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臨氫工況差壓變送器隔離膜片防氫滲透工程設計
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臨氫工況差壓變送器隔離膜片防氫滲透工程設計

時間:2021-11-29 10:42:38
摘要:在高溫高壓的臨氫工況下,會加劇加氫裝置中氫氣滲透壓力或差壓變送器隔離膜片,進入隔離液中,輕則影響變送器測量精度,重則造成變送器故障而失效。通過分析變送器故障原因,提出了提升膜片基材和膜片表面鍍金的兩種防氫滲透方法,結合國內外標準和制造商標準要求,對變送器膜片選材給出了相應的建議。該方法的實施為實現變送器測量準確,長周期穩定運行提供了參考。
 
    加氫工藝是近年來大量采用的重要的石油化工加工工藝。加氫裝置處于臨氫工況,溫度和壓力高。在該工況下,經常發生壓力或差壓變送器投用時運行正常,但一段時間后出現不明原因的故障,具體表現為精度逐漸下降,以至不能使用。將變送器拆卸校驗,表現為性能嚴重變差,不能使用。檢查變送器外觀,發現故障嚴重的膜片發生外凸。根據經驗得知,上述故障是由于變送器發生了氫滲透現象。下面重點分析發生氫滲透的原因和場合。
 
1問題及分析
1.1發生氫滲透的原因
變送器的隔離膜片為不銹鋼材質。氫通常以氫分子形式存在,正常情況下,氫分子因尺寸大不能穿透隔離膜片的晶格結構,而當氫分子分裂成2個氫離子時,則氫離子因尺寸小則能夠穿透隔離膜片的晶格結構。當到達隔離膜片的另一側時,氫離子重組為氫分子。同樣,由于氫分子尺寸大無法穿透隔離膜片返回,會被困在變送器的填充液中,氫分子將逐漸溶解于填充液中,隨著時間的推移,填充液飽和并會形成氫氣泡。氫氣泡會破壞壓力輸入和輸出之間的對應關系,降低變送器的性能。在嚴重情況下,氫氣泡可以積聚足夠的體積迫使隔離膜片向外膨脹;在極端情況下,隔離膜片開裂,填充液通過裂紋,泄漏到工藝介質中,導致變送器完全失效。氫滲透示意如圖1所示。
氫滲透示意
1.2發生氫滲透的場合
在加氫裝置臨氫工況下,高溫或高壓時氫分子互相碰撞和變形破裂,氫分子分裂為氫離子,會出現氫滲透現象。
 
2防氫滲透方法
防氫滲透有以下幾種方法:
1)提升膜片基材。
奧氏體不銹鋼是受氫滲透影響非常小的材料,316不銹鋼是首選的基材。鎳基材質,例如哈氏合金C276和蒙乃爾合金,雖然抗腐蝕性比316不銹鋼更好,但是其晶格結構松散,應避免使用。鉭材質抗腐蝕性比316不銹鋼更好,但容易發生氫脆,因此也應避免使用。
2)膜片表面鍍金。
膜片鍍金應首選在面向工藝介質側鍍金,更有利于防氫滲透。但遠傳密封系統隔離膜片在填充液側鍍金,這樣可以防止鍍金層在運輸或安裝過程中受損。標準變送器膜片在工藝介質側鍍金,膜片在變送器容室內,在運輸或安裝過程中鍍金層不會受損。標準變送器膜片或遠傳密封系統隔離膜片鍍金層厚度通常為3μm。膜片鍍金如圖2所示。
膜片鍍金示意
3、防氫滲透方案選擇
目前國內還沒有防止氫滲透的相關標準。美國標準APIRP551《工藝測量》中要求首選不銹鋼作為膜片基材,在下列情況下考慮膜片鍍金:濕硫化氫環境;腐蝕環境中的氫氣;氫分壓不小于621kPa;當氫氣存在時溫度不小于43℃。
1)防止氫滲透有以下建議:不使用電鍍材質(例如鉻)或鍍鋅元件;變送器本體法蘭、閥組和管件應為不銹鋼;變送器過程連接接口朝下,以避免濕氣體積聚在膜片上;延長引壓管線長度,使介質溫度下降至環境溫度;使用遮陽罩以降低變送器周圍的環境溫度。
2)石化行業主流變送器制造商對膜片鍍金的工況有以下兩種推薦做法:
a)根據工藝介質的氫氣純度、溫度、壓力綜合判斷,某制造商膜片鍍金溫壓曲線如圖3所示。
推薦的膜片鍍金溫壓曲線
b)氫氣工況下溫度大于180℃或壓力大于2MPa。
3)筆者建議選擇316不銹鋼作為變送器膜片基材,在下列情況下,在基材表面鍍金:臨氫工況且氫分壓不小于621kPa;臨氫工況且介質溫度不小于43℃。
 
4)其他注意事項:變送器本體法蘭、閥組和管件材質選擇316不銹鋼;不使用電鍍材質(例如鉻)或鍍鋅元件;變送器過程連接接口朝下,避免濕氣體積聚在膜片上;降低變送器周圍的環境溫度,例如使用遮陽罩。
 
4結束語
在加氫裝置工程設計中,應把工況進行分類分析,根據工況決定變送器隔離膜片是否需要鍍金,既保證變送器準確測量,長周期有效工作,滿足工藝裝置長周期安全穩定運行的目標,也能防止隔離膜片全部鍍金,造成浪費。
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