В условиях кислот и щелочей материал мембраны нельзя выбирать, ориентируясь только на «коррозионную стойкость»

Коррозионностойкие датчики дифференциального давления применяются для измерения перепада давления, уровня, расхода и других параметров кислотных, щелочных, солевых растворов и агрессивных технологических сред. Мембрана является ключевым компонентом, который первым контактирует со средой и наиболее подвержен отказам. Точечная коррозия, коррозия под напряжением, вздутие, проницаемость или отложения кристаллов на мембране могут в лёгких случаях привести к смещению нуля и замедлению отклика, а в тяжёлых — к утечке разделительной жидкости и прерыванию измерений.

При фактическом выборе нельзя руководствоваться только наименованием среды. Например, для соляной кислоты массовая доля, рабочая температура, наличие окислительных примесей и среда с перепадом концентрации хлорид-ионов изменяют пределы стойкости материала. Аналогично, требования к материалу мембраны для низкоконцентрированного раствора гидроксида натрия при комнатной температуре и для концентрированной горячей щёлочи существенно различаются.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instruments Co., Ltd. при разработке решений для коррозионностойких измерений перепада давления обычно сначала определяет состав среды, а затем комплексно оценивает температуру, давление, вакуум, частоту промывки и монтажную конструкцию. Для условий с неизвестным составом, часто меняющейся рецептурой или несколькими агрессивными компонентами следует ориентироваться на паспорта безопасности среды и фактические данные по коррозии, избегая прямого выбора материала только на основе опыта.

Логика совместимости распространённых материалов мембран с кислотными и щелочными средами

Металлические мембраны: сочетание прочности, стабильности и коррозионной стойкости

Нержавеющая сталь 316L является одним из наиболее распространённых материалов, контактирующих со средой, в датчиках давления и дифференциального давления. Она подходит для большинства нейтральных сред, слабокоррозионных жидкостей и части низкоконцентрированных кислотных и щелочных сред. Благодаря хорошей обрабатываемости и свариваемости она применяется в обычных химических трубопроводах, системах водоснабжения и водоотведения, стандартных кислотных и щелочных резервуарах и других условиях, однако её не следует без дополнительной оценки использовать для концентрированной соляной кислоты, влажного хлора или высокотемпературных хлорсодержащих сред.

Сплав Хастеллой C-276 обладает высокой стойкостью к восстановительным кислотам, точечной и щелевой коррозии, а также лучше адаптирован к соляной, серной, фосфорной кислотам и некоторым средам с хлорид-ионами. В кислотных технологических процессах при температуре от 20℃ до 80℃ и определённых колебаниях концентрации мембрана из C-276 обычно имеет больший запас надёжности, чем 316L.

Танталовые мембраны обладают превосходной коррозионной стойкостью к соляной, серной, азотной и многим другим сильным кислотам и часто применяются в критических точках измерения с высокой агрессивностью среды, высокой ценностью процесса или непрерывной эксплуатацией. Однако тантал имеет высокую стоимость, а также требует оценки воздействия фторид-ионов, сильных щелочей и высоких температур. Титан хорошо противостоит морской воде, влажному хлору и некоторым окислительным средам, но не является универсальным выбором для восстановительных кислот.

Неметаллические разделительные решения: устранение проблем сильной коррозии и налипания

Границы применения футеровки PTFE, PFA и разделительных мембранных уплотнений

Для сильных кислот, сильных щелочей, фторидов, хлорсодержащих окислительных сред или жидкостей, склонных к налипанию и кристаллизации, могут использоваться контактирующие со средой решения из фторопластов, таких как PTFE и PFA. Эти материалы обладают высокой химической инертностью и широкой применимостью в распространённых кислотных и щелочных средах, особенно для гальванических процессов, травления кислотами, очистки отходящих газов, химического дозирования и очистки сточных вод.

Следует учитывать, что коррозионная стойкость фторопластов не означает возможности замены ими металлических мембран. Механическая прочность, допустимое давление и размерная стабильность PTFE отличаются от металлов; при высоком статическом давлении, частых пульсациях давления или вакуумном всасывании необходимо уделить особое внимание толщине футеровки, конструкции фланца и опорной конструкции мембраны. Для применений с диапазоном перепада давления от 1kPa до 10kPa также необходимо оценивать влияние на скорость отклика и стабильность нулевой точки.

Когда температура среды превышает 100℃, среда имеет высокую вязкость, склонна к затвердеванию или точка измерения подвержена сильной вибрации, рекомендуется использовать коррозионностойкий датчик дифференциального давления с мембранным уплотнением и выбирать подходящую заполняющую жидкость в соответствии с условиями эксплуатации. Монтажные трубопроводы следует по возможности делать короче, чтобы уменьшить влияние газожидкостных двухфазных потоков, отложений и температурных градиентов на сигнал дифференциального давления.

Среды высокого риска требуют отдельной проверки

Плавиковую кислоту, олеум, концентрированную азотную кислоту, гипохлорит натрия, влажный хлор, смешанные кислоты, а также кислотные и щелочные суспензии с твёрдыми частицами нельзя рассматривать как обычные кислотные и щелочные среды. Например, плавиковая кислота даже при концентрации ниже 5% может заметно разрушать стекло, материалы на основе кремния и многие металлы; как правило, для неё требуется специальное проектирование с использованием контактирующих деталей из PTFE, PFA и других материалов.

Сильные окислительные среды, такие как гипохлорит натрия, не только вызывают коррозию мембраны, но и могут разлагаться под воздействием высокой температуры, света или примесей. При повышении технологической температуры с 25℃ до 60℃ скорость коррозии и риск выделения газа могут значительно возрасти; поэтому необходимо одновременно проверить совместимость материалов уплотнений датчика, штуцеров отбора давления и монтажного клапанного блока.

Для сред, содержащих частицы, волокна, кристаллические соли или полимеры, налипший слой на поверхности мембраны изменяет состояние её нагружения и создаёт «ложный перепад давления». В таких условиях рекомендуется использовать мембраны заподлицо, фланцевые мембранные уплотнения или конструкции с возможностью промывки, а также включать периодичность обслуживания в проектные требования, например оптимизируя частоту очистки по фактическим эксплуатационным данным за 1 месяц, 3 месяца или 6 месяцев.

Параметры, которые необходимо одновременно подтвердить при выборе датчика дифференциального давления

После определения материала мембраны необходимо также подтвердить диапазон дифференциального давления, допустимое одностороннее перегрузочное давление, класс статического давления и технологическую температуру. Например, перепад давления фильтра с диапазоном измерения от 0kPa до 6kPa и перепад давления реактора от 0kPa до 1.6MPa предъявляют совершенно разные требования к толщине мембраны, конструкции заполнения и способности защиты от перегрузки. Обычно диапазон следует выбирать так, чтобы нормальное рабочее значение находилось в пределах от 30% до 80% полной шкалы.

Уплотнения также являются важным звеном в системе коррозионной защиты. Даже если мембрана изготовлена из сплава Хастеллой или тантала, при несоответствии материалов уплотнительного кольца, прокладки или клапанного блока коррозия всё равно может начаться в местах соединений. Распространённые уплотнительные материалы FKM, EPDM, PTFE и другие необходимо отдельно проверять в зависимости от типа кислоты или щёлочи, температуры и промывочной среды.

Способ выхода сигнала и степень защиты также должны соответствовать условиям на объекте. В химических установках обычно используются выходы 4mA至20mA, RS485 или интеллектуальная связь; для наружных, влажных зон и участков промывки обычно рекомендуется конструкция со степенью защиты не ниже IP65. При наличии на объекте горючих и взрывоопасных газов также необходимо в соответствии с классификацией зоны подтвердить требования к искробезопасному или взрывозащищённому исполнению.

Подтверждение решения для коррозионностойкого измерения перепада давления на основе фактических условий эксплуатации

Надёжность коррозионностойкого датчика дифференциального давления обеспечивается комплексной совместимостью мембраны, уплотнений, разделительной конструкции, способа монтажа и технологических параметров, а не только классом отдельного материала. Для установок непрерывного производства рекомендуется до ввода в эксплуатацию определить верхний предел концентрации среды, максимальную температуру, нештатное давление и моющие реагенты, предусмотрев необходимый запас коррозионной стойкости.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instruments Co., Ltd. может, исходя из состава кислотной или щелочной среды, диапазона измерения, размера присоединения, выходного сигнала и требований взрывозащиты на объекте, предоставить рекомендации по комплектации коррозионностойких датчиков дифференциального давления и нестандартных мембранных уплотнений, а также обеспечить стабильность измерений посредством заводской калибровки и контроля.

Предоставьте такие параметры, как наименование среды, концентрация, температура, давление, диапазон дифференциального давления и способ монтажного соединения, чтобы дополнительно подтвердить решение из 316L, сплава Хастеллой, тантала, титана или PTFE/PFA для коррозионной защиты и получить конфигурацию измерения дифференциального давления, более соответствующую условиям эксплуатации на объекте.