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浅析法兰式毛细管型

浅析法兰式毛细管型

2005/1/26 22:43:00
1.概述 在中原大化集团公司的尿素、三聚氰胺界区,由于部分被测介质易结晶、易固化堵塞等原因,广泛使用带毛细管法兰膜片式变送器(以下简称毛细管变送器)来测量压力、差压和液位。由于受被测介质高温、高压、强腐蚀性等因素的影响,这些毛细管变送器极易损坏,使用寿命较长的二至三年,较短的半年至一年,最短的仅有几个月甚至几十天就没有指示了,对生产装置的安全运行极为不利。在尿素界区,曾经有过因毛细管变送器膜片损坏,造成高温高压介质从法兰与毛细管焊接接口处喷出,造成尿素系统停车的恶性事故,给工厂造成重大损失。但目前还没有更好的手段来替代这种检测方式,这使我们不得不正确面对这个棘手问题深入研究,用科学的和实事求是的方法来分析问题和解决问题,力争减少损失并保证现场仪表运行正常。在调查研究的基础上,本文就该类仪表损坏原因进行分析并提出解决办法及对策。 2. 损坏原因分析 2.1 损坏现象及部位 一般毛细管变送器损坏情况有三种:无指示、指示不准或昼夜指示变化大,检查变送器及毛细管法兰膜片,一般也会在法兰膜片上发现以下几种情况:①膜片变形凹陷;②膜片变形凸出(鼓包);③膜片破裂或被腐蚀冲刷破损;④毛细管接口或变送器取压法兰处有渗油迹象;⑤膜片无任何破损现象。⑥毛细管断裂。 2.2 原因分析 2.2.1 膜片变形凹陷:这一般是毛细管任一端或变送器取压法兰密封有问题。毛细管焊接有砂眼、机械损伤或机械疲劳损伤断裂,因振动或温度变化使充液孔、变送器取压法兰密封不良等,在工艺过程静压作用下都会渗漏填充液,静压越高,渗漏的速度越快,当填充液部分渗漏出去后,其压力传输能力会减弱或丧失,仪表指示不准或无指示。此时变送器弹性感压膜片就会单向承受过程压力,使很薄的膜片(厚度只有0.4~0.5mm)贴到法兰体或插入筒的支撑体上,严重的有膜片被击穿破裂,甚至从毛细管断裂处喷出工艺介质的严重事故。 2.2.2 膜片变形凸出(鼓包):九六年三月PT-09207指示不准,系统停车后系统压力迅速下降而此表指示确上升,拆回后检查发现隔离膜片凸出表面成半球状并且焊缝已经有微量裂开。九六年十月检修后PT-09207新更换一台仪表,调较及试压时运行比较稳定,回装现场后指示时常波动,正常时应是144MPa左右但是每隔一段时间就出现一次指示偏高的现象。最高时可达155MPA,停车后检查发现隔离膜片变成球状,并且焊缝处漏油温度较高。这种现象在很长一段时间内得不到较有说服力的解释,也曾有人怀疑是操作失误、工艺过程出现抽真空工况所致,还有种看法是填充液(硅油)受介质高温膨胀造成的,其实这两种看法是缺少理论根据的:因为在真空系统中使用这种表几乎没有出现过鼓包现象,而在高温环境中使用的膜片鼓包也是个别现象,把低温型填充液的表用到高温工艺过程中,填充液受高温汽化膨胀,造成膜片鼓包,这种可能性不具代表性,至少不是所有鼓包仪表都是选错了填充液。导致膜片鼓包的真正原因则是膜片出现极微小的焊缝裂纹、砂眼或腐蚀的微孔,过程压力会通过这些裂纹或微孔逐渐进入膜片内部同填充液(硅油)连通,最终会使膜片内的压力同过程压力基本相同(这时变送器指示基本正常,但仔细观察会发现其指示不灵敏、反应滞后,无法准确反映瞬间的工艺波动),一旦遇到系统停车,过程压力可能会迅速降低,而膜片内部原来与过程压力基本相同的压力,由于砂眼微孔或缝隙很小,泄压缓慢,不会马上降低压力,这就形成膜片内部压力高,膜片外部压力低,当这个压力差较大时,就会使膜片凸出并失去原有弹性限度,出现鼓包现象。 因此可以认为:膜片鼓包,是膜片本身已经有缺陷或问题的迹象,即使用眼睛看不到有砂眼、裂缝或腐蚀微孔,在校验过程中也应特别细心,这样的变送器即使有指示,再安装到现场设备上可能很快就会指示异常,至少已无法及时反映出瞬时的压力波动。 2.2.3 膜片破裂或被腐蚀冲刷破损:膜片破裂可能是3.2.1中所述的情况,也可能是超压造成的,也可能是长时间使用受介质冲刷、腐蚀造成的,还有可能是膜片本身质量不好或焊接工艺不正确造成的。 由于膜片是感压元件,灵敏度要求其厚度一般在0.4~0.5mm之间,如果出现工艺超压运行,有可能会超出其额定承受压力而破裂;再者是被测介质如果有很强的腐蚀性,即使选用特别合适的防腐蚀的材料做膜片,比如尿素分厂高压系统测压力的膜片材质虽然选用尿素级316L,长时间使用难免会遇到多次开停车及介质温度、压力的变化,膜片的钝化层会多次被破坏,腐蚀是无法避免的,再加上高温高压介质长期冲刷,膜片会越来越薄,直至无法承受过程压力而破裂。在该工况下,即使选用世界顶级专业厂家比如美国HONEYWELL公司、日本YOKOGAWA公司的毛细管变送器,正常使用寿命也在1~2年左右,怎样有效提高此类仪表的使用寿命是个世界级难题。因此,保持必要的备件和建立有效的修复损坏仪表的渠道是明智的选择。 膜片本身质量是指膜片材质的冶炼纯度、膜片加工的厚薄均匀程度。膜片材质大概有316L、哈氏合金C、蒙乃尔合金、钽、等几种,一般进口的好于国产的,专业厂家的好与普通厂家的。膜片与法兰体或插入筒材质如果一样,则采用氩弧焊,如果不一样则采用滚焊技术,这样,防止两种不同的材质在氩弧焊时产生砂眼或微孔而泄露填充液。 2.2.4 毛细管接口或变送器取压法兰有渗漏填充液现象: 毛细管与变送器接口或法兰接口处的焊接有砂眼或有机械损伤,变送器取压法兰环形密封不良,在工艺过程静压作用下,造成填充液渗漏现象,但无论是那一种造成的,都会造成变送器指示不准或无指示,出现3.2.1中所述的情况。 2.2.5 膜片无任何损坏变化: 九八年冬季及九九年冬季PT-09204/208/207/516等毛细管压力测量仪表都出现过同样的现象。夜间气温较低时仪表指示偏低,第二天白天气温上来后仪表指示恢复正常,开始时误差较小后来误差越来越大直到仪表指示不能恢复。这种变送器出现指示不准或无指示的情况,其一是硅油不足,硅油无法准确传输膜片的感压信号造成的;其二是抽真空不够,填充硅油中含有气泡,当环境温度变化时气泡热胀冷缩,出现昼夜指示偏差大或指示不准;还有一种可能就是由于选择变送器填充液的型号不合适,受环境温度变化也会引起昼夜指示偏差大。 下表可以说明适用介质温度、环境温度与所采用填充液的对比关系: 填充液 适用介质度范围(℃) 密度g/cm3 适用环境温度(℃) 温度膨胀系数 一般硅油 -40~149 0.934 -10~60 0.00108 高温硅油 15~315 1.07 10~60 0.00053 氟油 -20~120 1.85 -10~60 0.000864 乙二醇 -50~100 0.79 -40~60 0.0011 从表中不难看出,填充液有高温型、普通型和低温型之分,选用不当会导致仪表指示不准,而环境温度的影响也应引起足够重视:高温硅油在冬天使用,毛细管暴露在零下的低温环境中,已超出了其适用的环境温度,这也可能是变送器昼夜指示变化大的原因之一。 2.2.6 毛细管断裂: 九九年十月五号PI-09208毛细管断裂,十二月十二日PT-09207毛细管也断裂,连续两次造成尿素装置停车,引起集团公司的高度重视,多次召开事故分析会,一致事故原因有以下几个方面: ① PT-09207/208两台仪表安装在同一工艺管道上,由于管道长期振动,造成毛细管机械疲劳。 ② 隔离膜片击穿后造成测量介质甲铵及尿液进入毛细管引起腐蚀。 ③ 由于毛细管及插入取压装置之间的焊接采用的是铜焊,铜易与氨反应,当甲铵及尿液进入毛细管后迅速与铜反应造成焊接处断裂。
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