煤氣生產(chǎn)用壓力表需要提防氫脆現(xiàn)象

時間：2021-08-10作者：卓然天工自動化儀表（北京）有限公司瀏覽：96

       在能源清潔化成為前提的現(xiàn)在，煤炭資源大部分都被轉(zhuǎn)化成煤氣這種清潔能源。作為煤炭清潔化高效轉(zhuǎn)化技術(shù)的**，造氣爐在運轉(zhuǎn)時的各項參數(shù)也都需要不間斷的監(jiān)控，壓力作為重要參數(shù)之一，當(dāng)然也就少不了壓力變送器的應(yīng)用，但造氣爐在運作時，其工作環(huán)境處于高溫高壓，這種環(huán)境會導(dǎo)致常規(guī)壓力**送去給的測量膜片出現(xiàn)氫脆的現(xiàn)象，即氫氣滲透進(jìn)金屬，造成金屬斷裂的情況。
      下面，針對氫脆這一現(xiàn)象，我們將提出使用鍍金膜片測氫氣的鍍金膜片壓力變送器并解釋應(yīng)該如何處理這一問題。
一、氫脆現(xiàn)象的概述
       氫是自然界中較小的原子，氫氣其本身化學(xué)性質(zhì)活潑但并不具備腐蝕性，卻因其體積而獲得了較強(qiáng)的滲透能力，由于氫原子的尺寸遠(yuǎn)小于金屬原子，因此在高溫高壓的環(huán)境下氫氣可以解離成氫原子并滲透到金屬材料的經(jīng)過點陣的間隙位置，此時，當(dāng)壓力消失后氫氣，氫氣會再度從變送器的膜片中逸出，這樣反復(fù)經(jīng)過一段時間后，壓力變送器的膜片就好像被腐蝕了一樣變得多孔和脆弱，如果還有氫氣分子逃逸穿過了膜片，進(jìn)入到硅油之中，因為硅油所在的毛細(xì)管因為是需要導(dǎo)壓的，所以是全封閉的，此時多出來的氫氣還會造成壓力變送器膜片的變形，導(dǎo)致壓力變送器測量不精準(zhǔn)。

二、氫脆現(xiàn)象對壓力變送器的影響
       由于測量膜片厚度不足 0.1mm，常規(guī)的壓力變送器下較易出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象并受到影響，導(dǎo)致測量膜片韌性退化失去彈性，出現(xiàn)空腔鼓包或者裂紋。隨著時間推移氫分子甚至可以穿透測量膜片進(jìn)入隔離硅油傳導(dǎo)液，出現(xiàn)氣泡增加了壓力傳遞過程中的損耗，還會直接干擾壓力變送器的測量效果，導(dǎo)致壓力變送器零點漂移、輸出不穩(wěn)定，出現(xiàn)測量誤差令壓力測量參數(shù)波動，較為嚴(yán)重的情況下甚至損壞儀表造成事故發(fā)生。壓力變送器是集測量與信號變送為一體的設(shè)備，它可以將壓力信號轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電動信號用以控制和進(jìn)行實時數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，其**元件是傳感器芯體及測量膜盒。在清脆現(xiàn)象發(fā)生的過程中，如果是法蘭遠(yuǎn)傳型的壓力變送器其本體并不會受到任何的損傷，但由于**的壓力傳導(dǎo)壓力被破壞，壓力變送器本身測得的數(shù)據(jù)也將完全失真，無法正常運作。而如果壓力變送器和法蘭是直接連接，當(dāng)硅油中充滿了氫氣分子時或者波紋膜片直接接觸氫氣時，壓力變送器本身也會遭到破壞。
        當(dāng)使用鍍金膜片時，因為金的質(zhì)地較密

三、煤氣化裝置工況下壓力變送器測量膜片的選型
3.1 工藝狀況簡介
       工業(yè)煤氣化技術(shù)為**連續(xù)化不間斷生產(chǎn)、提高合成氣產(chǎn) 量規(guī)模，通常是在造氣爐中以水作為氣化劑，在高溫高壓條件 令煤炭與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成合成氣( 主要成分為氫氣及一氧化碳，此外含有少量二氧化碳及其它微量雜質(zhì)) ，主要反應(yīng)方程式是 C + H2 O 幑幐CO + H2及C +2H2O 幑幐CO2+2H2 。隨著技術(shù)不斷改進(jìn)，目前大規(guī)模煤氣化技術(shù)主要分成三種技術(shù)方案，即氣流床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)及固定床氣化技術(shù)［4］， 其**部件是造氣爐。以德士古( Texaco) 、殼牌( Shell) 為代表的氣流床造氣爐技術(shù)可靠、工藝成熟，具備轉(zhuǎn)化效率高、自動化生產(chǎn)連續(xù)性好、產(chǎn)量穩(wěn)定、煤種適應(yīng)范圍廣泛等諸多優(yōu)點，是目前煤氣化技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的主流趨勢。根據(jù)相關(guān)企業(yè)的自控方案，氣化爐上有諸多儀表測點( 如溫度、壓力、流量等) ，需要采集壓力參數(shù)并遠(yuǎn)傳至造氣裝置的自控系統(tǒng)中。
3.2 壓力變送器測量膜片的選型
       氣化爐壓力參數(shù)直接關(guān)系到造氣工段穩(wěn)定運行和安全生 產(chǎn)，是操作過程自動化控制中的一個重要工藝指標(biāo)。它直接參與了氣化爐安全聯(lián)鎖停車動作，因此壓力儀表選型需要得到重視，選擇技術(shù)可靠且使用壽命較長的儀表來確保采集有效準(zhǔn)確的工藝參數(shù)。氣化爐壓力測量基本選型采用壓力變送器得到 諸多設(shè)計單位及用戶企業(yè)的共識，但是忽視氫脆現(xiàn)象、不注意 壓力變送器測量膜片選型的案例時有發(fā)生，這種情況需要引起 重視并值得深思。
       根據(jù)相關(guān)資料，目前常見的氣流床造氣爐測點處工況溫度參數(shù)為250℃,工況壓力參數(shù)為3.75MPa，合成氣中氫氣含量不**30%( 摩爾分?jǐn)?shù))，則合成氣中氫氣分壓不小于1.125MPa(3.75MPa×30%=1.125MPa)。該工況屬于高溫臨氫場合，即流體較高操作溫度**過 200℃ 且流體中氫分壓**過0.7MPa的工藝環(huán)境。高溫臨氫場合下金屬設(shè)備較易發(fā)生氫脆現(xiàn)象,并且隨著環(huán)境溫度、壓力及氫氣濃度的增加，氫脆現(xiàn)象會愈加顯著(其中環(huán)境溫度是較為關(guān)鍵的影響因素)。因此造氣爐壓力變送器的測量膜片需要具備防止氫氣滲透的功能，減小氫脆現(xiàn) 象的影響。
       由于金具備細(xì)密的晶格點陣，因此氫不易滲透或溶解在金材料內(nèi)部。此外金是非常穩(wěn)定的金屬元素，具備良好的抗腐蝕 性能及延展性，可以制作成較薄的抗腐蝕涂層。針對這種特性，目前**諸多**的壓力變送器供應(yīng)商( 日本橫河、美國霍尼韋爾、美國麥德勝) 研發(fā)了鍍金膜片型壓力變送器，通過鍍金涂層可以對測量膜片形成保護(hù)膜，有效隔離并防止氫氣滲透，從而顯著降低了氫脆現(xiàn)象的影響。該工藝采用高溫長時間燒結(jié)技術(shù)，在壓力變送器隔離膜片(材質(zhì)為316L奧氏體不銹鋼)表層鍍上一層黃金鍍層( 減少氫滲透作用)，黃金鍍層基面再鍍上一層陶瓷鍍膜(用于隔離氫)。這種雙層鍍膜質(zhì)地致密均勻、堅固耐腐、不受應(yīng)力影響，鍍層較薄( 通常不足3μmm) 不影響測量精度，較之**膜片造價低廉且性能不受影響。采用鍍金膜片型壓力變送器，能夠滿足煤造氣裝置造氣爐的工藝要求，適宜于高溫臨氫場合下長期使用。這種新式的壓力變送器在煤造氣行業(yè)已得到逐步推廣，根據(jù)企業(yè)反饋結(jié)果使用性能和儀表壽命明顯**普通的壓力變送器。
四、結(jié) 語
       合理對壓力儀表選型，是確保生產(chǎn)安全的重要手段。本文提及的鍍金膜片型壓力變送器也適用于石化行業(yè)( 如加氫、制氫裝置)的高溫臨氫場合，為類似工程壓力儀表選型及設(shè)計提供一定的參考和借鑒。


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