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            雙法蘭差壓變送器膜片失效分析及措施
            現在位置: 壓力變送器 > 新聞中心 > 經驗與文獻 > 正文

            雙法蘭差壓變送器膜片失效分析及措施

            時間:2020-11-09 15:18:33

             摘  要:針對雙法蘭差壓變送器膜片故障失效情況,進行檢測及腐蝕分析。分析結果表明:膜片故障失效是氫離子應力腐蝕開裂所致,膜片質量缺陷是導致雙法蘭差壓變送器故障的直接原因。通過分析提出建議措施,為同類雙法蘭差壓變送器預防腐蝕失效提供借鑒。up6壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

             
            油氣處理站的油氣分離裝置或是原油儲罐、污水(含油污水)儲罐上,設計使用較多的液位測量儀表大多選用雙法蘭差壓變送器。雙法蘭差壓變送器非常大特點是其可以避免被測介質通過引壓管對測量造成的影響,因而測量精度較高,而且安裝和日常維護工作量少。但在某油氣處理站污水儲罐多次出現雙法蘭差壓變送器膜片故障失效,導致儀表測量不準確,隱患處理及時,未引發儲罐事故。 
             
            1  使用工況 
            某油氣處理站雙法蘭差壓變送器大多使用在緩沖水罐、收油罐、濾后水罐以及除油罐上。這些儲罐操作溫度在 40℃~90℃,操作壓力在 0.2MPa~1.41MPa,介質多為污水或含油污水,礦化度較高(Cl-約 104mg/L 左右),含硫(非常高可達31.25%)。 
             
            2  工作原理 
            如圖 1 所示,輸入壓力作用在連接法蘭上的密封膜片10 上將壓力傳給測量元件,測量元件測量到的差壓經密封膜片 6 和內充液 7 傳送給硅壓力傳感器 3。密封膜片隨不同的差壓值產生不同程度的變形,粘貼在測量膜片上的四個電橋電路中的壓電電阻隨之改變阻值,使電橋輸出電壓變化和被測的差壓成比值關系。 
            雙法蘭差壓變送器結構原理圖
            當壓力超過測量極限時過壓保護膜片 5 產生變形,直到一側的密封膜片貼到測量單元 4 內壁上,以保護硅壓力傳感器避免過壓損壞。
             
            3  故障概況 
            經檢查站內收油罐測量液位的一臺單法蘭差壓變送器,以及緩沖水罐的一臺雙法蘭差壓變送器膜片均發生了鼓包(兩臺差壓液位計同屬一個廠家,膜片材質為哈氏合金C276),如下圖 2 所示;且鼓包有彈性,而膜片表面未見明顯腐蝕痕跡。采用鋼針將差壓變送器膜片刺穿,有無色無味氣體逸出,判斷膜片鼓包為內腔氣體所致。
            發生鼓包的雙法蘭膜片
            4  故障失效分析 
            4.1  檢驗分析 
            4.1.1  膜片測厚 
            使用超聲波測厚儀(測量精度 0.01μm)對 3 臺法蘭膜片壁厚進行測量,結果如表 1 所示?梢娨何挥嬆て浅4蟊诤 84.6μm,非常小壁厚 48.4μm,平均壁厚 62.84μm,多數測量位置的厚度低于設計厚度 80μm。
             
            4.1.2  化學成分分析及力學測試 
            變送器膜片進行化學成分分析以及力學性能測試,化學成分分析顯示磨片內硅元素超標,其余元素符合標準,結果如表 2 所示;而通過力學性能測試可知,膜片硬度和抗拉強度均滿足標準要求,如表 3 所示。
            膜片測厚結果(μm)
             
            4.1.3   金相分析 
            對故障失效膜片進行金相組織分析,結果顯示該膜片金相組織結構為奧氏體,晶粒度滿足標準要求,分析結果見表4。 
            化學成分分析結果力學性能測試結果
             
            為進一步分析膜片泄漏所產生的特點,分別對它們展開泄漏缺陷分析,分析表明材料表面有微孔存在。如圖 3 所示。
            金相分析結果
             
            4.1.4  氫含量分析 
            取一組備用新變送器膜片和故障失效舊膜片,我們進行氫含量分析,失效液位計膜片中的氫含量遠高于未使用過的新膜片,而且失效膜片中氫含量約為新膜片氫含量的 1.25倍。分析結果見表 5。 
            膜片表面存在微孔新舊膜片 H 含量分析結果
             
            4.2  故障失效原因 
            通過實驗檢測結果分析可知,膜片多數測量位置的厚度未達到設計厚度(80μm)要求,膜片的化學成分不符合 ASTM B575-2017 的要求,過高含量的 Si 會惡化合金的焊接性能,而且失效液位計膜片中的氫含量約為新膜片的 1.25 倍,同時液位計使用環境中含有 H2S,H2S 溶于水后電離出氫離子(氫核),氫核在超過 40℃以上環境會對對金屬具有很強的滲透能力,而金相分析表明膜片本身存在細小微孔,因此氫核滲透進入膜片并發生聚集結合為氫分子,而且無法逸出膜片,非常終氫分子集結產生氫氣,導致膜片鼓包失效降低變送器的測量精度。 
             
            5  結論及建議措施 
            (1)變送器膜片哈氏合金 C276 的化學成分不符合 ASTM B575-2017 的要求(Si 含量超標),組織為奧氏體,硬度及晶粒度檢測合格。膜片多數測量位置的厚度未達到設計厚度。     
            (2)失效膜片中的氫含量比新膜片的氫含量高很多,再結合金相分析可判斷膜片鼓包失效是發生氫滲透所致;
            (3)建議在使用單、雙法蘭差壓變送器(膜片材質為C276)時,應避免使用介質含硫較高,溫度超過 40℃以上的環境,以減少氫滲透的發生; 
            (4)若不可避免用于上述介質環境時,可在設計選型中選擇對變送器膜片進行鍍膜處理,或選用 PTEF 鍍膜工藝的變送器。 
             
             
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