        Une platine de raccordement interm\u00e9diaire permet aux raffineries de souder de nouveaux thermocouples sur celui-ci plut\u00f4t que directement sur le tube nu du four, car des soudures r\u00e9p\u00e9t\u00e9es nuisent \u00e0 l’int\u00e9grit\u00e9 du tube. Cependant, l’utilisation de ce recouvrement de soudure affecte la pr\u00e9cision des relev\u00e9s de temp\u00e9rature. 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