Для каких агрессивных сред подходит дифференциальный преобразователь давления с PTFE?

В химическом производстве, охране окружающей среды, гальванике, гидрометаллургии, фармацевтике, тонкой химии и других процессах измерение давления или уровня кислотных, щелочных, солевых растворов и хлорсодержащих сред часто связано с высоким риском коррозии. Смачиваемые части из обычной нержавеющей стали при длительном контакте с агрессивными средами могут подвергаться точечной коррозии, щелевой коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, что, в свою очередь, влияет на стабильность нулевой точки, точность измерений и срок службы преобразователя дифференциального давления.

Под преобразователем дифференциального давления с политетрафторэтиленом обычно понимается устройство для измерения перепада давления, в котором мембрана, футеровка, уплотнения или импульсная конструкция, контактирующие со средой, выполнены из PTFE либо защищены конструкцией из PTFE. PTFE обладает превосходной химической стабильностью, низкой поверхностной энергией и хорошей коррозионной стойкостью, что позволяет оборудованию работать в различных условиях сильной коррозии.

Однако использование политетрафторэтилена не означает совместимость со всеми средами. При фактическом подборе необходимо также комплексно учитывать концентрацию, температуру и давление среды, наличие твердых частиц, склонность к кристаллизации, наличие вакуумных условий, а также конструкцию мембранного уплотнения и материал фланца, чтобы не принимать решение только на основании одного условия «коррозионная стойкость».

I. Особенности коррозионной стойкости смачиваемых конструкций из PTFE

1. Химическая стабильность для различных агрессивных жидкостей

Молекулярная структура политетрафторэтилена стабильна, и он обладает хорошей стойкостью ко многим распространенным неорганическим кислотам, органическим кислотам, сильным щелочам и солевым растворам. При нормальной или низкой и средней температуре мембрана из PTFE, контактирующая со средой, снижает вероятность прямого контакта среды с металлической мембраной и подходит для контроля перепада давления, уровня и перепада давления на фильтрах в агрессивных средах.

Для таких кислотных сред, как соляная, серная, фосфорная и азотная кислоты, необходимо в первую очередь уточнить фактическую концентрацию среды и рабочую температуру. Например, механизмы коррозии материалов в разбавленной кислоте при нормальной температуре и в концентрированной кислоте при высокой температуре различаются. Подбор нельзя осуществлять только по названию среды; он должен основываться на технологических параметрах и данных о совместимости материалов.

В условиях щелочных растворов, таких как гидроксид натрия, гидроксид калия, карбонат натрия и карбонат калия, PTFE обычно демонстрирует хорошую химическую инертность. Для измерения уровня в резервуарах со щелочью, перепада давления в скрубберах и перепада давления фильтра в трубопроводах циркуляции щелочи мембранное уплотнение с коррозионной стойкостью позволяет уменьшить прямое воздействие среды на датчик.

PTFE также характеризуется низким коэффициентом трения и низкой адгезией. Для некоторых агрессивных сред, склонных к налипанию, кристаллизации или обладающих небольшой вязкостью, рациональный выбор плоской мембраны, установки заподлицо или конструкции с выносным уплотнением помогает уменьшить засорение отверстий отбора давления и проблемы дрейфа измерений.

2. При выборе конструкции для измерения перепада давления нельзя учитывать только материал мембраны

Преобразователь дифференциального давления состоит из чувствительного элемента, разделительной мембраны, заполняющей жидкости, технологических соединений, уплотнительных прокладок, импульсных линий и электрической части. Даже при наличии защитного слоя PTFE на поверхности мембраны недостаточная коррозионная стойкость фланцев, болтов, капилляров, импульсных трубок или уплотнительных колец все равно может привести к отказу всей системы.

Для оборудования, устанавливаемого непосредственно на фланец емкости, необходимо одновременно подтвердить стойкость к среде материала фланца, смачиваемой вставки, прокладок и крепежных элементов. Для конструкций выносного измерения перепада давления также необходимо подтвердить материал внешней защиты капилляра, температурный диапазон заполняющей жидкости и условия монтажа, чтобы предотвратить ошибки передачи сигнала, вызванные высокой или низкой температурой.

Если среда обладает сильной окислительной способностью, высокой проникающей способностью или характеризуется высокой температурой, конструкция из PTFE может подвергаться рискам проникновения среды, деформации, старения или нарушения герметичности. Для таких условий рекомендуется, чтобы технические специалисты провели комплексную оценку с учетом технологического давления, колебаний температуры, места установки и периодичности обслуживания.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instrumentation Co., Ltd. может предоставить поддержку по подбору преобразователей дифференциального давления с учетом конкретной среды, диапазона измерений, спецификации фланца, выходного сигнала и способа монтажа, а также подобрать подходящие смачиваемые материалы и решения мембранного уплотнения в соответствии с фактическими условиями эксплуатации.

II. Распространенные агрессивные среды и области применения

1. Контроль перепада давления в кислотных средах

Преобразователи дифференциального давления с политетрафторэтиленом часто используются в измерительных системах для соляной, серной, фосфорной, уксусной, лимонной кислот и некоторых растворов смешанных кислот. На этапах кислотного травления, гальваники, регенерации отработанных кислот, абсорбции отходящих газов, химической очистки и транспортировки кислотных растворов они могут применяться для контроля уровня в резервуарах, перепада давления в реакторах, степени засорения фильтров или перепада давления до и после насоса.

Например, в скруббере соляной кислоты преобразователь может отражать изменение сопротивления внутри колонны по разности давления на сторонах высокого и низкого давления. При засорении насадки, отклонении расхода орошения или изменении состояния газожидкостного контакта сигнал перепада давления может служить ориентиром для технологической корректировки и технического обслуживания оборудования.

Применимость к сернокислым средам следует определять с учетом концентрации и температуры. Совместимость материалов с низкоконцентрированной серной кислотой, серной кислотой при высокой температуре и серной кислотой с примесями может различаться. В особенности в местах соединения оборудования следует избегать образования скоплений жидкости, застойных зон или щелей, чтобы снизить риск локальной коррозии и осаждения кристаллов.

Для условий с фторсодержащими кислотами, смешанными кислотами или высокочистыми кислотами рекомендуется до закупки предоставить полный состав среды, включая тип кислоты, диапазон концентраций, максимальную температуру, нормальное давление и периодичность очистки. Уточнение параметров позволяет сократить простои и затраты на обслуживание, вызванные ошибками при выборе материалов.

2. Щелочные среды и солевые растворы

В системах приготовления каустической соды, щелочной промывки, производства бумаги, крашения и печати, нейтрализации сточных вод и химической очистки широко применяется раствор гидроксида натрия. Смачиваемая конструкция из PTFE обычно может использоваться для измерения перепада давления в таких щелочных средах, однако необходимо учитывать влияние горячих концентрированных щелочей на другие материалы системы, уплотнения и заполняющую жидкость.

Растворы хлорида натрия, хлорида кальция, сульфата натрия, сульфата меди, хлорида железа и других солей широко применяются в промышленном производстве. Солевые растворы могут обладать электропроводностью, а также кристаллизоваться вследствие концентрирования, испарения или снижения температуры; поэтому место измерения следует по возможности располагать вне зон, склонных к образованию отложений.

В гальванических растворах, отработанных кислотах после травления и солесодержащих сточных водах состав среды обычно сложен и может одновременно включать кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов, хлорид-ионы и взвешенные вещества. В этом случае помимо коррозионной стойкости PTFE необходимо учитывать образование отложений на поверхности мембраны, абразивный износ твердыми частицами и засорение каналов отбора давления.

Для измерения перепада давления до и после фильтрующего устройства диапазон можно выбирать в соответствии с нормальным сопротивлением фильтра и допустимым падением давления. Обычно предусматривается определенный запас: например, при нормальном перепаде давления от 20kPa до 40kPa с учетом колебаний системы можно выбрать диапазон 60kPa, 100kPa или другой более подходящий диапазон перепада давления, чтобы избежать длительной работы на полном диапазоне.

3. Хлорсодержащие, окислительные среды и среды очистки отходящих газов

Хлорсодержащие среды часто встречаются при производстве гипохлорита натрия, отбеливании, дезинфекции, водоподготовке, очистке гальванических отходящих газов и во вспомогательных системах хлор-щелочной промышленности. Хлорид-ионы легко вызывают точечную и щелевую коррозию некоторых металлических материалов, поэтому выбор смачиваемых материалов должен быть особенно тщательным.

Для окислительных сред, таких как гипохлорит натрия, хлорсодержащие сточные воды и отбеливающие растворы, помимо подтверждения совместимости слоя PTFE или уплотнений из PTFE, необходимо также уточнить концентрацию, значение pH, температуру и наличие свободного хлора. В реальных технологических процессах колебания среды часто более заметны, чем предполагает номинальная рецептура, поэтому при подборе следует ориентироваться на условия с наибольшим риском.

В башнях поглощения кислотного тумана, щелочных скрубберах и установках очистки отходящих газов преобразователи дифференциального давления часто используются для контроля сопротивления слоя насадки. Постоянное повышение перепада давления может указывать на образование отложений на насадке, неравномерное орошение, засорение каплеуловителя или аномальный расход газа, что позволяет обслуживающему персоналу своевременно выявить причину.

Для влажного хлора, смешанного кислотного тумана или агрессивных газожидкостных двухфазных сред необходимо прежде всего предотвратить попадание конденсата в неустойчивые к коррозии участки отбора давления. Приоритетное применение рациональной конструкции отбора давления, мембранного уплотнения и уклона при монтаже позволяет повысить долговременную стабильность измерений.

III. Справочная таблица совместимости сред

Приведенная выше таблица является предварительной справочной информацией для распространенных условий и не заменяет подтверждение совместимости материалов для конкретного проекта. В особенности для смешанных сред, регенерированных растворов, маточных растворов, отходов и технологических жидкостей с часто меняющимся составом в качестве основы для подбора следует использовать полный химический состав и наиболее жесткие рабочие параметры.

Температура среды является важным фактором, влияющим на свойства материалов. Даже одна и та же агрессивная жидкость при 20℃, 80℃ и 150℃ может по-разному воздействовать на мембрану, уплотнения и заполняющую жидкость. В реальных проектах необходимо одновременно указывать нормальную температуру, максимальную температуру и кратковременную аномальную температуру.

Технологическое давление и диапазон измерения перепада давления также должны подтверждаться отдельно. Статическое давление системы может достигать 1.0MPa, 1.6MPa или даже выше, тогда как фактически измеряемый перепад давления может составлять только от 10kPa до 50kPa. Только рациональное согласование класса статического давления и диапазона перепада давления позволяет обеспечить и разрешающую способность измерений, и надежность оборудования.

При измерении уровня агрессивной жидкости в резервуаре методом перепада давления необходимо также учитывать плотность среды. Высота уровня, изменение плотности и давление внутри резервуара влияют на результат пересчета перепада давления; при необходимости следует предусмотреть температурную компенсацию, корректировку плотности или выбрать более подходящее решение для измерения уровня.

IV. Специальные среды, для которых не рекомендуется напрямую применять решение с PTFE

1. Следует соблюдать осторожность при сильном фторировании, активных металлах и экстремальных условиях

Хотя PTFE имеет широкий диапазон коррозионной стойкости, он подходит не для всех химических сред. Щелочные металлы в расплавленном или высокотемпературном состоянии, некоторые сильно фторирующие среды и специальные реакционные среды могут неблагоприятно воздействовать на PTFE; их нельзя выбирать, руководствуясь только обычным опытом кислотно-щелочной стойкости.

Для специальных сред, таких как жидкий или газообразный фтор и сильные окислительные фториды, необходимо проводить отдельное подтверждение на основе профессиональных данных о совместимости материалов и реальных технологических условий. Такие условия обычно также затрагивают класс безопасности, способ герметизации, риск утечки и требования к защите, поэтому требуют совместной оценки специалистами по технологии, оборудованию и КИПиА.

Системы с высокой температурой, глубоким вакуумом или частыми пульсациями давления также могут создавать значительные нагрузки на футеровку из PTFE или уплотнительные конструкции из PTFE. Под воздействием температурных циклов и механических напряжений материал может подвергаться холодному течению, ползучести или изменению предварительного усилия уплотнения, поэтому нельзя игнорировать способ монтажа и периодичность обслуживания.

Если среда содержит большое количество твердых частиц, кристаллов или высокоскоростной пульпы, поверхность PTFE также может подвергаться абразивному износу. Для условий с рудной пульпой, суспензией кристаллических солей, сточными водами с песком и аналогичными средами необходимо с учетом скорости потока, размера частиц и содержания твердой фазы определить, требуется ли износостойкая конструкция или изменение точки отбора давления.

2. Основные параметры, рекомендуемые к предоставлению до подбора

Для обеспечения соответствия преобразователя дифференциального давления с политетрафторэтиленом рекомендуется четко указать наименование среды, полный состав, диапазон концентраций, значение pH, плотность, вязкость и наличие твердых частиц. Для смешанных жидкостей следует перечислить основные компоненты и возможные побочные продукты, а не указывать только сокращенное технологическое наименование.

Температурные параметры должны включать нормальную рабочую температуру, максимальную температуру, минимальную температуру и частоту изменения температуры; параметры давления должны включать рабочее давление системы, максимальное допустимое давление, диапазон перепада давления и возможные гидроудары. Чем полнее параметры, тем легче определить конфигурацию мембраны, фланца, уплотнений и заполняющей жидкости.

Информация о монтаже также важна, включая диаметр трубопровода, стандарт фланца, расположение отверстия отбора давления, ориентацию оборудования, наличие вибрации и принадлежность площадки к взрывоопасной зоне. Для различного оборудования, такого как фильтры, колонны и резервуары, способы отбора перепада давления и конструкции импульсных линий также различаются.

В части настройки сигнала в соответствии с требованиями системы управления можно выбрать 4mA至20mA, связь RS485 или другие подходящие способы. Для случаев, требующих блокировочной защиты, также необходимо подтвердить пороги сигнализации, требования к индикации, условия электропитания и условия прокладки кабелей на объекте.

V. Таблица подбора преобразователя дифференциального давления с политетрафторэтиленом

Преобразователь дифференциального давления с политетрафторэтиленом подходит для измерения различных кислотных, щелочных, солевых и хлорсодержащих агрессивных сред, особенно в условиях, когда обычные металлические смачиваемые материалы не могут длительно и стабильно работать. Он может обеспечить надежное направление выбора приборной конфигурации для контроля перепада давления на фильтрах, сопротивления колонн, уровня в резервуарах и перепада давления в трубопроводах.

Однако основа коррозионно-стойких измерений заключается не только в выборе материала PTFE, но и в системном согласовании среды, температуры, давления, типа соединения, конструкции уплотнения и места монтажа. Для сложных коррозионных условий полноценное предварительное техническое подтверждение позволяет снизить риск последующих утечек, дрейфа, засорения и частого обслуживания.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instrumentation Co., Ltd. и ее производственная база Shaanxi Qinkong Sensor Technology Co., Ltd. предлагают преобразователи дифференциального давления, преобразователи давления, преобразователи уровня и сопутствующие интеллектуальные приборы для задач промышленной автоматизации измерений и управления, а также могут предоставлять нестандартную разработку и техническое обслуживание с учетом условий на объекте.

Чтобы определить, подходит ли преобразователь дифференциального давления с политетрафторэтиленом для вашей кислотной, щелочной, хлорсодержащей или смешанной агрессивной среды, предоставьте информацию о составе среды, концентрации, температуре, статическом давлении, диапазоне перепада давления и монтажном интерфейсе, чтобы получить рекомендации по подбору, более соответствующие условиям эксплуатации на объекте.