摘 要：双法兰液位变送器在工业生产中起着极其重要的作用。本文通过对具体工程中双法兰液位变送器测量膜片腐蚀、鼓包现象的描述，结合仪器记录数据分析了造成双法兰液位变送器测量膜片腐蚀导致液位计失效的原因，提出了选择双法兰型变送器时应考虑防止氯腐蚀、硫腐蚀、氢脆及如何正确选择双法兰液位变送器以适应具体的工艺环境。
1 引言
双法兰差压变送器是为了避免被测介质直接与变送器的隔离膜片接触而采用的变送器。它是将变送器的测量膜室用不锈钢毛细管（直径3mm 左右的管子，外加保护）联通到数米到数十米不等处的一个或两个压力或差压，做成法兰形式的测量膜盒中，中间充满传导介质硅油，使用时将法兰连接到设备，即可进行测量。双法兰差压变送器主要适用于：
（1）需要将高温介质与变送器隔离；
（2）测量介质对变送器敏感元件有腐蚀作用；
（3）被测介质由于环境或温度变化而固化或结晶；
（4）更换被测介质需要严格净化测量头；
（5）悬浮液体或高粘度介质；
（6）测量头必须保持清洁卫生；
（7）密封压力容器测量。
双法兰差压变送器分为3 种：齐平膜、凸出膜、齐平+凸出膜，其中凸出膜用于有结垢的或粘稠的介质，凸出长度不大于15cm
2 双法兰液位变送器膜片腐蚀问题
2.1 问题描述
在生产中，液位是操作控制中一个很重要的指标。笔者者在内蒙古某大型煤化基地实际工作中发现所维护的煤化工净化装置变换部分的某些双法兰液位变送器的隔离膜片出现受腐蚀发黑、碳化现象，有部分变送器完全失去了测量功能，另有部分差压变送器出现轻微鼓包现象。
（1）净化装置146LT005（其功能是净化装置测量冷凝液汽提塔146T001 的冷凝液回流罐146V007 的液位），在使用过程中，工艺人员多次反映146LT005 液位指示不准，仪表人员多次调校仍不见好转，将该仪表拆下来发现，此液位变送器的两个膜盒的测量膜片均腐蚀严重，两侧毛细管内的硅油漏尽，此仪表已完全失去测量功能，如图1 所示。
仪表人员更换新的仪表后不久，工艺人员再次反映146LT005 液位指示不准，多次调校未果，拆下来发现此双法兰液位变送器的两个膜盒的测量膜片均腐蚀严重，两侧毛细管内的硅油漏尽，已完全失去测量功能，如图2 所示。
（2）净化装置146LT102（其功能是净化装置第一系列的第一水分离器146LV101 的液位），在使用过程中，工艺人员多次反映146LT102 液位指示不准，仪表人员检查发现该仪表的“零点”出现漂移，经调校后继续使用。不久，工艺人员再次反映该仪表指示不准，经仪表人员拆下检查发现该仪表的测量膜盒出现腐蚀，并出现轻微的鼓包，如图3 所示。净化装置的第二、三、四水分离器的液位变送器也有类似的情况。
（3）净化装置141LT2021A（其功能是测量净化装置H2S浓缩塔141T203 的塔底液位），在使用过程中，工艺人员多次反映141LT2021A 液位指示不准，仪表人员检查发现该仪表的“零点”出现漂移，经多次调校后不见好转。经仪表人员拆下检查发现该仪表的测量膜盒出现腐蚀，并出现轻微的鼓包，如图4 所示。
2.2 原因分析
由表1 可知，文中所述净化装置的水分离器液位变送器、净化装置汽提塔液位变送器等的测量膜片的材质均为316L。316L（00Cr17Ni14Mo2）奥氏体钢是超低碳且含Mo 的奥氏体不锈钢，在许多介质条件中具有良好的耐均匀腐蚀和坑点腐蚀性能。Ni 含量的提高（14%）有利于奥氏体相的稳定。316L 在抗晶间腐蚀、高温硫、高温环烷酸和坑点腐蚀的能力方面要明显优于304（0Cr18Ni9）和321（0Cr18Ni10Ti）不锈钢材料。
根据大量的实验和实际使用证明，316L 在CL-腐蚀环境中的耐应力腐蚀能力仅与304 和321 材料相当，在工程使用中由于应力腐蚀失效的概率要大于50%，当使用介质中含有10ppm 以上的CL-时，其应力腐蚀的危害性就相当明显了，因为CL-会在某些部位产生聚集。
任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，如硫化物、氧化物等等，这些在材料表面的非金属化合物，在CL-的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀形态；而一旦形成坑点以后，由于闭塞电池的作用，坑外的CL-将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移，从而形成电化学腐蚀。由于CL-的原子半径非常小，金属当中的任何非金属夹杂物以及焊接缺陷都将成为CL-渗透的腐蚀源头。
在奥氏体不锈钢中，Ni 的主要作用是形成并稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，提高材料的韧性，同时可以起到很好的抗氧化腐蚀能力。但普通奥氏体钢中的Ni 在有CL-腐蚀的环境中起不到抗点腐蚀的作用。
氢对316L 不锈钢膜片的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，产生很高的压力，会导致表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物还原。钢表面被吸附的氢原子过饱和，使氢渗入钢中。
综上所述，案例中的测量点的变送器的与工艺介质接触的隔离膜片材质全部为316L 是不合适的。经记录整理，案例中的净化装置相关仪表介质参数如表2 所示。
从以上净化装置相关仪表介质参数可得：（1）净化装置变换部分的合成气中含有浓度不等的H2、CO2、H2S、H20、氯化物、氨、氢氰酸；（2）净化装置变换部分的冷凝液中氯化物、硫化物以CL-、S+状态存在，同时存在浓度不等的H+。液位计的隔离膜片受到CL-、S+的腐蚀，另外由于氢原子在金属组织中夹杂而导致金属变脆的现象即为氢脆。因此在净化装置的水分离器液位、汽提塔冷凝罐液位等选择法兰型变送器时，其与工艺介质接触的隔离膜片必须在考虑氯腐蚀、硫腐蚀问题的同时还应考虑防止氢脆。
3 解决方法
变送器与测量介质接触的隔离膜片，是利用金属材料的力学特性，将压力或差压传递给变送器的δ 室的中心膜片，为了减少压力传递过程中的损耗，一般选用厚度小于0.1mm的金属材料制成。对薄壁材料使用在腐蚀环境下，在期望寿命内，既要保持良好的力学弹性，又要不发生腐蚀渗漏，就要选择比其它结构件耐腐蚀性更强的材料，一般应选择年腐蚀深度小于0.05mm 以上的材料。316LSST 不耐湿氯气和盐酸腐蚀，哈氏合金可以在湿氯气下工作但不能抗氢脆，蒙耐尔不耐盐酸即不耐CL-，钽膜片对CL-、S+有很好地耐腐蚀作用但不能抗氢脆，镍和钛膜片对CL-、S+的耐腐蚀性差。
根据净化装置变换部分的合成气和凝液的的成份组成（含有CL-、S+、H+及灰份固体颗粒）和法兰型变送器的选型原则，测量净化装置变换部分的液位变送器与介质接触的隔离膜片的材质应选择316L 加厚镀金。测量净化装置H2S浓缩塔141T203 的塔底液位141LT2021A 与介质接触的隔离膜片的材质可以是纯金属钽。
4 总结
本文通过对具体工程中双法兰液位变送器测量膜片腐蚀、鼓包现象的描述，结合仪器记录数据分析了造成双法兰液位变送器测量膜片腐蚀导致液位计失效的原因，提出了选择双法兰型变送器时应考虑防止氯腐蚀、硫腐蚀、氢脆及如何正确选择双法兰液位变送器以适应具体的工艺环境。
双法兰液位变送器在工业生产中起着极其重要的作用，可消除导压管泄漏污染周围环境现象的发生；可免去采用隔离液时，因测量信号的不稳定，需要经常补充隔离液的繁琐工作。当双法兰液位变送器膜片出现故障时，应逐步分析问题，如果是膜片因为腐蚀造成的，应及时找出原因，对工艺管道内的介质进行分析，选择材质合适的膜片。
