1 概述
在中原大化集团公司的尿素、三聚氰胺装置中, 由于部分被测介质易结晶、易固化等原因,故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, 这些毛细管变送器易损坏, 使用寿命较长的2～ 3 年, #短的仅有几个月。对生产装置的安全运行极为不利。曾经发生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的恶性事故。目前还没有更好的手段来替代这种检测方式, 为保证装置正常运行, 我们对仪表损坏原因进行分析并提出解决措施。
2 损坏原因
2.1 现象
法兰式毛细管差压变送器损坏后会出现:仪表无指示、指示不准或昼夜指示变化大等问题, 经检查可发现以下几种情况:①膜片变形凹陷;②膜片变形凸出(鼓包);③膜片破裂;④填充液渗漏;⑤填充液问题;⑥毛细管断裂。
2.2 原因
2.2.1 膜片变形凹陷
一般是毛细管或变送器取压法兰密封有问题:
①毛细管焊接有砂眼、机械损伤或断裂;
②因振动或温度变化使充液孔、变送器取压法兰密封不良等。在静压作用下都会使填充液渗漏, 当填充液部分渗漏后, 其压力传输能力会减弱或丧失。此时变送器弹性感压膜片就会单向承受压力, 使很薄的膜片变形贴到法兰体或插入筒的支撑体上, 严重时有膜片被击穿, 会从毛细管断裂处喷出工艺介质。
2.2.2 膜片变形凸出(鼓包)
某仪表指示不准, 系统停车后系统压力下降而仪表指示却上升, 检查发现隔离膜片凸出成半球状并且焊缝已经裂开。更换1 台仪表, 调校及试压时运行比较稳定, 回装现场后指示时常波动。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。导致膜片鼓包的原因是膜片出现极微小的泄漏, 过程介质会逐渐进入膜片内的填充液, #终使膜片内的压力同过程压力基本相同, 这时变送器指示会不灵敏、无法准确反映瞬间的工艺波动。一旦遇到系统停车, 过程压力迅速降低, 而膜片内部压力, 不会马上降低, 这就形成膜片内部压力高, 膜片外部压力低, 使膜片凸出并失去原有弹性, 出现鼓包现象。
据此可以认为:膜片鼓包是膜片本身已经有缺陷, 即使用肉眼看不到, 在校验过程中也应特别细心, 否则, 这样的变送器安装到现场设备上可能就无法及时反映压力波动。
2.2.3 膜片破裂
膜片是感压元件, 其厚度一般在0.4 ～0.5mm 之间, 如果出现工艺超压, 有可能会因超出其额定承受压力而破裂;如果被测介质有很强的腐蚀性, 即使选用合适的防腐蚀材料做膜片, 长时间使用膜片的钝化层会被破坏, 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。因此, 保持必要的备件和建立有效的修复损坏仪表的措施是很重要的。
膜片的质量是指膜片材质的纯度和加工的均匀程度。膜片材质有316L 、哈氏合金C 、蒙乃尔合金、钽等。膜片与法兰体或插入筒材质相同, 则采用氩弧焊。如果材质不相同, 则采用滚焊技术, 这样可以防止两种不同的材质在氩弧焊时产生砂眼或微孔。
2.2.4 填充液渗漏
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,但无论是那一种都会造成变送器指示不准或无指示。
2.2.5 填充液问题
夜间气温较低时仪表指示偏低, 白天气温上升后仪表指示恢复正常的现象。究其原因一是硅油不足使硅油无法准确传输膜片的感压信号;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;#后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的原因。
介质温度、环境温度与所采用填充液的对比关系, 见表1 。
从表1 不难看出, 填充液有高温型、普通型和低温型。选用不当会导致仪表指示不准。环境温度的影响也应引起足够重视:高温硅油在冬天使用, 毛细管暴露在低温环境中, 已超出了其适用的环境温度, 也是变送器昼夜指示变化大的原因。
2.2.6 毛细管断裂
曾经因仪表毛细管断裂连续两次造成尿素装置停车, 经分析认为事故原因有以下几个方面:
(1)仪表安装在工艺管道上, 由于管道长期振动, 使毛细管机械疲劳, 从而导致断裂。
(2)隔离膜片被击穿后造成测量介质进入毛细管而被腐蚀。
(3)由于毛细管及插入取压装置之间采用铜焊, 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。
(4)毛细管材质选择不当。
3 措施
综上所述, 不难看出, 毛细管变送器能否正常使用的关键在于膜片、毛细管焊接质量;膜片材质选择与填充液种类选择;加填充液时抽真空;充液孔密封与变送器取压法兰环形密封等。根据多年的经验, 为保证生产设备安全运行, 提出以下措施。
(1)由于该类仪表的易损性, 应在贮备易损部件和维修方面做充分准备。
(2)完善校验规程, 增加校验设备。变送器校验时要保压时间5h 以上, 保证毛细管接头、充液孔密封处、变送器取压法兰环形密封处无渗漏现象;增加电热鼓风干燥箱, 模拟变送器现场环境温度, 考机24h 。
(3)安装和校验时应避免损伤毛细管和膜片。
(4)在满足安装要求的情况下, 毛细管应尽可能短。
(5)订购备件要详细提出技术要求。
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