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双法兰差压变送器膜片失效阐发及办法
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双法兰差压变送器膜片失效阐发及办法

时间:2020-11-09 15:18:33

 摘  要:针对双法兰差压变送器膜片故障失效情况,进行检测及腐蚀阐发。阐发成果注解:膜片故障失效是氢离子应力腐蚀开裂所致,膜片质量缺陷是导致双法兰差压变送器故障的直接原因。通过阐发提出建议办法,为同类双法兰差压变送器预防腐蚀失效提供借鉴。up6雷竞技平台_差压变送器_液位变送器_温度变送器

 
油气处理站的油气分离装置或是原油储罐、污水(含油污水)储罐上,设计使用较多的液位测量仪表大多选用双法兰差压变送器。双法兰差压变送器非常大特点是其可以避免被测介质通过引压管对测量造成的影响,因而测量精度较高,并且安装和日常维护工作量少。但在某油气处理站污水储罐多次呈现双法兰差压变送器膜片故障失效,导致仪表测量不准确,隐患处理及时,未引发储罐变乱。 
 
1  使用工况 
某油气处理站双法兰差压变送器大多使用在缓冲水罐、收油罐、滤后水罐以及除油罐上。这些储罐操作温度在 40℃~90℃,操作压力在 0.2MPa~1.41MPa,介质多为污水或含油污水,矿化度较高(Cl-约 104mg/L 摆布),含硫(非常高可达31.25%)。 
 
2  工作原理 
如图 1 所示,输入压力作用在连接法兰上的密封膜片10 上将压力传给测量元件,测量元件测量到的差压经密封膜片 6 和内充液 7 传送给硅压力传感器 3。密封膜片随不同的差压值产生不同程度的变形,粘贴在测量膜片上的四个电桥电路中的压电电阻随之改变阻值,使电桥输出电压变化和被测的差压成比值关系。 
双法兰差压变送器布局原理图
当压力超过测量极限时过压庇护膜片 5 产生变形,直到一侧的密封膜片贴到测量单元 4 内壁上,以庇护硅压力传感器避免过压损坏。
 
3  故障概况 
经查抄站内收油罐测量液位的一台单法兰差压变送器,以及缓冲水罐的一台双法兰差压变送器膜片均发生了鼓包(两台差压液位计同属一个厂家,膜片材质为哈氏合金C276),如下图 2 所示;且鼓包有弹性,而膜片表面未见明显腐蚀陈迹。采用钢针将差压变送器膜片刺穿,有无色无味气体逸出,判定膜片鼓包为内腔气体所致。
发生鼓包的双法兰膜片
4  故障失效阐发 
4.1  查验阐发 
4.1.1  膜片测厚 
使用超声波测厚仪(测量精度 0.01μm)对 3 台法兰膜片壁厚进行测量,成果如表 1 所示。可见液位计膜片非常大壁厚 84.6μm,非常小壁厚 48.4μm,平均壁厚 62.84μm,多数测量位置的厚度低于设计厚度 80μm。
 
4.1.2  化学成分阐发及力学测试 
变送器膜片进行化学成分阐发以及力学性能测试,化学成分阐发显示磨片内硅元素超标,其余元素符合尺度,成果如表 2 所示;而通过力学性能测试可知,膜片硬度和抗拉强度均满足尺度要求,如表 3 所示。
膜片测厚成果(μm)
 
4.1.3   金相阐发 
对故障失效膜片进行金相组织阐发,成果显示该膜片金相组织布局为奥氏体,晶粒度满足尺度要求,阐发成果见表4。 
化学成分阐发成果力学性能测试成果
 
为进一步阐发膜片泄漏所产生的特点,别离对它们展开泄漏缺陷阐发,阐发注解材料表面有微孔存在。如图 3 所示。
金相阐发成果
 
4.1.4  氢含量阐发 
取一组备用新变送器膜片和故障失效旧膜片,我们进行氢含量阐发,失效液位计膜片中的氢含量远高于未使用过的新膜片,并且失效膜片中氢含量约为新膜片氢含量的 1.25倍。阐发成果见表 5。 
膜片表面存在微孔新旧膜片 H 含量阐发成果
 
4.2  故障失效原因 
通过尝试检测成果阐发可知,膜片多数测量位置的厚度未达到设计厚度(80μm)要求,膜片的化学成分不符合 ASTM B575-2017 的要求,过高含量的 Si 会恶化合金的焊接性能,并且失效液位计膜片中的氢含量约为新膜片的 1.25 倍,同时液位计使用环境中含有 H2S,H2S 溶于水后电离出氢离子(氢核),氢核在超过 40℃以上环境会对对金属具有很强的渗透能力,而金相阐发注解膜片本身存在细小微孔,因此氢核渗透进入膜片并发生聚集结合为氢分子,并且无法逸出膜片,非常终氢分子集结产生氢气,导致膜片鼓包失效降低变送器的测量精度。 
 
5  结论及建议办法 
(1)变送器膜片哈氏合金 C276 的化学成分不符合 ASTM B575-2017 的要求(Si 含量超标),组织为奥氏体,硬度及晶粒度检测合格。膜片多数测量位置的厚度未达到设计厚度。     
(2)失效膜片中的氢含量比新膜片的氢含量高很多,再结合金相阐发可判定膜片鼓包失效是发生氢渗透所致;
(3)建议在使用单、双法兰差压变送器(膜片材质为C276)时,应避免使用介质含硫较高,温度超过 40℃以上的环境,以减少氢渗透的发生; 
(4)若不成避免用于上述介质环境时,可在设计选型中选择对变送器膜片进行镀膜处理,或选用 PTEF 镀膜工艺的变送器。 
 
 
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