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远传法兰压力变送器损坏原因分析及对策

来源:黑码堂717888-www717888com黑码堂-黑码堂高手论坛06633-黑码堂高手论坛手机网-06633黑码堂 时间:2021-07-14
中原大化集团有限公司尿素装置采用意大利斯纳姆氨汽提生产工艺,其生产特点是高温、高压,整个生产过程伴有强腐蚀、易结晶的甲铵和尿液,因此其压力测量广泛采用了远传插入式单法兰压力变送器。受生产工艺特点的影响,近年来单法兰压力变送器损坏较频繁。在尿素装置高压合成回路中,曾出现单法兰压力变送器膜片损坏,高温高压介质从法兰与毛细管焊接损口处喷出,造成系统停车2次。本文就该类仪表损坏原因进行分析并提出解决办法。
 
1.仪表的组成与工作原理
插入式法兰压力变送器主要由隔离膜片、插人筒体、固定法兰、毛细管、填充液、变送器本体等组成。压力变送器的取压口与插人装置之间通过焊接方式连接,连接管为直径仅3mm的不锈钢(316L)毛细管,长度1.5-10.5m。毛细管壁较厚,可承受20MPa的压力。用氩弧焊和滚焊方式将法兰与感压的弹性膜片焊接在一起。在变送器与毛细管接口处,对毛细管与膜片内腔采取抽真空的方式加填充液(如硅油),然后密封充液孔。这样,用膜片将流体介质与变送器本体隔离,并通过膜片与毛细管内的填充液将过程压力传输到变送器本体,通过变送器内部传感器转换成4~20mA直流信号送到DCS。
 
2.仪表损坏原因分析
2.1膜片变形凹陷
尿素合成塔控制压力PT-09204在生产过程中曾出现仪表无指示。停车拆下检査,发现膜片凹陷变形。此类现象一般是毛细管某一端或变送器取压法兰密封有问题,毛细管有砂眼或机械疲劳损伤断裂所致。当因振动或温度变化导致充液孔、变送器取压法兰密封焊接脱落损坏时,在工艺过程静压作用下,会出现填充液渗漏。静压越高,填充液渗漏的速度越快。填充液部分渗漏出去后,其压力传输能力会减弱或丧失,使仪表指示不准或无指示。此时变送器弹性感应膜片就会单向承受过程压力,使很薄的膜片(厚度0.40.5mm)贴到法兰体或插人筒的支撑体上形成凹陷,严重时膜片会被击穿、破裂。
2.2膜片变形凸出
在尿素装置正常生产过程中,甲铵分离器控制压力PT-09207曾出现指示波动,当系统停车后,该表指示明显上升。拆下法兰检査,发现隔离膜片已变形凸出,呈半球状。通过认真分析认为导致变送器膜片变形凸出的主要原因有以下几点。
(1)填充液内存有气体。正常生产过程中仪表指示波动;停车后设备压力迅速下降,在温度变化较慢的情况下,隔离膜片内气体体积也迅速增加,使隔离膜片膨胀变形凸出。
(2)填充液成分不纯,液内有易气化的物质。开车过程中,设备内压力、温度逐渐升高,隔离膜片内的压力及温度也随之升高,物质不会发生气化,仪表指示基本稳定,但是在停车过程中,设备内压力下降较快,在温度下降较慢的情况下,易气化物质发生气化,造成隔离膜片变形凸出。
(3)膜片制造过程中产生了极微小的焊缝裂纹、微孔等。过程压力会透过这些裂纹或微孔逐渐使膜片内部的填充液压力升高,ZUI终使膜片内的压力同过程压力基本相同。当系统停车时,过程压力迅速降低,由于裂纹或微孔很小,膜片内压力下降缓慢,就会形成膜片内部压力高,膜片外部压力低,当差压较大时,就会使膜片变形凸出。
2.3膜片破裂或被腐蚀冲刷破裂
由于膜片是感压元件,厚度仅0.4~0.5mm,如果出现工艺超压运行,将使膜片因超压而超出其弹性范围而破裂。在尿素高压系统应用时,单法兰压力变送器膜片虽然采用了耐腐蚀的316L材料,但是长时间使用,介质温度、压力变化较大,膜片可能因钝化层被破坏而腐蚀,加之受高温高压介质长期冲刷,膜片将变得越来越薄,ZUI终无法承受过程压力而破裂。
2.4毛细管断裂
(1)机械损伤。在运输、调校、安装过程中稍有不慎都有可能造成毛细管的损伤,使用中周围人员活动也可能造成毛细管意外损伤。
(2)振动损伤。仪表安装在工艺管道振动较大的地方,毛细管常年受振动影响,会产生疲劳而断裂。
(3)质量问题。毛细管与变送器及插入装置之间焊接材料不对、焊接不牢等都会造成毛细管的断裂。
(4)材料问题。由于测量介质具有强腐蚀、易结晶的特点,如果毛细管材料选择不当,可能造成:①当隔离膜片损坏后,测量介质进入毛细管内,造成毛细管内部腐蚀而断裂;②在测量环境中,时常有氨及强腐蚀物质存在,也会造成毛细管因外部腐蚀而断裂。
2.5环境温度影响
2000年冬季,尿素合成塔的PT09204控制压力指示昼夜偏差较大,影响正常操作。经过分析,主要原因如下。
(1)抽真空不够。填充硅油中含有气泡,当环境温度变化较大时,气泡热胀冷缩,出现指示偏差较大。
(2)选择变送器的型号不合适。
(3)填充液选择不当。高温硅油适用的介质温度为-1~232℃,环境温度为-10~60℃,不适宜在冬季寒冷的北方地区使用。
 
3.解决方法
(1)完善校验规程,增加校验设备。变送器校验中保压时间在5h以上就可发现毛细管接头、充液孔密封处、变送器取压法兰密封处是否有填充液渗漏。建议在仪表维护校验班增加鼓风干燥箱,使静压校验合格的变送器再经过恒温300℃以下,模拟使用温度),观察24h,指示没有温漂才算合格。
(2)运输、调校、安装过程中应轻拿轻放,避免损伤毛细管和膜片。
(3)在满足安装要求的情况下毛细管应尽可能短。这样可防止温漂,有利运输和校验。
(4)明确巡检该类仪表的检査部位,重点检査各个焊接部位和密封点是否有渗漏现象,建立该类仪表运行档案,做好事故预防,确保生产安全。
(5)建立维修渠道。因为该类仪表损坏大多发生在毛细管和法兰膜片部位,维修时仅需更换毛细管和膜片,抽真空加填充液,时间短,维修费用低。
6)提高订购备件的技术要求。购买该类仪表应结合工艺生产要求,注明过程压力、温度、测量介质、膜片材料、填充液品级、毛细管长度等技术参数,通过正规渠道采购。
 
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