Датчик давления морской воды длительное время контактирует со средой, содержащей ионы хлора. Коррозионная стойкость контактирующих со средой материалов напрямую влияет на надежность измерений и затраты на обслуживание. Титан и нержавеющая сталь имеют свои ограничения по применению. При выборе необходимо комплексно учитывать температуру морской воды, скорость потока, продолжительность погружения и конструкцию установки.

I. Почему морская вода легко вызывает коррозию датчиков давления?

Ионы хлора и локальная коррозия

Концентрация ионов хлора в природной морской воде обычно составляет около 19 g/L, однако фактическое значение меняется в зависимости от солености и акватории. Ионы хлора могут разрушать пассивную пленку на поверхности нержавеющей стали, вызывая точечную коррозию отдельных участков и образование небольших отверстий, которые трудно заметить невооруженным глазом.

Разделительная мембрана датчика давления обычно довольно тонкая. Даже небольшая площадь локальной коррозии может повлиять на передачу давления, а в серьезных случаях привести к утечке среды. Поэтому важно проверять не только состояние корпуса, но и материалы мембраны и штуцера давления.

Повышение температуры, длительный застой морской воды, отложения и обрастание микроорганизмами могут увеличить риск локальной коррозии. Следует также учитывать остаточную морскую воду в соединениях трубопровода после остановки системы, работающей в прерывистом режиме.

Щели и соединения разнородных металлов

У основания резьбы, по краям уплотнительной прокладки и рядом с мембраной могут образовываться узкие зазоры. Различие концентрации кислорода внутри и снаружи зазора может ускорить локальную коррозию, особенно при длительном застое морской воды.

Если титан соединен с нержавеющей или углеродистой сталью либо другими разнородными металлами, одновременно контактирующими с морской водой, необходимо также учитывать гальваническую коррозию. Более коррозионностойкий титан может не пострадать, однако риск коррозии соединенного с ним другого металла может быть выше.

При проектировании следует по возможности избегать ненужных щелей и с учетом материала трубопровода, соотношения площадей и электрического контакта оценить применимость изолирующих вставок, изоляционных прокладок или других защитных мер.

II. Сравнение коррозионной стойкости титана и нержавеющей стали в морской воде

Основные свойства материалов

Титан противостоит коррозии благодаря стабильной оксидной пленке на поверхности. Во многих условиях эксплуатации в морской воде при обычной температуре он хорошо сопротивляется точечной и щелевой коррозии, поэтому подходит для длительного погружения и труднодоступных для обслуживания мест. При этом необходимо различать марки технически чистого титана и титановых сплавов.

Нержавеющая сталь 316 содержит молибден и обычно лучше стали 304 противостоит коррозии под воздействием хлоридов, но это не означает, что она подходит для любых условий эксплуатации в морской воде. При застое морской воды, покрытии отложениями или наличии длительно существующих уплотнительных щелей в стали 316 все еще может возникать точечная или щелевая коррозия.

Нержавеющая сталь 304 относительно недорога, однако при прямом контакте с морской водой риск локальной коррозии обычно выше. Нельзя определять пригодность материала только по тому, что он называется «нержавеющей сталью». Приведенное ниже сравнение предназначено для предварительного отбора и не заменяет оценку реальных условий эксплуатации.

Учитывайте цену и затраты на обслуживание

Первоначальная закупочная стоимость оборудования из титана обычно выше, однако в системах с морской водой, где предусмотрено длительное погружение и затруднен демонтаж, в общую стоимость следует также включить расходы на простой, замену и поверку.

Если на объекте используется датчик из нержавеющей стали с разделительным устройством, перед закупкой необходимо одновременно рассчитать расходы на разделительную мембрану, конструкцию линии подвода давления, монтаж и последующее обслуживание, а не сравнивать только цены датчиков.

Титан также не является универсальным решением для любых коррозионных условий. Если в морской воде присутствуют дополнительные химические реагенты, аномально высокие температуры или особые электрохимические условия, следует попросить поставщика оборудования подтвердить пригодность материала с учетом конкретной среды.

III. Выбор контактирующей со средой конструкции с учетом условий эксплуатации

Длительное погружение и измерение давления в трубопроводе

В таких областях применения, как водозаборы морской воды, трубопроводы морского охлаждения и морское оборудование, если датчик должен длительное время находиться в непосредственном контакте с морской водой, можно в первую очередь оценить применимость разделительной мембраны и штуцера давления из титана, а также проверить материалы сварных швов и уплотнений.

В местах, где возможно отложение песка или биологическое обрастание, конструкция штуцера должна обеспечивать удобство осмотра и очистки. При очистке не следует царапать мембрану твердыми предметами, чтобы не повредить разделительную конструкцию и не вызвать погрешность измерений.

При использовании импульсной трубки также необходимо проверить материал трубопровода, риск засорения и высоту установки. Коррозионная стойкость корпуса датчика не означает, что вся система подвода давления пригодна для длительной эксплуатации в морской воде.

Кратковременный контакт и измерение с разделением среды

В условиях кратковременных испытаний или регулярного демонтажа для осмотра применимость нержавеющей стали 316 зависит от фактической продолжительности контакта, температуры, состояния потока и допустимого интервала обслуживания. Нельзя определять ее только по признаку «кратковременный контакт».

Также можно рассмотреть использование разделительной мембраны, стойкой к морской воде, чтобы отделить ее от внутренних чувствительных к давлению компонентов датчика. Разделительная мембрана, соединительные детали, уплотнения и система заполнения должны соответствовать условиям по давлению и температуре.

Разделительное устройство может повлиять на быстродействие системы и температурную погрешность; это особенно важно при измерении в малом диапазоне. Необходимость в капиллярной трубке, конструкции с промывкой или удаленной установке определяется условиями на объекте.

Все контактирующие со средой компоненты требуют внимания

К контактирующим со средой материалам относится не только мембрана датчика, но и присоединительный штуцер, сварные участки, разделительная мембрана, уплотнительное кольцо, а также импульсная трубка, если она соприкасается со средой. Несовместимость любого из этих компонентов может стать причиной неисправности.

При оформлении заказа следует попросить поставщика отдельно указать марки материалов всех контактирующих со средой компонентов, а не ограничиваться общими описаниями вроде «корпус из титанового сплава» или «корпус из нержавеющей стали 316».

Также следует проверить, подходят ли уплотнительные материалы для морской воды, рабочей температуры и чистящих реагентов. Для погружного исполнения с кабелем необходимо проверить оболочку кабеля, соединители и степень защиты при полном погружении.

IV. Как согласовать диапазон измерения, температуру и степень защиты при выборе?

Сначала определите условия измерения

Для датчиков давления необходимо различать измерение избыточного, абсолютного давления и вакуума. Диапазон измерения должен охватывать нормальное давление и возможные колебания, а также необходимо проверить пиковые значения мгновенного давления при пуске и остановке системы, срабатывании клапанов и других событиях.

Например, давление при измерении статического уровня жидкости можно оценить по плотности жидкости, ускорению свободного падения и глубине. Плотность морской воды меняется в зависимости от солености и температуры; при повышенных требованиях к точности следует выполнить коррекцию по фактической плотности на объекте.

Температуру среды и окружающую температуру также следует проверять отдельно. Указанный для оборудования верхний температурный предел нельзя напрямую считать гарантией срока службы при длительной эксплуатации. При выборе необходимо учитывать колебания температуры, место установки и условия обслуживания.

Проверьте область применения по техническим характеристикам изделия

Для промышленных сред, включая жидкости и газы, совместимых с нержавеющей сталью 304 или 316, можно рассмотреть отечественный высокотемпературный датчик давления BYP310 с сенсором давления на основе диффузионного кремния. В документации на это изделие указаны контактирующие со средой материалы 304 или 316; наличие контактирующей со средой конструкции из титана не подтверждено.

Доступный диапазон избыточного давления составляет от 0～0.01 MPa до 0～250 MPa; номинальный диапазон температуры среды — от -30 до +85℃. Также доступны варианты выходного сигнала, включая 4～20 mA. Несмотря на слово «высокотемпературный» в названии изделия, при эксплуатации следует руководствоваться температурным диапазоном, подтвержденным для конкретной модели.

Конфигурацию с контактирующими со средой компонентами из нержавеющей стали нельзя автоматически считать подходящей для длительного погружения в морскую воду. Перед прямым измерением морской воды поставщик должен оценить риск коррозии. Если требуются контактирующие со средой компоненты из титана или решение с разделением среды, необходимо отдельно уточнить возможность их поставки и соответствующие характеристики.

V. Рекомендации перед заказом и основные аспекты обслуживания

Предоставьте полную информацию об условиях эксплуатации

Компания Сиань Шэнхунчуан инструментов и приборов предоставляет услуги по продаже датчиков, преобразователей и соответствующих контрольно-измерительных изделий, а также техническую поддержку. Ее производственной базой является компания Шэньси Цинькун сенсорных технологий. При работе с морской водой или специальными средами следует руководствоваться конфигурацией и технической документацией, согласованными обеими сторонами.

При запросе информации рекомендуется указать среду в точке измерения, температуру, диапазон давления, присоединительный интерфейс, выходной сигнал и планируемый интервал обслуживания, а также сообщить, будет ли оборудование длительно погружено в воду, установлено на трубопроводе для измерений в процессе работы или использоваться для кратковременных проверок.

После ввода в эксплуатацию следует проверять утечки в соединениях, отложения и изменение нуля с учетом условий эксплуатации, а также периодически выполнять поверку в соответствии с требованиями объекта. При обнаружении отклонений следует одновременно проверить наличие коррозии и засорения, а также состояние электрических соединений.

Чтобы определить решение для точки измерения в морской воде, передайте техническим специалистам указанные выше параметры условий эксплуатации и требования к контактирующим со средой материалам. Перед выбором и оформлением заказа отдельно подтвердите характеристики мембраны, соединений, уплотнений и защитной конфигурации.