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压力变送器中的氢脆现象

  • 分类:行业新闻
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  • 来源:
  • 发布时间:2021-03-06 11:02
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【概要描述】

压力变送器中的氢脆现象

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氢气是自然界最小的原子,本身没有腐蚀性,但却具有极强的渗透性。因为氢原子的尺寸比金属原子小得多,所以氢能在高温高压下分解成氢原子,然后渗入金属材料晶格阵列的空隙位置。这种渗透过程主要经过以下几个阶段:
(1)氢(H2)与金属材料(M)表面发生碰撞,导致金属材料(M)表面对痕量氢(H2)的物理吸附形成混合物(H2M),即H2+M→H2M。
(2)混合物(H2M)继续与金属材料(M)的外部表面相接触,形成一个氢原子(HadM),它吸附在金属的外部表面上,这个过程称为化学吸附过程,而在高温高压条件下,可以促进化学吸附过程,即H2M+M→2HadM。
(3)金属材料(M)外表面对氢原子的吸附达到饱和时,就会逐渐溶解扩散,形成渗透到材料内原子氢的现象,即HadM→MHad。
(4)环境温度和压力降低后,原子氢(MHad)逐渐析出,在金属材料中(M)内重组成氢分子(H2),即2HadM→2M+H2。因为氢分子比氢原子大得多,所以氢分子留在金属材料内部不能“逃逸”,金属材料内部会出现裂纹,造成材料脆性,这种情况就是所谓的氢脆现象。
该压力传感器是将压力信号转换为电信号进行控制和远传的装置,核心元件为单晶硅谐振感应器和测量膜盒。测压仪工作时,测压膜盒与测压膜接触,测压膜通过测压膜内侧密封处灌充的硅油传导液,将测压膜传至微真空腔内的弹性元件(谐振梁),造成弹性元件发生微小的变形,其变形程度与压力成正比。通过单晶硅谐振传感器和单片机,压力变送器将形变位移程度转换为4~20毫安的远传电流信号,从而实现介质压力的测量。为降低传递过程中的压力损失,防止被测量介质的腐蚀,一般选用具有一定弹性和抗腐蚀性能的金属薄壁材料(厚度在40~80μm之间,各设备供应商略有不同)制成测量膜片,常用的测量膜片材质有不锈钢316L、哈氏合金、钽、钛等多种材质。因膜片厚度测量不到0.1mm,常规的压力变送器在恶劣的工作环境(高温高压、高浓度氢气存在)下极易发生氢脆现象并受影响,造成膜片韧性退化,失去弹性,出现空腔鼓包或裂纹。随时间推移,氢分子甚至可以穿透测量膜进入隔离硅油传导液中,出现气泡,增加压力传递过程中的损耗,也会直接影响压力变送器的测量效果,造成压力变送器零点漂移,输出不稳定,测量误差使压力测量参数产生波动,更严重的情况下,甚至损坏仪表,造成事故。

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