隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是煤化工及其下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的工藝過程含有制氫、加氫裝置，且這些裝置的特點(diǎn)大多是化學(xué)反應(yīng)過程含有高溫、高壓及高濃度的氫氣。在這些裝置的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員往往重點(diǎn)關(guān)注氫對設(shè)備材料的影響，而容易忽略氫對過程檢測儀表的影響，特別是對壓力變送器的影響。目前數(shù)顯壓力變送器膜片的材質(zhì)大多為３１６Ｌ、哈氏合金等，通過已投用項(xiàng)目的反饋，普通膜片材質(zhì)的壓力變送器，在含有氫氣介質(zhì)的工藝裝置上使用一段時(shí)間后，會出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定、零點(diǎn)漂移等現(xiàn)象，有的甚至出現(xiàn)膜片鼓包、破裂等。造成這些現(xiàn)象的原因主要是金屬膜片由于氫滲透而產(chǎn)生的氫脆現(xiàn)象。因此，在儀表設(shè)計(jì)選型的過程中除了按照相關(guān)規(guī)范選型外，還應(yīng)考慮氫脆對壓力變送器的影響，提高所選儀表運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
１ 氫脆現(xiàn)象
氫脆是指在金屬中發(fā)生的一些過程，這些過程導(dǎo)致金屬的承載能力因氫的出現(xiàn)而下降。但由于材料性能、加工工藝、環(huán)境、受力狀態(tài)不同，各種現(xiàn)象有較大差異。根據(jù)引起氫脆的氫的來源不同，氫脆可分成兩大類：內(nèi)部氫脆，它是由于金屬材料在冶煉、鍛造、焊接或電鍍、酸洗過程中吸收了過量的氫氣而造成的；環(huán)境氫脆，它是在應(yīng)力和氫氣或其他含氫介質(zhì)的聯(lián)合作用下引起的一種脆性斷裂，如儲氫的壓力容器中出現(xiàn)的高壓氫脆。文中所要討論的壓力變送器膜片的氫脆屬于第二類氫脆即環(huán)境氫脆，主要是在氫環(huán)境下，氫氣分子在物理及化學(xué)作用下以氫原子的形式滲透變送器膜片而產(chǎn)生的氫脆。
２ 氫氣滲透壓力變送器膜片過程
氫氣雖然沒有腐蝕作用，但是有的滲透能力，即使在大氣環(huán)境中氫也會以各種途徑進(jìn)入金屬材料的晶格中，若在高溫、高壓和高濃度協(xié)同作用下，則會大幅加速氫的滲透能力。壓力變送器中與介質(zhì)接觸的部分主要是膜片，通常膜片的厚度只有０．０４～０．０８ｍｍ，是變送器中弱的部分，因而壓力變送器的氫脆現(xiàn)象主要表現(xiàn)在膜片上。，正常狀態(tài)下氫氣是以分子狀態(tài)存在的，氫氣分子不易滲透膜片，但當(dāng)氫氣變?yōu)闅湓雍?，因?yàn)闅湓影霃胶苄?，只有０．４６ｎｍ，因而在外力作用下能夠滲透變送器的膜片。其整個(gè)過程大致有以下幾個(gè)步驟：
１）氣體氫氣通過氣相擴(kuò)散接近金屬表面。
２）氫氣和金屬表面化合物發(fā)生相互作用，即發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附。
３）由于化學(xué)吸附使分子氫氣的鍵合變得松弛或斷裂，在金屬表面發(fā)生原子或分子的重排，由此形成氫原子，其中部分氫原子通過擴(kuò)散透過金屬膜片。
４）透過金屬膜片的部分氫原子又結(jié)合成氫分子。
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