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摘要：目前各類煤氣化裝置氣化爐液位測量多采用差壓式液位變送器，但由于被測介質固含量較高極易堵塞引壓管道對測量產生影響，并且介質高溫高壓及有大量的H2 存在，容易在壓力、差壓、液位測量中造成變送器氫滲現象。目前鍍金膜片（金剛石膜片）變送器的應用可以有效降低氫滲對測量的影響。

引言

煤氣化是煤化工行業上游的核心技術。煤在高溫高壓條件下，與氣化劑反應，轉換成以合成氣（CO/H 2 ）為主要成分的氣體產物和少量殘渣。氣化裝置中有大量H 2 存在，由于H 2 的物理化學屬性及氣化裝置本身的高溫、高壓特點造成在變送器的測量中容易形成氫滲。目前常用的壓力、差壓及法蘭膜片安裝變送器的隔離膜片材質大多為316L不能有效的防止氫滲，使用一段時間后會發生膜盒變硬、鼓包、零點漂移、輸出不穩定等等現像，影響氣化爐關鍵參數的測量，降低氣化爐的運行效率，甚至造成非計劃停車的潛在風險。因此，解決好氫滲等問題對氣化裝置的長周期穩定運行，提高生產效率有積極影響。

1 氣化爐介紹

氣化爐是煤氣化裝置的核心，目前國外工藝主要有以殼牌爐為代表的干粉煤氣化技術，以德士古為代表的水煤漿氣化技術，以魯奇為代表的碎煤加壓氣化技術。其中尤以德士古的水煤漿氣化技術應用#為廣泛。

2 德士古氣化爐的重要測點及存在問題

在德士古氣化爐中有很多重要的溫度、壓力、流量測點。由于水煤漿氣化的特點會造成這些儀表的測量元件磨損、堵塞、氫脆等問題。本文主要以氣化爐中液位計堵塞、氫滲等問題的形成及解決方案來做著重論述。

3 關于堵塞問題討論

目前國內氣化爐在設計之初考慮避免高壓設備過多開口，把現場液位計及遠傳液位計利用旁通管的形式集中安裝在旁通管上（如圖2所示），由于旁通管水平段過長，致使旁通管內極容易積灰、堵塞，并且高壓沖洗水使用效果也不好。目前本廠也出現此現象，旁通管頻繁堵塞，由于氣化爐先天缺陷，無法將旁通管取消，只能通過改造沖洗水來降低堵塞頻率，（如圖3所示），通過本次改造，將氣化爐液位計因堵塞而產生的維護，從每天1次延長到每周維護1次～2次。

建議，在后續項目氣化爐設計之初，就考慮取消旁通管（如圖4所示），從根本上縮短取壓距離，降低堵塞出現的機率，并且引壓距離縮短，使用沖洗水的效果也較好，目前周邊煤化工企業如：華電榆林凱越煤化工、神木化工、兗礦榆林能化等均無旁通管設計，且應用狀況也較為理想。

4 氫滲現象

H 2 隨然沒有腐蝕性，但由于氫分子很小而具有極強的滲透能力，及時在大氣環境中H 2 也會以各種途徑進入金屬材料的晶格中。若在高溫、高壓、高濃度氫氣的協同作用下，則會大大加速H 2 的滲透能力，進入變送器隔離膜片內部，這種現場稱為氫滲。

變送器的氫滲現象主要體現在變送器的膜盒的隔離膜片上，通常隔離膜片的厚度只有100μm左右，是#薄弱的環節。在氣化爐上，在高溫高壓高濃度氫氣的作用下，隔離膜片會出現彈性失效，表面硬化，甚至有部分氫分子還透過隔離膜片造成氫滲，使隔離膜片內部出現氣體、體積膨大、造成膜盒鼓包變形、變送器零點漂移、輸出不穩定。

影響氫滲的重要因素有以下幾個：

1）靜壓：靜壓越大氫滲現象就會越快。

2）溫度：一般來講H 2 在常溫下對變送器是沒有滲透性的，溫度越高氫分子的活動性越強，滲透性就越強。

3）H 2 濃度：H 2 濃度越高，造成氫滲的可能性就越大。

4）水份含量：水份含量越低，氫分子電離為原子的可能性就越低，穿過膜片重新結合成H 2 的可能性就越低。

5）變送器膜片厚度：隔離膜片越厚H 2 的滲透率越低。但膜片厚度的增加也會降低變送器的壓力敏感度。

6）隔離膜片材質：H 2 在不同的金屬材料中有不同的滲透率，在目前常用的變送器隔離膜片中，H 2 在哈氏合金中的滲透率#強，其次為316L膜片，在鍍金膜片中的滲透率#弱。

5 變送器防止氫滲措施

從以上影響氫滲的因素可以看出，基于氣化爐內溫度、壓力和水份含量不可改變的前提下，增加膜片厚度和使用低氫滲率膜片是延緩氫滲問題的#有效方法。目前阻止變送器隔離膜片氫滲的方法主要有兩種：一種是隔離法、一種是鍍層法。

隔離法通常是采用聚四氟乙烯貼膜，在法蘭安裝變送器表面貼附一張聚四氟乙烯貼膜，起到隔離介質的作用，貼膜一般厚0.04mm。貼膜需要用耦合劑（一般是特制硅油）和變送器的金屬膜片粘在一起并需保證貼膜和膜片之間沒有空氣，并且貼膜只能應用在180℃以下溫度且不耐磨損，使用局限性比較大，一般在低溫且相對靜態的工藝情況。

鍍層法一般是指在變送器隔離膜片表面鍍金，金具有很好的致密性和耐蝕性，可以有效的延緩H 2 滲透，降低氫脆和氫滲對變送器測量的影響。

由于氣化爐，洗滌塔液位的差壓值相對比較大，在加厚變送器316L隔離膜片的同時加厚鍍金層的厚度，不會損失多少壓力敏感度，同時卻能有效提高變送器隔離膜片的耐磨損能力和防氫滲能力，從而提高變送器的使用壽命。如圖8所示測試結果表明鍍金涂層變送器的防氫滲能力要遠優于普通316L不銹鋼膜片的變送器。在500℃下鍍金層的滲透率要比316L低12倍。

6 行業應用前瞻

目前在防氫滲方面行業#新的應用是鍍金剛石膜片的變送器。在防磨損和防氫滲方面起能力要優于鍍金膜片。該種膜片鍍層（ARC鍍層）非常薄只有1μm~2μm，盡量降低了膜片加厚對壓力敏感度的影響，據廠家公開資料其防磨損能力是普通不銹鋼膜片的10倍，是加厚不銹鋼膜片的5倍，防磨損性能優于陶瓷膜片。防氫滲能力：500℃下，是不銹鋼膜片的86倍，是5μm鎳打底鍍金涂層的22倍,是5μm金打底鍍金涂層的16倍，是25μm金打底鍍金涂層的7倍。但是該種金剛石鍍層不耐腐蝕，在有腐蝕性介質存在的場合需慎用。

7 總結

因氣化爐、洗滌塔液位計均為煤氣化工藝中的重要監控指標，并進入氣化爐安全聯鎖中（SIS），每次維護均需要辦理聯鎖解除票據，頻繁接觸聯鎖既增加了運行風險，也增加了維護人員的工作量。必須在設計之初對液位計的維護難點：易堵塞、磨蝕、氫滲、集氣等作出合理的解決辦法，以避免影響生產平穩。并且從各家的變送器產品實際應用效果來看，整體鍍金膜片變送器使用壽命較短，還需要各個廠家根據對變送器實際應用情況的考察，進一步優化變送器選型，以保證氣化爐液位變送器使用周期延長。