Sự thẩm thấu hydro làm hỏng màng ngăn kim loại? Lớp phủ vàng/rhodi cung cấp rào cản hiệu quả

Trong quá trình sản xuất hydro, hydrocracking và hydro hóa, máy truyền áp khác biệt phải đối mặt với một mối đe dọa ẩn nhưng rất phá hoạithâm nhập hydroVấn đề này không gây ra sự cố ngay lập tức, nhưng dần dần làm xói mòn độ chính xác đo lường trong nhiều tháng hoặc nhiều năm, cuối cùng dẫn đến sự cố cảm biến hoàn toàn.

Bài viết này phân tích cơ chế thất bại, khoa học vật liệu và chiến lược lựa chọn để giải thích cách mà các khẩu phần bọc bằng vàng / rhodium giải quyết hiệu quả sự thâm nhập hydro.

1- Thâm nhập hydro: Mối đe dọa dài hạn bị đánh giá thấp

1.1 Quá trình vật lý của sự thâm nhập

Cơ chế thâm nhập hydro được hiểu rõ trong ngành công nghiệp đo lường quy trình.Các phân tử hydro (H2) phân ly thành ion hydro (H+) ở bề mặt membrane kim loạiCác ion này là một trong những nhỏ nhất trong tự nhiên và có thể xuyên qua các khoảng trống ở quy mô nguyên tử trong lưới kim loại, đi vào bên trong âm hộ.

Một khi ở bên trong, các ion hydro này kết hợp lại thành hydro phân tử (H2) trong chất lỏng điền, tạo thànhbong bóng hydroTheo thời gian, chất lỏng điền trở nên bão hòa với hydro, và khối lượng bong bóng tích lũy.

1.2 Tác động cụ thể đến hiệu suất đo

Tác động của bong bóng hydro đối với các bộ truyền áp suất chênh lệch là dần dần nhưng dứt khoát:

• Động không và kéo dài: Các bong bóng chiếm không gian trong chất lỏng điền, làm thay đổi sự truyền tải cơ khí của áp suất từ niêm mạc đến tế bào đo, gây ra độ lệch tín hiệu đầu ra

• Rạn nứt mạc (Hiệu ứng Jiffy-Pop): Trong trường hợp cực đoan, khối lượng bong bóng đủ để buộc niêm mạc phình ra ngoài, cuối cùng gây vỡ, rò rỉ chất lỏng và hoàn toàn hỏng máy phát

Tỷ lệ thâm nhập được kiểm soát bởi ba yếu tố chính:nhiệt độ âm hộ,Áp lực một phần hydro, vàcấu trúc lưới kim loại Trong khi hai thứ đầu tiên được quyết định bởi các điều kiện quá trình, lựa chọn vật liệu là một biến mà kỹ sư thiết bị có thể kiểm soát tích cực.

2- Nguyên tắc kỹ thuật của các khẩu phần bọc vàng / rhodium

2.1 Tại sao vàng ngăn chặn sự thâm nhập hydro?

Các kim loại khác nhau có hằng số lưới khác nhau (khoảng cách nguyên tử). Khó khăn của việc thâm nhập ion hydro phụ thuộc vào mật độ lưới.Vàng (Au) có cấu trúc lưới chặt chẽ hơn thép không gỉ và Hastelloy C-276, làm cho nó khó khăn hơn đáng kể cho các ion hydro đi qua.

Trong thực tiễn công nghiệp, vàng được lắng đọng dưới dạng mộtLớp mỏngLớp phủ này tạo thành một hàng rào vật lý dày đặc ngăn chặn các ion hydro ở bề mặt phân vùng, thay vì dựa vào sức đề kháng vốn có của vật liệu cơ bản.

2.2 Than vàng so với Chrom Oxide Passivation

Có hai chiến lược bảo vệ hydro phổ biến trong ngành:

Đối với môi trường quá trình có chứa các ion hydro tự do (như membrane Monel trong dịch vụ axit hydrofluoric), mạ vàng là giải pháp hiệu quả duy nhất.

2.3 Thông số kỹ thuật về lớp phủ vàng/rodium của Endress+Hauser

Theo tài liệu kỹ thuật Deltabar S, khẩu khẩu phần phủ vàng / rhodium có sẵn như một tùy chọn tiêu chuẩn (mã đơn đặt hàng: tùy chọn vật liệu khẩu phần "6") cho các nền tảng PMD75, FMD77 và FMD78.Lớp phủ này được thiết kế đặc biệt để giải quyết các lỗi đo lường gây ra bởi sự khuếch tán nguyên tử hydro thông qua các membrane kim loại trong các ứng dụng có xu hướng hydro.

3Các khuyến nghị lựa chọn: Khi lớp phủ vàng / rhodium là bắt buộc

3.1 Các kịch bản lựa chọn bắt buộc

3.2 Các cân nhắc hỗ trợ lựa chọn

Ngoài lớp phủ vàng/rodi, các biện pháp hỗ trợ sau đây nên được đánh giá:

• Làm sạch dịch vụ oxy (tùy chọn HB): Nếu điểm đo có liên quan đến môi trường oxy hoặc môi trường giàu oxy, việc làm sạch dịch vụ oxy phải được chỉ định đồng thời để tránh nguy cơ cháy do tiếp xúc dầu / mỡ với oxy

• Khả năng tương thích lớp phủ với vật liệu ngăn chắn: Tăng độ dày mạ vàng ảnh hưởng nhẹ đến tốc độ mùa xuân của lớp vỏ

4Kết luận

Đối với các điểm đo áp suất chênh lệch liên quan đến hydro, đặc biệt là trong sản xuất hydro,thủy chế, và tổng hợp amoniacĐịnh rõ các mảng niêm mạc phủ bằng vàng / rhodium là một quyết định kỹ thuật hợp lý dựa trên khoa học vật liệu và kinh nghiệm thực địa, không phải là kỹ thuật quá mức.

Bọc vàng cung cấp một rào cản vật lý đáng tin cậy thông qua cấu trúc lưới dày đặc của nó, cung cấp khả năng chống thâm nhập lớn hơn 5 lần so với Hastelloy thụ động tiêu chuẩn.Vì nhiệt độ quá trình không thể giảm và áp suất một phần hydro không thể loại bỏ, sự lựa chọn đúng các vật liệu ngăn chắn là biến thể cuối cùng có thể kiểm soát để đảm bảo sự ổn định đo lường lâu dài.

Từ khóa liên quan:Bộ truyền áp thâm nhập hydro, dịch vụ hydro đối diện bọc vàng, ứng dụng hydro Deltabar S, bảo vệ cảm biến thâm nhập hydro, niêm phong đối diện bọc vàng rhodium