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在某公司汽提法尿素生產工藝中，精餾塔是一個非常重要的設備，其主要作用是在一定的溫度(135～178℃) 和壓力(0.4MPa)下，將甲銨液進一步分解脫水生成尿素。但由于尿素、甲銨液介質易結晶、易固化等原因，廣泛使用雙法蘭帶毛細管的差壓變送器( 以下簡稱毛細管變送器) 來測量壓力和液位。由于受被測介質高溫、高壓及強腐蝕等工況的影響，這些毛細管變送器易損壞，在精餾塔上的使用壽命都不長，最短的僅有幾個月，對生產裝置的安全運行極為不利。曾經發生過因毛細管變送器故障，長時間輸出滿偏的假液位信號，自調回路中的調節閥全開，將精餾塔液位排空導致設備竄氣的生產事故。目前還沒有更好的手段來代替這種檢測方式，為保證裝置正常運行，筆者對毛細管變送器損壞原因進行分析，并提出解決措施。 

一、毛細管變送器損壞原因剖析

1、1 故障現象

        該公司尿素精餾塔的液位測量都采用雙法蘭毛細管差壓變送器，但經過長短不等的運行時間，毛細管變送器都會出現大致相同的故障現象: 儀表指示滿偏、指示不準或指示波動變化大等問題。所以每年大修時，都要拆檢精餾塔毛細管變送器。經檢查，幾乎無一例外地都會發現，毛細管變送器的氣相波紋膜片已損壞，要么變薄破裂，填充液滲漏，要么只剩法蘭體，波紋膜片不知去向，但液相波紋膜片卻完好無損。

1、2 氣相膜片損壞的原因

        最初懷疑是變送器膜片的質量問題，更換不同的知名變送器品牌和材料( 316L、哈氏合金及鉭材等) ，但結果還是出現相同的現象: 氣相膜片損壞，液相膜片完好。

       于是作者研究了毛細管變送器氣相與液相的工況區別，氣相法蘭安裝在精餾塔分離器上部，液相法蘭安裝在分離器下部，當分離器滿液時，兩者都被甲銨液尿素熔液所浸沒，唯一的區別就是液面高度不同而產生的壓力差，生產過程中，有可能會出現滿液的情況，這也屬于正常工作范圍。當液面下降，低于氣相法蘭時，一方面液面波動的沖擊力會使氣相膜片變形更大，另一方面甲銨液和尿素熔液很容易在氣相膜片上形成結晶并硬化，堅硬的結晶物會損傷膜片，同時氣相比液相溫度更高，腐蝕也更嚴重，膜片減薄也就更快，而膜片是感壓元件，其厚度一般在 0.4 ～ 0.5mm，如果被測介質有很強的腐蝕性，即使選用合適的防腐蝕材料做膜片，經過長時間使用，膜片的鈍化層會被破壞，腐蝕也是無法避免的，再加上高溫高壓介質長期沖刷，膜片會越來越薄，最終膜片就很容易破裂，填充液也會滲漏掉，氣相膜片也就不能準確靈敏地測量氣相的壓力變化了。而毛細管變送器液相法蘭安裝在分離器下部，膜片一直浸沒在液體中，沒有結晶也沒有液面波動的沖擊力和沖刷腐蝕，溫度也比氣相低了近40℃，其減薄的速度相較氣相來說很緩慢，可以正常使用很多年而不損壞。 

二、改進措施

通過以上分析，總結毛細管變送器氣相膜片損壞的三大根本原因是: 

a． 高溫介質甲銨液尿素熔液的強腐蝕性; 

b． 甲銨液和尿素易結晶固化; 

c． 分離器內液面波動的沖擊力和沖刷作用。

      針對這3點原因，筆者分別采取相應的措施加以改進。

      用聚四氟乙烯膜保護膜片，減緩介質對氣相膜片的腐蝕。在新毛細管變送器安裝之前，用厚度為0.2mm 的聚四氟乙烯膜，按變送器法蘭的直徑尺寸剪一塊圓形的膜備用，然后在氣相膜片上均勻涂抺一點高溫潤滑脂，再把備用的圓形聚四氟乙烯膜松馳無張力的貼到氣相膜片上，這樣就隔絕了介質跟氣相膜片的直接接觸，可有效地減緩介質對波紋膜片的腐蝕。用蒸汽冷凝液消融氣相膜片上的結晶物。雙法蘭毛細管變送器的膜片是感壓元件，只有保持膜片因壓力變化而產生自由形變的特性，變送器才能正常工作。但在尿素精餾塔的工況下，氣相膜片上很容易形成甲銨和尿素的結晶物，若不及時消融，隨著時間的推移，結晶物會越結越多并固化，嚴重阻礙膜片對壓力的傳導，毛細管雙法蘭變送器也就無法正常準確地測量液位的變化了。為此，選用316L 材料的不銹鋼板加工了一個厚度為18mm，內直徑比氣相膜片稍大的過渡環，在其正上方開一個8mm 的導淋孔，其尺寸圖如圖 1 所示。

圖 1 過渡環尺寸圖

        在安裝毛細管變送器氣相法蘭時，將過渡環安放在設備法蘭與變送器法蘭之間，并保持導淋孔在正上方。投入使用后，從導淋孔注入成線狀的蒸汽冷凝液細流，由于甲銨和尿素結晶物有遇水即融的特性，這樣氣相膜片上就不會有結晶物了。用過渡環片阻擋液面波動的沖擊沖刷力。工況條件下，精餾塔分離器內的液面是很不平靜的。在汽提汽流的作用下，里面的液體介質上下翻滾，液面形成浪涌不斷沖擊氣相法蘭的波紋膜片，加之溫度又高，膜片本身又薄，只有0.4 ～ 0.5mm，在連續不斷的沖擊沖刷下，膜片逐漸減薄。與此同時，隨著壓力的瞬息變化，膜片也處在不停的形變中，會產生金屬疲勞。當膜片薄到一定程度，承受不住壓力或液面波動的沖擊力時，就會破裂，甚至慢慢從法蘭上剝落，填充液也會滲漏掉，毛細管變送器也就不能正常工作，準確測量液位變化了。為此，在加工過渡環時，特意將它設計成瓶蓋狀，其正面底板厚度為 5mm。為了氣相正常引壓，在過渡環內側底板底部，也就是冷凝液導淋孔正下方，開了3個8mm的引壓孔，這樣一來，壓力可以無阻礙地傳導至氣相波紋膜片上，但因為過渡環有底板的存在，液面的沖擊沖刷力被底板阻擋卸除了，作用不到膜片上，對膜片的損傷也就不存在了。

三、實踐驗證

        在該公司生產裝置一次大修時( 2016 年) ，按計劃對三期尿素精餾塔測量液位的雙法蘭毛細管變送器，在氣相法蘭上作了以上3項改進。大修后裝置開車投用至今，變送器工作一切正常，這遠遠超過以往最多正常工作半年的時間。并且，變送器對精餾塔液位變化反應也很靈敏、準確，與調節閥組成的自調回路，可以根據工藝需要，將液位平穩控制在測量范圍內的任一高度，為裝置安全高效生產提供了可靠的測控保障。 

四、結束語

        雙法蘭毛細管差壓變送器在化工生產中使用較為廣泛，因工況不同而出現的故障也千差萬別，作者專門針對氣相膜片損壞的故障現象，作了縝密的原因剖析，找準了波紋膜片損壞的根源，并分別作了針對性的應用改進措施，解決了氣相膜片損壞的問題。在化工生產中，介質易結晶的工況很多，不管是測壓力還是測液位，都可試著按此思路和方法，加以改進應用。