雙法蘭液位變送器膜片腐蝕問題的原因分析以及解決辦法

摘 要：雙法蘭液位變送器在工業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用。本文通過對具體工程中雙法蘭液位變送器測量膜片腐蝕、鼓包現(xiàn)象的描述，結(jié)合儀器記錄數(shù)據(jù)分析了造成雙法蘭液位變送器測量膜片腐蝕導(dǎo)致液位計(jì)失效的原因，提出了選擇雙法蘭型變送器時應(yīng)考慮防止氯腐蝕、硫腐蝕、氫脆及如何正確選擇雙法蘭液位變送器以適應(yīng)具體的工藝環(huán)境。

1 引言
           雙法蘭差壓變送器是為了避免被測介質(zhì)直接與變送器的隔離膜片接觸而采用的變送器。它是將變送器的測量膜室用不銹鋼毛細(xì)管（直徑3mm 左右的管子，外加保護(hù)）聯(lián)通到數(shù)米到數(shù)十米不等處的一個或兩個壓力或差壓，做成法蘭形式的測量膜盒中，中間充滿傳導(dǎo)介質(zhì)硅油，使用時將法蘭連接到設(shè)備，即可進(jìn)行測量。雙法蘭差壓變送器主要適用于：
（1）需要將高溫介質(zhì)與變送器隔離；
（2）測量介質(zhì)對變送器敏感元件有腐蝕作用；
（3）被測介質(zhì)由于環(huán)境或溫度變化而固化或結(jié)晶；
（4）更換被測介質(zhì)需要嚴(yán)格凈化測量頭；
（5）懸浮液體或高粘度介質(zhì)；
（6）測量頭必須保持清潔衛(wèi)生；
（7）密封壓力容器測量。
         雙法蘭差壓變送器分為3 種：齊平膜、凸出膜、齊平+凸出膜，其中凸出膜用于有結(jié)垢的或粘稠的介質(zhì)，凸出長度不大于15cm

2 雙法蘭液位變送器膜片腐蝕問題
2.1 問題描述
         在生產(chǎn)中，液位是操作控制中一個很重要的指標(biāo)。筆者者在內(nèi)蒙古某大型煤化基地實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)所維護(hù)的煤化工凈化裝置變換部分的某些雙法蘭液位變送器的隔離膜片出現(xiàn)受腐蝕發(fā)黑、碳化現(xiàn)象，有部分變送器完全失去了測量功能，另有部分差壓變送器出現(xiàn)輕微鼓包現(xiàn)象。
         （1）凈化裝置146LT005（其功能是凈化裝置測量冷凝液汽提塔146T001 的冷凝液回流罐146V007 的液位），在使用過程中，工藝人員多次反映146LT005 液位指示不準(zhǔn)，儀表人員多次調(diào)校仍不見好轉(zhuǎn)，將該儀表拆下來發(fā)現(xiàn)，此液位變送器的兩個膜盒的測量膜片均腐蝕嚴(yán)重，兩側(cè)毛細(xì)管內(nèi)的硅油漏盡，此儀表已完全失去測量功能，如圖1 所示。

         儀表人員更換新的儀表后不久，工藝人員再次反映146LT005 液位指示不準(zhǔn)，多次調(diào)校未果，拆下來發(fā)現(xiàn)此雙法蘭液位變送器的兩個膜盒的測量膜片均腐蝕嚴(yán)重，兩側(cè)毛細(xì)管內(nèi)的硅油漏盡，已完全失去測量功能，如圖2 所示。

         （2）凈化裝置146LT102（其功能是凈化裝置第一系列的第一水分離器146LV101 的液位），在使用過程中，工藝人員多次反映146LT102 液位指示不準(zhǔn)，儀表人員檢查發(fā)現(xiàn)該儀表的“零點(diǎn)”出現(xiàn)漂移，經(jīng)調(diào)校后繼續(xù)使用。不久，工藝人員再次反映該儀表指示不準(zhǔn)，經(jīng)儀表人員拆下檢查發(fā)現(xiàn)該儀表的測量膜盒出現(xiàn)腐蝕，并出現(xiàn)輕微的鼓包，如圖3 所示。凈化裝置的第二、三、四水分離器的液位變送器也有類似的情況。

         （3）凈化裝置141LT2021A（其功能是測量凈化裝置H2S濃縮塔141T203 的塔底液位），在使用過程中，工藝人員多次反映141LT2021A 液位指示不準(zhǔn)，儀表人員檢查發(fā)現(xiàn)該儀表的“零點(diǎn)”出現(xiàn)漂移，經(jīng)多次調(diào)校后不見好轉(zhuǎn)。經(jīng)儀表人員拆下檢查發(fā)現(xiàn)該儀表的測量膜盒出現(xiàn)腐蝕，并出現(xiàn)輕微的鼓包，如圖4 所示。

2.2 原因分析

         由表1 可知，文中所述凈化裝置的水分離器液位變送器、凈化裝置汽提塔液位變送器等的測量膜片的材質(zhì)均為316L。316L（00Cr17Ni14Mo2）奧氏體鋼是超低碳且含Mo 的奧氏體不銹鋼，在許多介質(zhì)條件中具有良好的耐均勻腐蝕和坑點(diǎn)腐蝕性能。Ni 含量的提高（14%）有利于奧氏體相的穩(wěn)定。316L 在抗晶間腐蝕、高溫硫、高溫環(huán)烷酸和坑點(diǎn)腐蝕的能力方面要明顯優(yōu)于304（0Cr18Ni9）和321（0Cr18Ni10Ti）不銹鋼材料。

         根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用證明，316L 在CL-腐蝕環(huán)境中的耐應(yīng)力腐蝕能力僅與304 和321 材料相當(dāng)，在工程使用中由于應(yīng)力腐蝕失效的概率要大于50%，當(dāng)使用介質(zhì)中含有10ppm 以上的CL-時，其應(yīng)力腐蝕的危害性就相當(dāng)明顯了，因?yàn)镃L-會在某些部位產(chǎn)生聚集。

         任何金屬材料都不同程度的存在非金屬夾雜物，如硫化物、氧化物等等，這些在材料表面的非金屬化合物，在CL-的腐蝕作用下將很快形成坑點(diǎn)腐蝕形態(tài)；而一旦形成坑點(diǎn)以后，由于閉塞電池的作用，坑外的CL-將向坑內(nèi)遷移，而帶正電荷的坑內(nèi)金屬離子將向坑外遷移，從而形成電化學(xué)腐蝕。由于CL-的原子半徑非常小，金屬當(dāng)中的任何非金屬夾雜物以及焊接缺陷都將成為CL-滲透的腐蝕源頭。

         在奧氏體不銹鋼中，Ni 的主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體，使鋼獲得完全奧氏體組織，提高材料的韌性，同時可以起到很好的抗氧化腐蝕能力。但普通奧氏體鋼中的Ni 在有CL-腐蝕的環(huán)境中起不到抗點(diǎn)腐蝕的作用。

         氫對316L 不銹鋼膜片的損傷主要是因?yàn)闅湟栽�子狀態(tài)滲入金屬內(nèi)，并在金屬內(nèi)部再結(jié)合成分子，產(chǎn)生很高的壓力，會導(dǎo)致表面鼓包或皺折；氫與鋼中的碳結(jié)合，使鋼脫碳，或使鋼中的硫化物與氧化物還原。鋼表面被吸附的氫原子過飽和，使氫滲入鋼中。

         綜上所述，案例中的測量點(diǎn)的變送器的與工藝介質(zhì)接觸的隔離膜片材質(zhì)全部為316L 是不合適的。經(jīng)記錄整理，案例中的凈化裝置相關(guān)儀表介質(zhì)參數(shù)如表2 所示。

         從以上凈化裝置相關(guān)儀表介質(zhì)參數(shù)可得：（1）凈化裝置變換部分的合成氣中含有濃度不等的H2、CO2、H2S、H20、氯化物、氨、氫氰酸；（2）凈化裝置變換部分的冷凝液中氯化物、硫化物以CL-、S+狀態(tài)存在，同時存在濃度不等的H+。液位計(jì)的隔離膜片受到CL-、S+的腐蝕，另外由于氫原子在金屬組織中夾雜而導(dǎo)致金屬變脆的現(xiàn)象即為氫脆。因此在凈化裝置的水分離器液位、汽提塔冷凝罐液位等選擇法蘭型變送器時，其與工藝介質(zhì)接觸的隔離膜片必須在考慮氯腐蝕、硫腐蝕問題的同時還應(yīng)考慮防止氫脆。

3 解決方法
         變送器與測量介質(zhì)接觸的隔離膜片，是利用金屬材料的力學(xué)特性，將壓力或差壓傳遞給變送器的δ 室的中心膜片，為了減少壓力傳遞過程中的損耗，一般選用厚度小于0.1mm的金屬材料制成。對薄壁材料使用在腐蝕環(huán)境下，在期望壽命內(nèi)，既要保持良好的力學(xué)彈性，又要不發(fā)生腐蝕滲漏，就要選擇比其它結(jié)構(gòu)件耐腐蝕性更強(qiáng)的材料，一般應(yīng)選擇年腐蝕深度小于0.05mm 以上的材料。316LSST 不耐濕氯氣和鹽酸腐蝕，哈氏合金可以在濕氯氣下工作但不能抗氫脆，蒙耐爾不耐鹽酸即不耐CL-，鉭膜片對CL-、S+有很好地耐腐蝕作用但不能抗氫脆，鎳和鈦膜片對CL-、S+的耐腐蝕性差。

         根據(jù)凈化裝置變換部分的合成氣和凝液的的成份組成（含有CL-、S+、H+及灰份固體顆粒）和法蘭型變送器的選型原則，測量凈化裝置變換部分的液位變送器與介質(zhì)接觸的隔離膜片的材質(zhì)應(yīng)選擇316L 加厚鍍金。測量凈化裝置H2S濃縮塔141T203 的塔底液位141LT2021A 與介質(zhì)接觸的隔離膜片的材質(zhì)可以是純金屬鉭。

4 總結(jié)
         本文通過對具體工程中雙法蘭液位變送器測量膜片腐蝕、鼓包現(xiàn)象的描述，結(jié)合儀器記錄數(shù)據(jù)分析了造成雙法蘭液位變送器測量膜片腐蝕導(dǎo)致液位計(jì)失效的原因，提出了選擇雙法蘭型變送器時應(yīng)考慮防止氯腐蝕、硫腐蝕、氫脆及如何正確選擇雙法蘭液位變送器以適應(yīng)具體的工藝環(huán)境。

         雙法蘭液位變送器在工業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用，可消除導(dǎo)壓管泄漏污染周圍環(huán)境現(xiàn)象的發(fā)生；可免去采用隔離液時，因測量信號的不穩(wěn)定，需要經(jīng)常補(bǔ)充隔離液的繁瑣工作。當(dāng)雙法蘭液位變送器膜片出現(xiàn)故障時，應(yīng)逐步分析問題，如果是膜片因?yàn)楦�蝕造成的，應(yīng)及時找出原因，對工藝管道內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行分析，選擇材質(zhì)合適的膜片。