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壓力變送器的選型及應(yīng)用—?dú)浯?/h3>
閱讀：2280 發(fā)布時(shí)間：2020-11-6
壓力變送器的選型及應(yīng)用—氫脆
隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是煤化工及其下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的工藝過(guò)程含有制氫、加氫裝置，且這些裝置的特點(diǎn)大多是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程含有高溫、高壓及高濃度的氫氣。在這些裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員往往重點(diǎn)關(guān)注氫對(duì)設(shè)備材料的影響，而容易忽略氫對(duì)過(guò)程檢測(cè)儀表的影響，特別是對(duì)壓力變送器的影響。
目前壓力變送器膜片的材質(zhì)大多為316L、哈氏合金等，通過(guò)已投用項(xiàng)目的反饋，普通膜片材質(zhì)(如316L)的壓力變送器，在含有氫氣介質(zhì)的工藝裝置上使用一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定、零點(diǎn)漂移等現(xiàn)象，有的甚至出現(xiàn)膜片鼓包、破裂等 。造成這些現(xiàn)象的原因主要是金屬膜片由于氫滲透而產(chǎn)生的“氫脆”現(xiàn)象。
因此，在儀表設(shè)計(jì)選型的過(guò)程中除了按照相關(guān)規(guī)范選型外，還應(yīng)考慮氫脆對(duì)壓力變送器的影響，提高所選儀表運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
Q1.氫脆現(xiàn)象
氫脆是指在金屬中發(fā)生的一些過(guò)程，這些過(guò)程導(dǎo)致金屬的承載能力因氫的出現(xiàn)而下降。但由于材料性能、加工工藝、環(huán)境、受力狀態(tài)不同，各種現(xiàn)象有較大差異。
根據(jù)引起氫脆的氫的來(lái)源不同，氫脆可分成兩大類：內(nèi)部氫脆，它是由于金屬材料在冶煉、鍛造、焊接或電鍍、酸洗過(guò)程中吸收了過(guò)量的氫氣而造成的；環(huán)境氫脆，它是在應(yīng)力和氫氣或其他含氫介質(zhì)的聯(lián)合作用下引起的一種脆性斷裂，如儲(chǔ)氫的壓力容器中出現(xiàn)的高壓氫脆。文中所要討論的壓力變送器膜片的氫脆屬于第二類氫脆即環(huán)境氫脆，主要是在氫環(huán)境下，氫氣分子在物理及化學(xué)作用下以氫原子的形式滲透變送器膜片而產(chǎn)生的氫脆。
Q2.氫氣滲透壓力變送器膜片過(guò)程
氫氣雖然沒(méi)有腐蝕作用，但是有*的滲透能力，即使在大氣環(huán)境中氫也會(huì)以各種途徑進(jìn)入金屬材料的晶格中，若在高溫、高壓和高濃度協(xié)同作用下，則會(huì)大幅加速氫的滲透能力。壓力變送器中與介質(zhì)接觸的部分主要是膜片，通常膜片的厚度只有0．O4～O．08 illm，是變送器中bao薄弱的部分，因而壓力變送器的氫脆現(xiàn)象主要表現(xiàn)在膜片上。
正常狀態(tài)下氫氣是以分子狀態(tài)存在的，氫氣分子不易滲透膜片，但當(dāng)氫氣變?yōu)闅湓雍?，因?yàn)闅湓影霃胶苄。挥?．46 nm，因而在外力作用下能夠滲透變送器的膜片。
由于氫分子比氫原子大得多，透過(guò)金屬膜片的氫分子不會(huì)再透過(guò)膜片擴(kuò)散回去。當(dāng)透過(guò)金屬膜片的氫氣慢慢聚集后，變送器內(nèi)腔的壓力會(huì)逐漸增大，達(dá)到一定壓力后使膜片外鼓變形直至破裂，造成變送器輸出不穩(wěn)，產(chǎn)生零點(diǎn)漂移甚至壞損。
Q3. 環(huán)境氫脆下壓力變送器的選型
針對(duì)以上各種引發(fā)壓力變送器膜片環(huán)境氫脆的原因，在壓力變送器的選型過(guò)程中應(yīng)結(jié)合具體的情況選擇合適的壓力變送器，特別是在膜片材質(zhì)的選擇、變送器的安裝方式以及安裝材料的選擇方面采取相應(yīng)的措施。
1)測(cè)量介質(zhì)為氫氣(氫氣體積分?jǐn)?shù)在70 ～100 ，溫度在90~200℃)時(shí)，壓力變送器的膜片
可選用鍍金膜片 。因?yàn)榻鹁哂休^密的晶格結(jié)構(gòu)，氫原子不易滲透，研究表明選用316L鍍金膜片的氫滲透量為非鍍金316L膜片滲透量的0．01～0．02倍lg]。
2)測(cè)量介質(zhì)為高溫蒸汽時(shí)，壓力變送器在安裝時(shí)導(dǎo)壓管線中需增加冷凝容器，增加冷凝容器后實(shí)際與壓力變送器接觸的介質(zhì)不再是高溫蒸汽。因此，在壓力變送器的選型過(guò)程中選用常規(guī)的膜片材質(zhì)即可，如316L。
在壓力變送器的選型設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了需按照相關(guān)的規(guī)范選擇壓力變送器外，還應(yīng)考慮所測(cè)工藝介質(zhì)是否會(huì)引發(fā)壓力變送器膜片產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，并根據(jù)介質(zhì)的情況，從壓力變送器膜片材質(zhì)的選擇、安置方式的選擇，安裝材料的選擇等方面采取相應(yīng)的措施，確保所選壓力變送器能夠滿足測(cè)量的要求并能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
針對(duì)這一現(xiàn)象，STS 多年來(lái)為巴斯夫、道達(dá)爾，賀爾碧格，中科院等單位提供鍍金膜片壓力變送器，為氫氣的生產(chǎn)，研發(fā)和應(yīng)用保駕護(hù)航。
壓力變送器的選型及應(yīng)用—氫脆
隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是煤化工及其下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的工藝過(guò)程含有制氫、加氫裝置，且這些裝置的特點(diǎn)大多是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程含有高溫、高壓及高濃度的氫氣。在這些裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員往往重點(diǎn)關(guān)注氫對(duì)設(shè)備材料的影響，而容易忽略氫對(duì)過(guò)程檢測(cè)儀表的影響，特別是對(duì)壓力變送器的影響。
目前壓力變送器膜片的材質(zhì)大多為316L、哈氏合金等，通過(guò)已投用項(xiàng)目的反饋，普通膜片材質(zhì)(如316L)的壓力變送器，在含有氫氣介質(zhì)的工藝裝置上使用一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定、零點(diǎn)漂移等現(xiàn)象，有的甚至出現(xiàn)膜片鼓包、破裂等 。造成這些現(xiàn)象的原因主要是金屬膜片由于氫滲透而產(chǎn)生的“氫脆”現(xiàn)象。
因此，在儀表設(shè)計(jì)選型的過(guò)程中除了按照相關(guān)規(guī)范選型外，還應(yīng)考慮氫脆對(duì)壓力變送器的影響，提高所選儀表運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
Q1.氫脆現(xiàn)象
氫脆是指在金屬中發(fā)生的一些過(guò)程，這些過(guò)程導(dǎo)致金屬的承載能力因氫的出現(xiàn)而下降。但由于材料性能、加工工藝、環(huán)境、受力狀態(tài)不同，各種現(xiàn)象有較大差異。
根據(jù)引起氫脆的氫的來(lái)源不同，氫脆可分成兩大類：內(nèi)部氫脆，它是由于金屬材料在冶煉、鍛造、焊接或電鍍、酸洗過(guò)程中吸收了過(guò)量的氫氣而造成的；環(huán)境氫脆，它是在應(yīng)力和氫氣或其他含氫介質(zhì)的聯(lián)合作用下引起的一種脆性斷裂，如儲(chǔ)氫的壓力容器中出現(xiàn)的高壓氫脆。文中所要討論的壓力變送器膜片的氫脆屬于第二類氫脆即環(huán)境氫脆，主要是在氫環(huán)境下，氫氣分子在物理及化學(xué)作用下以氫原子的形式滲透變送器膜片而產(chǎn)生的氫脆。
Q2.氫氣滲透壓力變送器膜片過(guò)程
氫氣雖然沒(méi)有腐蝕作用，但是有*的滲透能力，即使在大氣環(huán)境中氫也會(huì)以各種途徑進(jìn)入金屬材料的晶格中，若在高溫、高壓和高濃度協(xié)同作用下，則會(huì)大幅加速氫的滲透能力。壓力變送器中與介質(zhì)接觸的部分主要是膜片，通常膜片的厚度只有0．O4～O．08 illm，是變送器中bao薄弱的部分，因而壓力變送器的氫脆現(xiàn)象主要表現(xiàn)在膜片上。
正常狀態(tài)下氫氣是以分子狀態(tài)存在的，氫氣分子不易滲透膜片，但當(dāng)氫氣變?yōu)闅湓雍?，因?yàn)闅湓影霃胶苄。挥?．46 nm，因而在外力作用下能夠滲透變送器的膜片。
由于氫分子比氫原子大得多，透過(guò)金屬膜片的氫分子不會(huì)再透過(guò)膜片擴(kuò)散回去。當(dāng)透過(guò)金屬膜片的氫氣慢慢聚集后，變送器內(nèi)腔的壓力會(huì)逐漸增大，達(dá)到一定壓力后使膜片外鼓變形直至破裂，造成變送器輸出不穩(wěn)，產(chǎn)生零點(diǎn)漂移甚至壞損。
Q3. 環(huán)境氫脆下壓力變送器的選型
針對(duì)以上各種引發(fā)壓力變送器膜片環(huán)境氫脆的原因，在壓力變送器的選型過(guò)程中應(yīng)結(jié)合具體的情況選擇合適的壓力變送器，特別是在膜片材質(zhì)的選擇、變送器的安裝方式以及安裝材料的選擇方面采取相應(yīng)的措施。
1)測(cè)量介質(zhì)為氫氣(氫氣體積分?jǐn)?shù)在70 ～100 ，溫度在90~200℃)時(shí)，壓力變送器的膜片
可選用鍍金膜片 。因?yàn)榻鹁哂休^密的晶格結(jié)構(gòu)，氫原子不易滲透，研究表明選用316L鍍金膜片的氫滲透量為非鍍金316L膜片滲透量的0．01～0．02倍lg]。
2)測(cè)量介質(zhì)為高溫蒸汽時(shí)，壓力變送器在安裝時(shí)導(dǎo)壓管線中需增加冷凝容器，增加冷凝容器后實(shí)際與壓力變送器接觸的介質(zhì)不再是高溫蒸汽。因此，在壓力變送器的選型過(guò)程中選用常規(guī)的膜片材質(zhì)即可，如316L。
在壓力變送器的選型設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了需按照相關(guān)的規(guī)范選擇壓力變送器外，還應(yīng)考慮所測(cè)工藝介質(zhì)是否會(huì)引發(fā)壓力變送器膜片產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，并根據(jù)介質(zhì)的情況，從壓力變送器膜片材質(zhì)的選擇、安置方式的選擇，安裝材料的選擇等方面采取相應(yīng)的措施，確保所選壓力變送器能夠滿足測(cè)量的要求并能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
針對(duì)這一現(xiàn)象，STS 多年來(lái)為巴斯夫、道達(dá)爾，賀爾碧格，中科院等單位提供鍍金膜片壓力變送器，為氫氣的生產(chǎn)，研發(fā)和應(yīng)用保駕護(hù)航。