Hur påverkas tryckomvandlare av vätepermeation?
Du kan hitta väte i ett brett utbud av industriella tillämpningar och processer nästan överallt nuförtiden. Vätgas är en av de snabbast växande alternativa energiresurserna som används idag
Många av dessa väteapplikationer har processer som kan orsaka vätejondiffusion.
Detta kan leda till vätegenomträngning och sprödhet, vilket kan leda till att din tryckgivare misslyckas i förtid .
Tryckmätare, brytare och sensorer kan alla användas i vätgasapplikationer. I den här artikeln kommer jag att fokusera på tryckavkänningsanordningar (här kallade givare), som omvandlar applicerat tryck till en elektrisk signal för att mäta trycket som appliceras i en applikation.
- Petroleumraffinering – hydrokrackning
- Bränsleceller
- Bränslestationer för vätgas
- Glastillverkning
- Tillverkning av halvledare
- Flyg- och rymdtillämpningar
- Gödsel- och ammoniakproduktion
- Svetsning, glödgning och värmebehandling av metaller
- Läkemedel
- Kylning av kraftverksgenerator
- Hydrering av omättade fettsyror i vegetabilisk olja
För att säkerställa att du har den bästa tryckgivaren för en väteapplikation, finns det några saker du måste tänka på, såsom membranets fuktade material och applikationens tryckområde. När trycket i en applikation ökar, ökar det membranet påfrestningar som kan hjälpa till att påskynda effekten av väteförsprödning.
Låt oss ta en titt på genomträngning och sprödhet och de effekter de kan ha på dina tryckgivare.
Vätegenomträngning
Vätepermeation hänvisar till penetration av vätejoner genom gitterstrukturen hos ett visst material. Detta kan orsaka problem i tryckgivare som förlitar sig på ett tunt metallmembran för att överföra trycket antingen direkt till en töjningsmätare eller genom en vätskeisolerad sensor som ansluts till en töjningsmätare.
I båda fallen blir diafragman den svaga länken i systemet. Med tiden kommer genomträngning att orsaka signaldrift eller ett direkt fel om rätt vätat material inte väljs för applikationen.
Om transduktorer innehåller vätskeisolerade sensorer kan vätepermeation vara ett problem. Vätskeisolerade sensorer förlitar sig på ett tunt metallisoleringsmembran för att förhindra att väte tränger in i isoleringsvätskan.
Om vätegenomträngning sker i den här typen av sensorer kan vätejonerna som tränger igenom membranmaterialet ombildas i isoleringsvätskan som vätemolekyler. Molekylerna kommer då att samlas och bilda en vätebubbla. Dessa bubblor kommer att orsaka en förskjutning i nollutgången från givaren och kan resultera i utgångsdrift över tiden.
Ett sätt att minska genomträngningen av väte är att använda ett material med en tät gallerstruktur som 316L rostfritt stål eller varianter av 316 rostfritt stål. En annan lösning är att lägga till ett mycket tunt lager av guldplätering till membranet. Guldskiktet har en mycket tät gallerstruktur som ökar membranets motståndskraft mot vätepermeation
Förutom gitterstrukturen hos ett material, påverkas vätepermeationen också av trycket från en applikation. Ju högre tryck appliceringen har, desto större kraft appliceras på membranet.
Denna kraft sträcker materialets gitterstruktur, vilket gör att fler vätejoner kan tränga igenom materialet. Därför bör du använda ett material som inte bara har en tät gallerstruktur utan är väl lämpat för att hantera applikationens tryckområde.
Väteförbränning
Sprödhet är ett fenomen som orsakar förlust av duktilitet och följaktligen sprödhet i ett material. Mycket känsliga material inkluderar höghållfasta stål, titan och aluminiumlegeringar och elektrolytisk tuff koppar.
Väteförsprödning är också känd som väte-inducerad sprickbildning eller väteangrepp. Mekanismerna kan vara vattenhaltiga eller gasformiga och involvera inträngning av väte i metallen, vilket minskar dess duktilitet och belastningskapacitet.
Men vad orsakar sprödhet?
Eftersom väte är en så liten atom kan det penetrera metallen genom mikrodefekter i ytan. Väl inne kommer väteatomerna att rekombinera med andra för att bilda vätemolekyler (H2).
Dessa molekyler kommer att binda med andra H2-molekyler vilket resulterar i den större vätemassan som utövar tryck utåt i bristen. Spänning under sträckgränsen för det mottagliga materialet orsakar sedan efterföljande sprickbildning och katastrofala spröda brott.
När vätemolekyler desarmeras skapar de vätejoner, som är några av de minsta jonerna i världen. De kan passera genom gitterstrukturen hos många metaller och in i metallen och sedan reformeras som vätemolekyler.
De absorberade vätemolekylerna skapar tryck och stress inifrån materialet. Detta kan påverka materialets duktilitet och styrka, vilket i slutändan leder till att materialet spricker.
NASA-team arbetar ofta med väte och har definierat flera typer av väteförsprödning:
- Väteförsprödning — En process som resulterar i en minskning av brottsegheten eller duktiliteten hos en metall på grund av närvaron av atomärt väte.
- Hydrogen Environmental Britlement (HEE) — Nedbrytningen av vissa mekaniska egenskaper som uppstår när ett material är under påverkan av en pålagd belastning och avsiktligt exponeras för gasformig vätemiljö.
- HEE Index — Ett initialt materialscreeningsverktyg för att utvärdera allvaret av väteförsprödningseffekter på vissa material.
- Intern väteförsprödning (IHE) — Nedbrytningen av vissa mekaniska egenskaper som uppstår som ett resultat av oavsiktligt införande av väte i känsliga metaller under formnings- eller efterbehandlingsoperationer.
- Hydrogen Reaction Britlement (HRE) — Nedbrytningen av vissa mekaniska egenskaper som uppstår när väte reagerar med själva metallmatrisen för att bilda metalliska föreningar som metallhydrid vid relativt låga temperaturer. Denna form av väteskada kan uppstå i material som titan, zirkonium och till och med vissa typer av järn eller stålbaserade legeringar.
Om du vill säkerställa säkra vätgastillämpningar, använd tryckgivare med minst 316L rostfritt stål och för tryckområden 350 bar eller mer A286 fuktade membranmaterial och undvik oljefyllda sensorer, som kan skapa bubblor och sensordrift.
I vätgasapplikationer rekommenderar Ashcroft ett material som kallas A286 för tryckområden över 350 bar. A286 bibehåller sitt täta galler vid tryck upp till 1 400 bar, vilket begränsar vätepermeation (men den innehåller ingen isoleringsvätska).
Ashcrofts E2X- och F-givare erbjuder tillförlitligheten hos A286 och är explosionssäkra. Vår E2S egensäkra givare är godkänd för vätgasapplikationer också.
