法蘭式毛細管差壓變送器的維護、損壞的原因以及解決措施

1 　概述
在中原大化集團公司的尿素、三聚氰胺裝置中, 由于部分被測介質易結晶、易固化等原因,故廣泛使用帶毛細管法蘭膜片式變送器(以下簡稱毛細管變送器)來測量壓力、差壓和液位。由于受被測介質高溫、高壓、強腐蝕性等因素的影響, 這些毛細管變送器易損壞, 使用壽命較長的2～ 3 年, 最短的僅有幾個月。對生產裝置的安全運行極為不利。曾經發生過因毛細管變送器膜片損壞, 造成高溫高壓介質從法蘭與毛細管焊接接口處噴出的惡性事故。目前還沒有更好的手段來替代這種檢測方式, 為保證裝置正常運行, 我們對儀表損壞原因進行分析并提出解決措施。

2 　損壞原因
2.1 　現象
法蘭式毛細管差壓變送器損壞后會出現:儀表無指示、指示不準或晝夜指示變化大等問題, 經檢查可發現以下幾種情況:①膜片變形凹陷;②膜片變形凸出(鼓包);③膜片破裂;④填充液滲漏;⑤填充液問題;⑥毛細管斷裂。

2.2 　原因
2.2.1 　膜片變形凹陷
一般是毛細管或變送器取壓法蘭密封有問題:
①毛細管焊接有砂眼、機械損傷或斷裂;
②因振動或溫度變化使充液孔、變送器取壓法蘭密封不良等。在靜壓作用下都會使填充液滲漏, 當填充液部分滲漏后, 其壓力傳輸能力會減弱或喪失。此時變送器彈性感壓膜片就會單向承受壓力, 使很薄的膜片變形貼到法蘭體或插入筒的支撐體上, 嚴重時有膜片被擊穿, 會從毛細管斷裂處噴出工藝介質。

2.2.2 　膜片變形凸出(鼓包)
     某儀表指示不準, 系統停車后系統壓力下降而儀表指示卻上升, 檢查發現隔離膜片凸出成半球狀并且焊縫已經裂開。更換1 臺儀表, 調校及試壓時運行比較穩定, 回裝現場后指示時常波動。停車后檢查發現隔離膜片變成球狀, 并且焊縫處漏油溫度較高。導致膜片鼓包的原因是膜片出現極微小的泄漏, 過程介質會逐漸進入膜片內的填充液, 最終使膜片內的壓力同過程壓力基本相同, 這時變送器指示會不靈敏、無法準確反映瞬間的工藝波動。一旦遇到系統停車, 過程壓力迅速降低, 而膜片內部壓力, 不會馬上降低, 這就形成膜片內部壓力高, 膜片外部壓力低, 使膜片凸出并失去原有彈性, 出現鼓包現象。
      據此可以認為:膜片鼓包是膜片本身已經有缺陷, 即使用肉眼看不到, 在校驗過程中也應特別細心, 否則, 這樣的變送器安裝到現場設備上可能就無法及時反映壓力波動。

2.2.3 　膜片破裂
        膜片是感壓元件, 其厚度一般在0.4 ～0.5mm 之間, 如果出現工藝超壓, 有可能會因超出其額定承受壓力而破裂;如果被測介質有很強的腐蝕性, 即使選用合適的防腐蝕材料做膜片, 長時間使用膜片的鈍化層會被破壞, 腐蝕是無法避免的, 再加上高溫高壓介質長期沖刷, 膜片會越來越薄, 直至無法承受過程壓力而破裂。因此, 保持必要的備件和建立有效的修復損壞儀表的措施是很重要的。
         膜片的質量是指膜片材質的純度和加工的均勻程度。膜片材質有316L 、哈氏合金C 、蒙乃爾合金、鉭等。膜片與法蘭體或插入筒材質相同, 則采用氬弧焊。如果材質不相同, 則采用滾焊技術, 這樣可以防止兩種不同的材質在氬弧焊時產生砂眼或微孔。

2.2.4 　填充液滲漏
       毛細管與變送器接口或法蘭接口處的焊接有砂眼或有機械損傷, 變送器取壓法蘭環形密封不良, 在工藝過程靜壓作用下, 造成填充液滲漏,但無論是那一種都會造成變送器指示不準或無指示。

2.2.5 　填充液問題
       夜間氣溫較低時儀表指示偏低, 白天氣溫上升后儀表指示恢復正常的現象。究其原因一是硅油不足使硅油無法準確傳輸膜片的感壓信號;二是抽真空不夠, 填充硅油中含有氣泡, 當環境溫度變化時氣泡熱脹冷縮, 出現晝夜指示偏差大或指示不準;最后就是由于選擇變送器填充液的型號不合適, 受環境溫度變化也會引起晝夜指示偏差大的原因。
     介質溫度、環境溫度與所采用填充液的對比關系, 見表1 。

　從表1 不難看出, 填充液有高溫型、普通型和低溫型。選用不當會導致儀表指示不準。環境溫度的影響也應引起足夠重視:高溫硅油在冬天使用, 毛細管暴露在低溫環境中, 已超出了其適用的環境溫度, 也是變送器晝夜指示變化大的原因。

2.2.6 　毛細管斷裂
曾經因儀表毛細管斷裂連續兩次造成尿素裝置停車, 經分析認為事故原因有以下幾個方面:
(1)儀表安裝在工藝管道上, 由于管道長期振動, 使毛細管機械疲勞, 從而導致斷裂。
(2)隔離膜片被擊穿后造成測量介質進入毛細管而被腐蝕。
(3)由于毛細管及插入取壓裝置之間采用銅焊, 銅易與氨反應, 當甲銨及尿液進入毛細管后迅速與銅反應造成焊接處斷裂。
(4)毛細管材質選擇不當。

3 　措施
綜上所述, 不難看出, 毛細管變送器能否正常使用的關鍵在于膜片、毛細管焊接質量;膜片材質選擇與填充液種類選擇;加填充液時抽真空;充液孔密封與變送器取壓法蘭環形密封等。根據多年的經驗, 為保證生產設備安全運行, 提出以下措施。
(1)由于該類儀表的易損性, 應在貯備易損部件和維修方面做充分準備。
(2)完善校驗規程, 增加校驗設備。變送器校驗時要保壓時間5h 以上, 保證毛細管接頭、充液孔密封處、變送器取壓法蘭環形密封處無滲漏現象;增加電熱鼓風干燥箱, 模擬變送器現場環境溫度, 考機24h 。
(3)安裝和校驗時應避免損傷毛細管和膜片。
(4)在滿足安裝要求的情況下, 毛細管應盡可能短。
(5)訂購備件要詳細提出技術要求。