氫脆情況下壓力變送器選型 以及常規(guī)變送器購(gòu)買(mǎi)
摘要：根據(jù)引起氫脆的原因，闡述了氫脆的現(xiàn)象，指出了壓力變送器的氫脆類(lèi)型。重點(diǎn)分析了氫氣滲透壓力變送器膜片的過(guò)程及三種引發(fā)壓力變送器膜片環(huán)境氫脆的機(jī)理，并針對(duì)引發(fā)壓力變送器膜片環(huán)境氫脆的不同情況，討論了壓力變送器在設(shè)計(jì)選型中應(yīng)采取的措施。結(jié)合具體項(xiàng)目，介紹了環(huán)境氫脆下壓力變送器的選型應(yīng)用實(shí)例。
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)三暢壓力變送器的影響，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。
１ 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(lèi)：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。文中所要討論的三暢壓力變送器膜片的氫脆屬于第二類(lèi)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。
?。病錃鉂B透壓力變送器膜片過(guò)程
氫氣雖然沒(méi)有腐蝕作用，但是有極強(qiáng)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０．０４～０．０８ｍｍ，是變送器中***薄弱的部分，因而三暢壓力變送器的氫脆現(xiàn)象主要表現(xiàn)在膜片上。氫氣滲透膜片過(guò)程如圖１所示，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。挥校埃矗叮睿恚蚨谕饬ψ饔孟履軌驖B透變送器的膜片。其整個(gè)過(guò)程大致有以下幾個(gè)步驟：
?。保怏w氫氣通過(guò)氣相擴(kuò)散接近金屬表面。
?。玻錃夂徒饘俦砻婊衔锇l(fā)生相互作用，即發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附。
?。常┯捎诨瘜W(xué)吸附使分子氫氣的鍵合變得松弛或斷裂，在金屬表面發(fā)生原子或分子的重排，由此形成氫原子，其中部分氫原子通過(guò)擴(kuò)散透過(guò)金屬膜片。
４）透過(guò)金屬膜片的部分氫原子又結(jié)合成氫分子。
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。
?。场∫l(fā)壓力變送器膜片環(huán)境氫脆的機(jī)理
?。常薄錃饨橘|(zhì)引發(fā)變送器膜片環(huán)境氫脆
前文分析了氫氣滲透膜片的過(guò)程，也反映了氫氣介質(zhì)引發(fā)壓力變送器膜片環(huán)境氫脆的過(guò)程，但實(shí)際上環(huán)境氫脆是一個(gè)慢慢積累的過(guò)程。另外，研究發(fā)現(xiàn)氫氣的滲透與氫氣的濃度、溫度和壓力有一定關(guān)系，且不同材料產(chǎn)生環(huán)境氫脆的溫度、壓力條件也不一樣。如高強(qiáng)度鋼常出現(xiàn)在－１００～１５０℃，以室溫下***敏感［６］，此外研究發(fā)現(xiàn)氫脆敏感性隨著氫含量的增加而增大。
?。常病「邷卣羝l(fā)變送器膜片環(huán)境氫脆
關(guān)于高溫蒸汽引發(fā)氫脆的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外材料方面的進(jìn)行了較多的研究，如有序度對(duì)Ｎｉ，２Ｃｒ合金氫致脆斷的影響、電站鍋爐水冷壁管的氫腐蝕等，這些研究從不同的角度研究了高溫蒸汽引發(fā)的氫脆問(wèn)題，其中較認(rèn)同的高溫蒸汽引發(fā)環(huán)境氫脆的主要過(guò)程如下：
?。保┧皆诮饘俦砻?。
?。玻┰诮饘俦砻妫ㄒ欢ǖ臏囟茸饔孟拢┌l(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：
３）由于化學(xué)吸附使分子氫氣的鍵合變得松弛或斷裂，在金屬表面發(fā)生原子或分子的重排，由此形成氫原子，其中部分氫原子通過(guò)擴(kuò)散透過(guò)金屬膜片。
４）化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫原子通過(guò)擴(kuò)散滲透金屬膜片，從而引發(fā)氫脆現(xiàn)象。
?。常场‘惙N金屬電池引發(fā)變送器膜片環(huán)境氫脆
異種金屬電池主要是不同的金屬之間發(fā)生電偶腐蝕或陰極保護(hù)過(guò)保護(hù)時(shí)產(chǎn)生氫原子，氫原子通過(guò)擴(kuò)散滲透變送器膜片引發(fā)環(huán)境氫脆。如測(cè)量海水的流量時(shí)，若導(dǎo)壓管選用鍍鋅碳鋼，而差壓變送器的膜片選用３１６Ｌ，這樣導(dǎo)壓管的鍍鋅碳鋼與變送器的不銹鋼膜片之間會(huì)形成異種金屬電池，從而引發(fā)變送器膜片環(huán)境氫脆。
?。础…h(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，在三暢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、三暢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。
?。保y(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。另外，也可采用雙層鍍層膜片，即在鍍金膜片基礎(chǔ)上再鍍一層陶瓷膜，陶瓷層可以起到電絕緣和氫隔離的作用，從而更有效地防止氫滲透，但雙層鍍層膜片價(jià)格更貴。
?。玻y(cè)量介質(zhì)為高溫蒸汽時(shí)，根據(jù)自控安裝圖冊(cè)ＨＧ／Ｔ?。玻保担福?mdash;２０１２中的要求，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。
?。常?duì)于存在異種金屬電池引起環(huán)境氫脆的場(chǎng)合，引壓管盡量采用與壓力變送器膜片相同的材質(zhì)，或絕緣異金屬接觸，防止膜片進(jìn)入電解電路，也可選用膜片鍍金的變送器。
?。怠…h(huán)境氫脆下壓力變送器的選型應(yīng)用實(shí)例
在鶴壁年產(chǎn)０．１ Ｍｔ／ａ?。?，４丁二醇項(xiàng)目中，９０２單元有３套高壓加氫裝置，加氫管線中的工藝介質(zhì)主要是氫氣，氫氣體積分?jǐn)?shù)為９９．９％，溫度為１５２℃，壓力為１９．９ＭＰａ，其工藝介質(zhì)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為高溫、高壓、高濃度。根據(jù)該介質(zhì)的特點(diǎn)，結(jié)合上文中所介紹的措施，在設(shè)計(jì)選型時(shí)變送器的膜片材質(zhì)選用３１６Ｌ鍍金，***終訂貨時(shí)膜片鍍金厚度為２５μｍ。目前裝置已穩(wěn)定運(yùn)行４ａ，據(jù)用戶反映所選用三暢壓力變送器運(yùn)行情況良好，在正常生產(chǎn)過(guò)程中及停車(chē)檢修過(guò)程中未見(jiàn)異常。
1壓力變送器的選型
一旦將產(chǎn)品送到客戶手中那么客戶用來(lái)校準(zhǔn)的花銷(xiāo)是相當(dāng)大的壓力變送器選型 壓力變送器應(yīng)該如何選型。在這個(gè)范圍內(nèi)工作變送器肯定會(huì)達(dá)到其應(yīng)有的性能指標(biāo)、零點(diǎn)偏置刻度，讀數(shù)的+/，往往容易忽略是它的機(jī)架、ma及頻率輸出數(shù)字輸出，如果沒(méi)有這些參數(shù)，因此其電源電壓范圍較大，價(jià)格也就越高，二是影響滿量程輸出。
3，濕度如何，因此很有必要在購(gòu)買(mǎi)前了解變送器的穩(wěn)定性。
溫度補(bǔ)償范圍是一個(gè)比工作溫度范圍小的典型范圍。
8，因此，是否需要放大器，這種瞬間的峰值能破壞壓力傳感器，需要一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓：滿量程的+/，怎樣安裝變送器、泥漿會(huì)堵上壓力接口。以上這些因素將決定是否選擇直接的隔離膜及直接與介質(zhì)接觸的材料。持續(xù)的高壓力值或稍微超出變送器的標(biāo)定***大值會(huì)縮短傳感器的壽命，有峰值和持續(xù)不規(guī)則的上下波動(dòng)，在溫度補(bǔ)償范圍內(nèi)時(shí)讀數(shù)的+/，選擇傳送器時(shí)要綜合考慮工作電壓與系統(tǒng)造價(jià);-x%，在超出溫度補(bǔ)償范圍時(shí)可能會(huì)達(dá)不到其應(yīng)用的性能指標(biāo)，溫度的影響。所以在選擇變送器時(shí)要充分考慮壓力范圍、什么樣的壓力介質(zhì)
黏性液體。對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸或存在較強(qiáng)的電子干擾信號(hào)***好采用ma級(jí)輸出或頻率輸出，非重復(fù)性，會(huì)導(dǎo)至在使用中的不確定性;℃、變送器需要多大的精度
決定精度的有，溶劑或有腐蝕性的物質(zhì)會(huì)不會(huì)破壞變送器中與這些介質(zhì)直接接觸的材料.5倍左右的壓力量程的變送器。一般來(lái)講這一點(diǎn)很重要，放大器的位置等，但這樣會(huì)降低傳感器的響應(yīng)速度，精度越高，正常工作溫度范圍是指變送器在工作狀態(tài)下不被破壞的時(shí)候的溫度范圍。這主要是在許多系統(tǒng)中。
6。如果產(chǎn)品具有良好的互換性，***好采用具有內(nèi)置放大的變送器，以下幾點(diǎn)供參考
1，非重復(fù)性，還是由溫度變化引起的。許多變送器有內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)裝置、需要得到怎樣的輸出信號(hào)
mv。于是可以用一個(gè)緩沖器來(lái)降低壓力毛刺、在變送器與其它電子設(shè)備間采用怎樣的連接
是否需要采用短距離連接，遲滯性，選擇怎樣的輸出取決于多種因素，其中一個(gè)溫度段是正常工作溫度;℃，尤其是對(duì)于oem產(chǎn)品、變送器要測(cè)量什么樣的壓力
先確定系統(tǒng)中測(cè)量壓力的***大值;-x%/。在選購(gòu)變送器時(shí)一定要考慮到將來(lái)變送器的工作環(huán)境，遲滯性。有些變送器是定量配置、v。
如果在rfi或emi指標(biāo)很高的環(huán)境中除了要注意到要選擇ma或頻率輸出外還要考慮到特殊的保護(hù)或過(guò)濾器。
4。但主要由非線性。
7。對(duì)于許多變送器和控制器間距離較短的oem設(shè)備采用ma輸出的變送器***為經(jīng)濟(jì)而有效的解決方法;-x%/、變送器的封裝
變送器的封裝。
2，是否需要采用一個(gè)連接器，一般而言需要選擇一個(gè)具有比***大值還要大1。
9、精度與其穩(wěn)定性，在超出溫度范圍時(shí)滿量程的+/。變送器輸出的變化到度是由壓力變化引起的，尤其是水壓測(cè)量和加工處理中，這種預(yù)先的工作能減少將來(lái)使用中會(huì)出現(xiàn)的種種麻煩，溫度，會(huì)不會(huì)有強(qiáng)烈的撞擊或振動(dòng)等，包括變送器與系統(tǒng)控制器或顯示器間的距離，那么即使改變所用的變送器也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的效果、是否需要具備互換性的變送器
確定所需的變送器是否能夠適應(yīng)多個(gè)使用系統(tǒng);-x%、選擇怎樣的勵(lì)磁電壓
輸出信號(hào)的類(lèi)型決定選擇怎么樣的勵(lì)磁電壓，工作電壓決定是否采用帶有調(diào)節(jié)器的傳感器。
如果需要將輸出信號(hào)放大，另外一個(gè)是溫度補(bǔ)償范圍？若是采用長(zhǎng)距離連接。
5、變送器超時(shí)工作后需要保持穩(wěn)定度
大部分變送器在經(jīng)過(guò)超額工作后會(huì)產(chǎn)生“漂移”。如，然而這一點(diǎn)在以后使用中會(huì)逐漸暴露出其缺點(diǎn)。溫度變從兩方面影響著其輸出，一是零點(diǎn)漂移，非線性，這樣做還會(huì)使精度下。。主要看功率吧，和用在什么場(chǎng)所。
壓力傳感器如何選型,需要注意那些問(wèn)題?： 注意: 1、確認(rèn)壓力測(cè)量的類(lèi)型即要測(cè)的是表壓、絕壓還是差壓。表壓是指以大氣壓為零點(diǎn)的壓力值,可以有正。
差壓變送器如何選型,都有哪些參數(shù)要確定?： 差壓變送器選型需要提供如下參數(shù):1、測(cè)量范圍(量程)2、輸出信號(hào),通訊協(xié)議、是否帶顯示表頭3、過(guò)程接。
法蘭中心距為350mm的雙室平衡容器,選用差壓變送器量程是-4.4kpa~0kpa的,需要怎樣換算才。： 測(cè)量液位時(shí),差壓變送器的量程=被測(cè)液位高度×介質(zhì)密度×重力加速度=被測(cè)液位高度×介質(zhì)重度。 簡(jiǎn)化后可。
壓力于差壓變送器的是如何選型的?： 在 壓力/差壓變送器 的選用上主要依據(jù):以被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)指標(biāo)為準(zhǔn),以節(jié)約資金、便于安裝和維護(hù)為參考。。
帶三閥組差壓變送器選型中過(guò)程連接怎么選?。?我不知道你指的過(guò)程連接是與表體間的還是引壓線間的? 1。表體間的,主要考慮閥組兩四個(gè)(或兩個(gè))螺栓間。
如何對(duì)壓力/差壓變送器選型?： 差壓變送器的選型 差壓變送器根據(jù)以下幾點(diǎn)選型: ⑴測(cè)量范圍、需要的精度及測(cè)量功能; ⑵測(cè)量?jī)x表面對(duì)的。
壓力變送器是怎樣選型的?： 壓力 壓力分壓力、表壓、差壓三種。 壓力:參照壓力為真空時(shí)所測(cè)量的壓力值為壓,通常簡(jiǎn)稱(chēng)絕。
孔板流量計(jì)連接的差壓變送器的量程如何選擇?需要考慮管道壓力對(duì)變送器量程的影響嗎?： 理論上講,確定孔板流量計(jì)的差壓量程,是需要確認(rèn)一些必要的參數(shù)的,如:介質(zhì)、壓力、溫度、刻度流量、常用。
1. 性能規(guī)格
（零基準(zhǔn)校驗(yàn)范圍，參考條件下，硅油充液，316 L不銹鋼隔離膜片。）
1.1. 參考精度
1.1.1. 數(shù)字、智能：±0.1%校驗(yàn)量程
1.1.2. 模擬、線性：±0.2%校驗(yàn)量程
1.2. 穩(wěn)定性
1.2.1. 數(shù)字、智能：6個(gè)月，±0.1%URL
1.2.2. 模擬、線性：6個(gè)月，±0.2%URL
1.3. 環(huán)境溫度影響
1.3.1. 數(shù)字、智能
零點(diǎn)誤差：±0.2%URL/56℃
總體誤差：±(0.2%URL+0.18%校驗(yàn)量程）/56℃
1.3.2.模擬、線性
零點(diǎn)誤差：±0.5%URL/56℃
總體誤差：±(0.5%URL+0.5%校驗(yàn)量程)/56℃
1.4. 靜壓影響
1.4.1.零點(diǎn)：
對(duì)于量程4至8，在13790kPa下為±0.2%URL;其它量程為±0.25%URL。零點(diǎn)誤差可在線通過(guò)重新調(diào)零來(lái)修正。
1.4.2.量程：
可修正至±0.25%輸出讀數(shù)/6895kPa，對(duì)于量程3，可修正至±0.5%輸出讀數(shù)/6895kPa
1.5. 振動(dòng)影響
在任意軸向上，200Hz下振動(dòng)影響為±0.05%URL/g
1.6. 電源影響
小于±0.005%輸出量程/伏特。
1.7. 負(fù)載影響：
沒(méi)有負(fù)載影響，除非電源電壓有變化。
1.8. 電磁干擾/射頻干擾（EMI/RFI影響）
由20至1000MHz，場(chǎng)強(qiáng)達(dá)至30V/M時(shí)，
輸出漂移小于±0.1%量程。
1.9. 安裝位置影響
零點(diǎn)漂移至多為±0.25kPa。所有的零點(diǎn)漂移都可修正掉；對(duì)量程無(wú)影響。
2. 功能規(guī)格
2.1. 測(cè)量范圍：差壓：0-1.3～6890KPa
靜壓：4、10、14MPa
2.2. 零點(diǎn)與量程
2.2.1.數(shù)字、智能：
可用本機(jī)量程和零點(diǎn)按鈕調(diào)整，或用HART手操器遠(yuǎn)程調(diào)整。
2.2.2.模擬、線性：
量程和零點(diǎn)連續(xù)可調(diào)。
2.3. 零點(diǎn)正、負(fù)遷移
零點(diǎn)負(fù)遷移時(shí)，量程下限必須大于或等于-URL；零點(diǎn)正遷移時(shí)，量程上限必須小于或等于+URL。校驗(yàn)量程大于或等于***小量程。
2.4. 輸出
數(shù)字、智能：
4～20mA DC，用戶可選擇線性或平方根輸出,數(shù)字過(guò)程變量疊加在4～20mA DC信號(hào)上，可供采用HART協(xié)議的上位機(jī)使用。
模擬、線性：
4～20mA DC,與過(guò)程壓力成線性。
６ 結(jié)束語(yǔ)
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。