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 väteapplikationer har processer som kan orsaka vätejondiffusion.

Detta kan leda till vätegenomträngning och materialsprödhet, vilket kan göra att din tryckgivare förstörs i förtid.

Tryckmätare, tryckvakter och sensorer kan alla användas i vätgasapplikationer. I den här artikeln kommer vi att fokusera på tryckgivare, 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 material, applikationens tryckområde samt om den skall sitta i en ATEX klassad zon.

När trycket i en applikation ökar, ökar det membranets 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 vätskefylld sensor som ansluts till en töjningsmätare.

I båda fallen blir membranet den svaga länken i systemet. Med tiden kommer genomträngning att orsaka signaldrift eller ett direkt fel om rätt material inte väljs för applikationen.

Om tryckförmedlaren innehåller vätskeisolerade sensorer kan vätepermeation vara ett problem. Vätskeisolerade tryckförmedlare förlitar sig på ett tunt metallisoleringsmembran för att förhindra att väte tränger in till sensorns vätska.

Om vätegenomträngning sker i den här typen av förmedlare kan vätejonerna som tränger igenom membranmaterialet ombildas i vätskan som vätemolekyler. Molekylerna kommer då att samlas och bilda en vätebubbla. Dessa bubblor kommer att orsaka en nollförskjutning på givaren och kan resultera i att trycktransmitter driver över tid.

Ett sätt att minska genomträngningen av väte är att använda ett material med en tät struktur 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 struktur som ökar membranets motståndskraft mot vätepermeation

Förutom gitterstrukturen hos ett material, påverkas vätepermeationen också av trycket från en applikation. Ju högre tryck vätgasen 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 struktur utan är väl lämpat för att hantera applikationens tryckområde.

Väteförbränning

Sprödhet är ett fenomen som orsakar förlust av seghet och följaktligen sprödhet i ett material. Mycket känsliga material inkluderar höghållfasta stål, titan och aluminiumlegeringar och elektrolytisk 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 seghet 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. Spänning under sträckgränsen för det mottagliga materialet orsakar sedan efterföljande sprickbildning och spröda brott.

När vätemolekyler desarmeras skapar de vätejoner, som är några av de minsta jonerna i världen. De kan passera genom strukturen 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 seghet 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 seghet hos en metall på grund av närvaron av atomärt väte.

· Hydrogen Environmental Brittlement (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 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 efterbehandling.

· 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 sin täta material kategaristik vid tryck upp till 1 400 bar, vilket begränsar vätepermeation (den är inte vätskefyld).

Ashcrofts E2X- och F-givare erbjuder tillförlitligheten hos A286 och är explosionssäkra. Vår E2S egensäkra givare är godkänd för vätgasapplikationer.