您好, 歡迎來到化工儀器網
壓力變送器的選型及應用—氫脆
壓力變送器的選型及應用—氫脆
隨著石油化工產業的發展，特別是煤化工及其下游產業的發展，越來越多的工藝過程含有制氫、加氫裝置，且這些裝置的特點大多是化學反應過程含有高溫、高壓及高濃度的氫氣。在這些裝置的設計過程中，設計人員往往重點關注氫對設備材料的影響，而容易忽略氫對過程檢測儀表的影響，特別是對壓力變送器的影響。
目前壓力變送器膜片的材質大多為316L、哈氏合金等，通過已投用項目的反饋，普通膜片材質(如316L)的壓力變送器，在含有氫氣介質的工藝裝置上使用一段時間后，會出現輸出不穩定、零點漂移等現象，有的甚至出現膜片鼓包、破裂等 。造成這些現象的原因主要是金屬膜片由于氫滲透而產生的“氫脆”現象。
因此，在儀表設計選型的過程中除了按照相關規范選型外，還應考慮氫脆對壓力變送器的影響，提高所選儀表運行的穩定性，保證裝置的安全、平穩運行。
Q1.氫脆現象
氫脆是指在金屬中發生的一些過程，這些過程導致金屬的承載能力因氫的出現而下降。但由于材料性能、加工工藝、環境、受力狀態不同，各種現象有較大差異。
根據引起氫脆的氫的來源不同，氫脆可分成兩大類：內部氫脆，它是由于金屬材料在冶煉、鍛造、焊接或電鍍、酸洗過程中吸收了過量的氫氣而造成的；環境氫脆，它是在應力和氫氣或其他含氫介質的聯合作用下引起的一種脆性斷裂，如儲氫的壓力容器中出現的高壓氫脆。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境氫脆，主要是在氫環境下，氫氣分子在物理及化學作用下以氫原子的形式滲透變送器膜片而產生的氫脆。
Q2.氫氣滲透壓力變送器膜片過程
氫氣雖然沒有腐蝕作用，但是有*的滲透能力，即使在大氣環境中氫也會以各種途徑進入金屬材料的晶格中，若在高溫、高壓和高濃度協同作用下，則會大幅加速氫的滲透能力。壓力變送器中與介質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象主要表現在膜片上。
正常狀態下氫氣是以分子狀態存在的，氫氣分子不易滲透膜片，但當氫氣變為氫原子后，因為氫原子半徑很小，只有0．46 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，透過金屬膜片的氫分子不會再透過膜片擴散回去。當透過金屬膜片的氫氣慢慢聚集后，變送器內腔的壓力會逐漸增大，達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，產生零點漂移甚至壞損。
Q3. 環境氫脆下壓力變送器的選型
針對以上各種引發壓力變送器膜片環境氫脆的原因，在壓力變送器的選型過程中應結合具體的情況選擇合適的壓力變送器，特別是在膜片材質的選擇、變送器的安裝方式以及安裝材料的選擇方面采取相應的措施。
1)測量介質為氫氣(氫氣體積分數在70 ～100 ，溫度在90~200℃)時，壓力變送器的膜片
可選用鍍金膜片 。因為金具有較密的晶格結構，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)測量介質為高溫蒸汽時，壓力變送器在安裝時導壓管線中需增加冷凝容器，增加冷凝容器后實際與壓力變送器接觸的介質不再是高溫蒸汽。因此，在壓力變送器的選型過程中選用常規的膜片材質即可，如316L。
在壓力變送器的選型設計過程中，除了需按照相關的規范選擇壓力變送器外，還應考慮所測工藝介質是否會引發壓力變送器膜片產生氫脆現象，并根據介質的情況，從壓力變送器膜片材質的選擇、安置方式的選擇，安裝材料的選擇等方面采取相應的措施，確保所選壓力變送器能夠滿足測量的要求并能夠長期穩定運行。
針對這一現象，STS 多年來為巴斯夫、道達爾，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，研發和應用保駕護航。