連續(xù)重整裝置差壓變送器異常故障分析

連續(xù)重整裝置差壓變送器異常故障分析

(一)基本情況

1.裝置名稱

80萬(wàn)噸/年連續(xù)重整裝置，采用美國(guó)UOP第三代催化劑連續(xù)再生工藝，于2008年建成投產(chǎn)。

2.工況簡(jiǎn)介   

連續(xù)重整裝置氫還原區(qū)/****反應(yīng)器差壓變送器(33-PDT-0101)測(cè)量介質(zhì)為H?(氫氣)+HC(碳?xì)浠衔?，介質(zhì)均為氣體，氫氣濃度在85%左右(與差壓變送器的正壓側(cè)膜片接觸)。操作壓力為0.59MPa，操作溫度為482℃(差壓變送器測(cè)量膜片處溫度為常溫)。采用差壓變送器測(cè)量差壓值。

3.儀表情況

品牌:蘭煉富士。

型號(hào):FKCT36V5-LUCYY-BA。

差壓變送器膜片材質(zhì):316L。

測(cè)量范圍:0~200kPa。

信號(hào)類型:4~20mA模擬量。

差壓變送器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如圖1-19所示。

(二)故障描述及處理過(guò)程

1.故障前工藝情況

工藝正常，差壓值在104kPa左右。

2.故障現(xiàn)象詳細(xì)描述

33-PDT-0101差壓值正常應(yīng)為104kPa左右，故障時(shí)逐漸下降到42kPa，判斷33-PDT-0101差壓值顯示異常，差壓趨勢(shì)如圖1-20所示。

3.影響范圍

33-PDT-0101差壓值顯示偏低，對(duì)工藝設(shè)備無(wú)任何影響。

4.儀表及系統(tǒng)處理過(guò)程

(1)對(duì)差壓變送器正引壓管線進(jìn)行排放、疏通和試漏檢查，未發(fā)現(xiàn)堵塞、泄漏現(xiàn)象。

(2)對(duì)差壓變送器進(jìn)行打壓測(cè)試，首先驗(yàn)證差壓變送器回零正常輸出為4mA，然后對(duì)差壓變送器正壓側(cè)進(jìn)行0kPa、50kPa、100kPa、150kPa、200kPa五點(diǎn)打壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)打壓信號(hào)在0~60kPa時(shí)差壓變送器的測(cè)量值為0kPa，輸出為4mA，打壓信號(hào)超過(guò)60kPa后差壓變送器才能測(cè)出壓力，且始終偏差60kPa。由此判斷，差壓變送器的正壓側(cè)膜片故障。之后將差壓變送器解體，發(fā)現(xiàn)差壓變送器正壓側(cè)膜片變形、彈性變差現(xiàn)象，判斷是由于差壓變送器正壓側(cè)膜片變形導(dǎo)致的差壓測(cè)量值偏低。

(3)更換新的差壓變送器，將其量程和單位設(shè)置為與舊差壓變送器一致，然后進(jìn)行打壓測(cè)試，確認(rèn)無(wú)誤后投用，差壓值顯示正常。

5.故障性質(zhì)

該差壓變送器故障屬于設(shè)備本身故障(正壓側(cè)膜片變形)，導(dǎo)致差壓測(cè)量值偏低。

(三)故障原因分析

1.故障前儀表可靠性評(píng)價(jià)

該差壓變送器一直運(yùn)行正常，指示準(zhǔn)確，未出現(xiàn)過(guò)故障。

2.失效分析

(1)直接原因:差壓變送器正壓側(cè)膜片變形、彈性變差。

(2)間接原因:裝置的儀表設(shè)備檢修與裝置設(shè)備大檢修同步(檢修周期為3年)，該差壓送器在2018年裝置設(shè)備大檢修時(shí)進(jìn)行打壓測(cè)試，測(cè)試結(jié)果正常(按差壓變送器檢修規(guī)程，只對(duì)差壓變送器進(jìn)行打壓測(cè)試，檢查差壓變送器精度及線性情況，不對(duì)其進(jìn)行解體檢查測(cè)量膜片)。根據(jù)本次故障檢查情況判斷，由于該差壓變送器正壓側(cè)膜片長(zhǎng)期接觸85%濃度的氫氣，導(dǎo)致差壓變送器測(cè)量膜片材質(zhì)發(fā)生變化(存在氫脆現(xiàn)象)，出現(xiàn)膜片變形、彈性變差現(xiàn)象。

(四)防范措施及建議

1.經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

(1)根據(jù)案例的故障現(xiàn)象，首先要分析可能引起差壓值偏低的原因，然后根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行逐一排查，快速找到故障原因，并解決故障問(wèn)題。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況分析，本案例中差壓變送器測(cè)量值偏低的原因有以下三方面:①現(xiàn)場(chǎng)工藝工況的差壓值確實(shí)偏低:②引壓管線有堵塞、泄漏現(xiàn)象(差壓變送器正壓側(cè)引壓管線堵塞或泄漏會(huì)導(dǎo)致差壓值偏低，負(fù)壓側(cè)引壓管線堵塞或泄漏會(huì)導(dǎo)致差壓值偏高):③差壓變送器本身故障(電路板輸出故障或測(cè)量膜片故障)也可能造成差壓變送器測(cè)量值偏低。

2.防范措施

在裝置設(shè)備大檢修時(shí)，除對(duì)涉及測(cè)量介質(zhì)為氫氣的差壓變送器進(jìn)行打壓測(cè)試外，還應(yīng)將其解體重點(diǎn)檢查膜片是否有變形現(xiàn)象，如有異常及時(shí)更換。

3.改進(jìn)建議

(1)對(duì)差壓變送器膜片材質(zhì)進(jìn)行升級(jí)，選用鍍金材質(zhì)。

(2)對(duì)測(cè)量氫氣介質(zhì)的差壓變送器進(jìn)行周期性更換，2個(gè)大檢修周期(6年)更換1次。

(五)知識(shí)拓展

氫脆現(xiàn)象介紹及對(duì)差壓(壓力)變送器測(cè)量膜片的影響

氫是自然界質(zhì)量最小的原子，本身不具備腐蝕性，但是滲透能力極強(qiáng)。由于氫原子的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬原子，因此在高溫高壓作用下氫氣可以解離成氫原子并滲透進(jìn)入金屬材料的晶格點(diǎn)陣的間隙位置。這一滲透過(guò)程主要經(jīng)歷如下步驟:

(1)氫氣(H2)與金屬材料(M)表面發(fā)生碰撞，此時(shí)金屬材料(M)表面物理吸附微量氫氣(H2)形成混合物(H:M)，即H:+M→H?M。

(2)混合物(H:M)與金屬材料(M)外表面繼續(xù)反應(yīng)，形成吸附在金屬材料外表面的氫原子(HadM)，這一過(guò)程被稱為化學(xué)吸附過(guò)程，并且高溫高壓的條件可促進(jìn)該過(guò)程，即HM +M→2HadM。

(3)當(dāng)金屬材料(M)外表面吸附的氫原子(HadM)達(dá)到飽和后會(huì)逐步溶解擴(kuò)散，形成滲透在材料內(nèi)部的原子氫(MHad)，即HadM→MHad。

(4)環(huán)境溫度和壓力降低后原子氫(MHad)逐步析出，在金屬材料(M)內(nèi)部重組成氫分子(Hz)，即2MHad→2M+H2。由于氫分子的尺寸遠(yuǎn)大于氫原子，因此氫分子殘留在金屬材料內(nèi)部無(wú)法“逃逸”，金屬材料內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致材料脆化，這種情況被稱為氫脆現(xiàn)象。

差壓(壓力)變送器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)進(jìn)行控制和遠(yuǎn)傳的設(shè)備，其核心元件是單晶硅諧振式傳感器及測(cè)量膜盒。差壓(壓力)變送器工作時(shí)測(cè)量膜盒的測(cè)量膜片接觸測(cè)量介質(zhì)，通過(guò)測(cè)量膜片內(nèi)側(cè)密封灌充的硅油傳導(dǎo)液將測(cè)量壓力傳遞到微型真空腔體的彈性元件(諧振梁)上，導(dǎo)致彈性元件產(chǎn)生微小形變位移，其位移程度與壓力呈正比關(guān)系。差壓(壓力)變送器通過(guò)單晶硅諧振式傳感器及微處理器將微小形變位移轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>4~20mA遠(yuǎn)傳電信號(hào)，可用于測(cè)量介質(zhì)壓力。為了減少傳遞過(guò)程中的壓力損耗并防止被測(cè)量介質(zhì)腐蝕，一般選擇具有一定彈性和防腐蝕性能的金屬薄壁材料(厚度介于40~80μm之間，各設(shè)備供貨商略有不同)制作測(cè)量膜片，常見(jiàn)的測(cè)量膜片材質(zhì)有316L不銹鋼、哈氏合金、鉭、鈦等諸多類型。由于測(cè)量膜片厚度不足0.1mm，常規(guī)的差壓(壓力)變送器在惡劣工況(高溫高壓且存在較高濃度氫氣的場(chǎng)合)下極易出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象并受到影響，導(dǎo)致測(cè)量膜片韌性退化，失去彈性，出現(xiàn)空腔鼓包或者裂紋。隨著時(shí)間推移，氫分子甚至可以穿透測(cè)量膜片進(jìn)入隔離硅油傳導(dǎo)液，出現(xiàn)氣泡，這不但會(huì)增大壓力傳遞過(guò)程中的損耗，會(huì)直接干擾差壓(壓力)變送器的測(cè)量效果，導(dǎo)致壓力變送器零點(diǎn)漂移、輸出不穩(wěn)定，出現(xiàn)測(cè)量誤差使壓力測(cè)量參數(shù)波動(dòng)，更為嚴(yán)重的情況下甚至損壞儀表導(dǎo)致事故發(fā)生。

注：本文摘自儀表圈編輯的《儀表問(wèn)答》，感謝儀表圈的團(tuán)隊(duì)！