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雙法蘭差壓變送器膜片失效分析及措施
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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(jìn)行檢測及腐蝕分析。分析結(jié)果表明:膜片故障失效是氫離子應(yīng)力腐蝕開裂所致,膜片質(zhì)量缺陷是導(dǎo)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(yù)防腐蝕失效提供借鑒。ikn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(shè)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#大特點是其可以避免被測介質(zhì)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(hù)工作量少。但在某油氣處理站污水儲罐多次出現(xiàn)雙法蘭差壓變送器膜片故障失效,導(dǎo)致儀表測量不準(zhǔn)確,隱患處理及時,未引發(fā)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(zhì)多為污水或含油污水,礦化度較高(Cl-約 104mg/L 左右),含硫(#高可達(dá)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(jīng)密封膜片 6 和內(nèi)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(chǎn)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(guān)系。 
雙法蘭差壓變送器結(jié)構(gòu)原理圖
當(dāng)壓力超過測量極限時過壓保護(hù)膜片 5 產(chǎn)生變形,直到一側(cè)的密封膜片貼到測量單元 4 內(nèi)壁上,以保護(hù)硅壓力傳感器避免過壓損壞。
 
3  故障概況 
經(jīng)檢查站內(nèi)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(fā)生了鼓包(兩臺差壓液位計同屬一個廠家,膜片材質(zhì)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(nèi)腔氣體所致。
發(fā)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(jìn)行測量,結(jié)果如表 1 所示?梢娨何挥嬆て#大壁厚 84.6μm,#小壁厚 48.4μm,平均壁厚 62.84μm,多數(shù)測量位置的厚度低于設(shè)計厚度 80μm。
 
4.1.2  化學(xué)成分分析及力學(xué)測試 
變送器膜片進(jìn)行化學(xué)成分分析以及力學(xué)性能測試,化學(xué)成分分析顯示磨片內(nèi)硅元素超標(biāo),其余元素符合標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果如表 2 所示;而通過力學(xué)性能測試可知,膜片硬度和抗拉強度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,如表 3 所示。
膜片測厚結(jié)果(μm)
 
4.1.3   金相分析 
對故障失效膜片進(jìn)行金相組織分析,結(jié)果顯示該膜片金相組織結(jié)構(gòu)為奧氏體,晶粒度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,分析結(jié)果見表4。 
化學(xué)成分分析結(jié)果力學(xué)性能測試結(jié)果
 
為進(jìn)一步分析膜片泄漏所產(chǎn)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(jié)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(jìn)行氫含量分析,失效液位計膜片中的氫含量遠(yuǎn)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(jié)果見表 5。 
膜片表面存在微孔新舊膜片 H 含量分析結(jié)果
 
4.2  故障失效原因 
通過實驗檢測結(jié)果分析可知,膜片多數(shù)測量位置的厚度未達(dá)到設(shè)計厚度(80μm)要求,膜片的化學(xué)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(huán)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(huán)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(xì)小微孔,因此氫核滲透進(jìn)入膜片并發(fā)生聚集結(jié)合為氫分子,而且無法逸出膜片,#終氫分子集結(jié)產(chǎn)生氫氣,導(dǎo)致膜片鼓包失效降低變送器的測量精度。 
 
5  結(jié)論及建議措施 
(1)變送器膜片哈氏合金 C276 的化學(xué)成分不符合 ASTM B575-2017 的要求(Si 含量超標(biāo)),組織為奧氏體,硬度及晶粒度檢測合格。膜片多數(shù)測量位置的厚度未達(dá)到設(shè)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(jié)合金相分析可判斷膜片鼓包失效是發(fā)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(zhì)為C276)時,應(yīng)避免使用介質(zhì)含硫較高,溫度超過 40℃以上的環(huán)境,以減少氫滲透的發(fā)生; 
(4)若不可避免用于上述介質(zhì)環(huán)境時,可在設(shè)計選型中選擇對變送器膜片進(jìn)行鍍膜處理,或選用 PTEF 鍍膜工藝的變送器。 
 
 
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