Как выбрать материал для мембранного разделителя

Нефтегазовая отрасль, водоподготовка/очистка стоков, химическая и нефтехимическая промышленность требуют точных и воспроизводимых приборов для измерения давления, чтобы обеспечить безопасность и эффективность процессов. Однако без надлежащей защиты внутренние (контактирующие со средой) компоненты манометров, преобразователей, датчиков и реле давления будут повреждены коррозионными средами в этих агрессивных условиях.

Мембранные разделители — идеальное решение для защиты ваших сенсоров давления, поскольку они изолируют чувствительные элементы от технологической среды. Но выбор правильного разделителя требует определения оптимальных материалов контактирующих частей для вашего применения.

Почему важен материал мембранного разделителя

Хотя процесс изготовления мембранных разделителей сложен, производство их из разных материалов относительно просто. В то же время изготовление чувствительных элементов приборов давления гораздо сложнее.

Например, исполнительный механизм реле давления или трубка Бурдона манометра требуют точного сочетания размеров, геометрии, упругости и сопротивления для обеспечения точных показаний. Подбор комбинации свойств при использовании экзотических материалов (тантал, Хастеллой) крайне затруднителен или невозможен. Поэтому для таких материалов применяют мембранные разделители, защищающие приборы от агрессивных сред.

Компоненты мембранного разделителя

Конкретная конструкция может отличаться, но основные компоненты типичны:

Большинство моделей включают:

• Верхнюю часть корпуса: соединяет прибор с мембраной.
• Заправочный порт: для вакуумного заполнения узла жидкостью.
• Нижнюю часть корпуса: соединяет мембрану с технологическим трубопроводом.
• Мембрану: передаёт давление среды на прибор.

Нижние части корпуса имеют различные варианты подключения: фланцевое, резьбовое, сварное. Как видно, только мембрана и нижний корпус контактируют со средой.

Существуют модели без нижнего корпуса, которые можно назвать более экономичным решением.

Совместимость контактирующих частей и другие ключевые факторы выбора материала диафрагменного разделителя

Наличие нижней части корпуса у разделителя не отменяет важности подбора материалов контактирующих частей и их взаимодействия со средой. Совместимость — основной критерий, но есть и другие факторы:

Совместимые материалы

Сборки мембранных разделителей включают компоненты разного назначения. Основной прибор устанавливается непосредственно на разделитель или через аксессуар (термокомпенсатор, капилляр для выноса, демпфер, тройник).

Материалы соединений (прямых или через аксессуар) должны исключать коррозию. Рекомендуем однородные материалы для минимизации реакций между продуктом и средой. Иногда используются комбинации для повышения коррозионной стойкости тонкостенных элементов (мембраны).

• Для резьбовых соединений материалы должны быть близки в гальваническом ряду. Большая разность потенциалов ускоряет коррозию анода (гальваническая коррозия). Эффект усиливается в электролитах (например, морская вода) и при застое среды в резьбе.
• Сварные соединения снижают риск утечек, но требуют химически совместимых материалов. Пример: установки алкилирования плавиковой кислотой используют Monel для приборов, аксессуаров, корпусов и мембран. Для Monel все свариваемые части должны быть одинаковыми. Материалы типа нержавеющей стали 316L, Hastelloy, тантал можно комбинировать. Однако контакт разнородных металлов в негерметичных соединениях вызывает ускоренную коррозию (особенно при высокой влажности).

Ограничения материалов по температуре и давлению

Мембраны и нижние корпуса изготавливаются из металлов и неметаллов. Для металлов температурные ограничения обычно не критичны — лимитирующим фактором чаще выступает рабочая жидкость.

Для неметаллов необходимо учитывать:

• Предельную температуру материала
• Снижение этого предела при росте давления

Хотя эти материалы имеют температурные ограничения, они идеальны для применений с высокой химической стойкостью или гибкостью. Гибкость критична для низких давлений или уставок реле низкого давления.

Доступность материала

При определении требований к материалу для конкретного применения важно учитывать его доступность. Если с точки зрения совместимости, давления и температуры имеется несколько подходящих вариантов, имеет смысл выбирать наиболее доступные из них.

Некоторые специальные материалы, несмотря на необходимость их применения, могут быть труднодоступны и накладывать ограничения на конструкцию мембранного разделителя, варианты исполнения нижнего корпуса (например, наличие промывочных портов) или доступные типоразмеры. Например, материалы на основе PTFE нельзя использовать в небольших фланцевых сборках, в конструкции которых шпильки ввернуты в нижний корпус. Кроме того, при использовании нижнего корпуса с покрытием из тантала процесс нанесения покрытия может быть затруднён, поэтому допускаемые в технических требованиях варианты материалов позволяют расширить доступные конструктивные решения.

Стоимость материала

Хотя стоимость является одним из факторов, её следует рассматривать как наименее значимый. Наиболее критичны совместимость и структурная прочность — в контексте допустимых значений давления и температуры — а также выбор совместимых материалов. Доступность находится на отдалённом третьем месте, а стоимость — в самом конце списка приоритетов. Тем не менее, цена может сыграть роль, если имеется несколько подходящих вариантов.

Например, для низких диапазонов давления требуется гибкий материал при использовании стандартных конструкций мембранных разделителей (в отличие от конструкций с высоким объемом вытеснения).

• Защита приборов во время гидростатических испытаний трубопроводов
• Как предотвратить выход из строя мембранного разделителя
• Способы очистки и стерилизации манометров
• Типы конструкций трубки Бурдона