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镀金膜片型压力变送器在煤气扮装配中的利用

来源: 作著: 即日起时间日期:2019-04-26

         择要: 煤气化是煤炭洁净高效转化的焦点手艺,其焦点部件是造气炉。造气炉压力属于煤气化工艺中的首要监控参数,但其工况属于低温高压场所,会致使惯例压力变送器的丈量膜片呈现氢脆景象。文章概述氢脆景象的根基情况,并提来由置方法。接纳镀金膜片型压力变送器,可以或许避免低温高压工况下氢气对膜片的渗入,有用处置了造气炉压力丈量的题目。

 
       煤气化是指煤或焦炭等固体燃料在低温高压前提下与气化 剂反映,转化为分解气( 首要成份为氢气及一氧化碳) 和少许残 渣的进程。分解气颠末变压吸附后可提纯出氢气,是以煤气化 是煤炭洁净高效转化的焦点手艺。煤气化的焦点部件是反映器造气炉,按照国度宁静羁系总局安监总管三[2013]3 号文件 对新型煤化工工艺反映的自控计划倡议须要严酷监控反映器造气炉的压力参数,确保出产宁静。为了保证造气分解效 率,今朝罕见的造气炉工况均为低温高压工况且分解气中氢气含量较高; 是以造气工况会构成压力仪表的丈量膜片呈现氢脆 景象,致使压力变送器呈现丈量偏差乃至破坏仪表。为此接纳 新型的镀金膜片型压力变送器,可以或许避免氢气渗入的影响,有 效处置上述题目。
 
1 氢脆景象简介
       氢是天然界很是小的原子,自身不具备侵蚀性可是渗入才能 极强。因为氢原子的尺寸远远小于金属原子,是以在低温高压感化下氢气可以或许解离成氢原子并渗入进入金属资料的晶格点 阵的空隙地位。这一渗入进程首要履历以下步骤[1]: 
 
       ( 1) 氢气 ( H2 ) 与金属资料( M) 表面产生碰撞,此时金属资料( M) 表面物 理吸附微量氢气( H2 ) 构成夹杂物( H2M) ,即 H2 + M→H2M。
 
        ( 2) 夹杂物( H2M) 与金属资料( M) 表面面持续反映,构成吸附着在金属表面面的氢原子( HadM) ,这一进程被称为化学吸附进程,并且低温高压的前提可增进化学吸附进程,即 H2M + M→2HadM。
       ( 3) 当金属资料( M) 表面面吸附氢原子( HadM) 到达 饱和后会慢慢消融分散,构成渗入在资料外部原子氢( MHad) , 即 HadM→MHad。
 
       ( 4) 情况温度和压力下降后原子氢( MHad ) 逐 步析出,在金属资料( M) 外部重组成氢份子( H2 ) ,即 2Had M→2M + H2。因为氢份子的尺寸弘远于氢原子,是以氢份子残留在 金属资料外部没法“逃逸”,金属资料外部会呈现裂纹致使资料脆化; 这类情况被称为氢脆景象。
 
2 氢脆景象对压力变送器的影响
       压力变送器是一种将压力旌旗灯号转化成电动旌旗灯号停止节制和远传的装备[2],其焦点元件是单晶硅谐振式传感器及丈量膜 盒。压力变送器任务时丈量膜盒的丈量膜片打仗丈量介质,通 过丈量膜片内侧密封灌充的硅油传导液将丈量压力通报到微 型真空腔体的弹性元件( 谐振梁) 上,致使弹性元件产生细小形 变位移,其位移水平与压力成反比干系。压力变送器经由进程单晶硅谐振式传感器及微处置器将形变位移水平改变为 4 ~ 20mA远传电旌旗灯号,可用于丈量介质压力。为了削减通报进程中的压 力消耗并避免遭到丈量介质侵蚀,通俗挑选接纳具备必然弹性 和防侵蚀机能的金属薄壁资料( 厚度介于 40 ~ 80μm 之间,各设 备供货商略有差别) 建构成丈量膜片,罕见的丈量膜片材质有
316L 不锈钢、哈氏合金、钽、钛等诸多范例。因为丈量膜片厚度 缺乏 0. 1mm,惯例的压力变送器在卑劣工况( 低温高压且存在较高浓度氢气的场所) 下极易呈现氢脆景象并遭到影响,致使 丈量膜片韧性退步落空弹性,呈现空腔鼓包或裂纹[3]。跟着 时候推移氢份子乃至可以或许穿透丈量膜片进入断绝硅油传导液, 呈现气泡增添了压力通报进程中的消耗,还会间接搅扰压力变 送器的丈量成果,致使压力变送器零点漂移、输入不不变,呈现 丈量偏差令压力丈量参数动摇,更加严峻的情况下乃至破坏仪表构成变乱产生。
 
3 煤气扮装配工况下压力变送器丈量膜片的选型
 
3. 1 工艺状态简介
       财产煤气化手艺为保证持续化不中断出产、进步分解气产 量规模,凡是是在造气炉中以水作为气化剂,在低温高压前提令煤炭与水蒸气产生反映天生份解气( 首要成份为氢气及一氧 化碳,另外含有少许二氧化碳及其它微量杂质) ,首要反映方程式是 C + H2O CO + H 幑幐 2 及 C + 2H2O CO 幑幐 2 + 2H2。跟着 手艺不时改良,今朝大规模煤气化手艺首要分红三种手艺计划,即气流床气化手艺、流化床气化手艺及牢固床气化手艺[4], 其焦点部件是造气炉。以德士古( Texaco) 、壳牌( Shell) 为代表 的气流床造气炉手艺靠得住、工艺成熟,具备转化效力高、主动化 出产持续性好、产量不变、煤种顺应规模普遍等诸多长处,是目 前煤气化手艺成长和利用的支流趋向。按照相干企业的自控 计划,气化炉上有诸多仪表测点( 如温度、压力、流量等) ,须要 收罗压力参数并远传至造气装配的自控体系中。
 
3. 2 压力变送器丈量膜片的选型 
 
       气化炉压力参数间接干系到造气工段不变运转和宁静生 产,是操纵进程主动化节制中的一个首要工艺目标。它间接参 与了气化炉宁静联锁泊车举措,是以压力仪表选型须要获得重 视,挑选手艺靠得住且利用寿命较长的仪表来确保收罗有用精确的工艺参数。气化炉压力丈量根基选型接纳压力变送器获得 诸多设想单元及用户企业的共鸣,可是轻忽氢脆景象、不注重 压力变送器丈量膜片选型的案例时有产生,这类情况须要引发 正视并值得沉思。
 
       按照相干资料,今朝罕见的气流床造气炉测点处工况温度参数为 250℃,工况压力参数为 3. 75MPa,分解气中氢气含量不 低于 30% ( 摩尔分数) ,则分解气中氢气分压不小于 1. 125MPa( 3. 75MPa × 30% = 1. 125MPa) 。该工况属于低温临氢场所,即 流体很是高操纵温度跨越 200℃ 且流体中氢分压跨越 0. 7MPa 的 工艺情况[5]。低温临氢场所下金属装备极易产生氢脆景象,并 且跟着情况温度、压力及氢气浓度的增添,氢脆景象会越发显 著( 此中情况温度是很是为关头的影响身分) 。是以造气炉压力 变送器的丈量膜片须要具备避免氢气渗入的功效,减小氢脆现 象的影响。 
 
       因为金具备紧密的晶格点阵,是以氢不易渗入或消融在金资料外部。另外金是很是不变的金属元素,具备杰出的抗侵蚀 机能及延展性,可以或许建构成极薄的抗侵蚀涂层。针对这类特 性,今朝环球诸多着名的压力变送器供给商( 日本横河、日本富 士机电、美国霍尼韦尔) 研发了镀金膜片型压力变送器,经由进程镀 金涂层可以或许对丈量膜片构成掩护膜,有用断绝并避免氢气渗 透,从而较着下降了氢脆景象的影响。该工艺接纳低温永劫候烧结手艺,在压力变送器断绝膜片( 材质为 316L 奥氏体不锈 钢) 表层镀上一层黄金镀层( 削减氢渗入感化) ,黄金镀层基面 再镀上一层陶瓷镀膜( 用于断绝氢) [6]。这类双层镀膜质地致 密平均、坚忍耐腐、不受应力影响,镀层极薄( 凡是缺乏 3μmm) 不影响丈量精度,较之纯金膜片造价昂贵且机能不受影响。采 用镀金膜片型压力变送器,可以或许知足煤造气装配造气炉的工艺 请求,适合于低温临氢场所下持久利用。这类旧式的压力变送 器在煤造气行业已获得慢慢推行,按照企业反应成果利用机能 和仪表寿命较着优于通俗的压力变送器。
 
 4 结语
       公道对压力仪表选型,是确保出产宁静的首要手腕。本文说起的镀金膜片型压力变送器也合用于石化行业( 如加氢、制氢装配) 的低温临氢场所,为近似工程压力仪表选型及设想供给必然的参考和鉴戒。
 
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