膜盒变送器故障原因分析.pdf

第 2 期 总第 1 5 9期 2 0 1 2年 4月 煤化工 Co a l C h e mic a l I n d u s N o 2 T o t a l N o 1 5 9 Ap r 2 01 2 膜盒变送器故障原因分析 孙延辉 蔡丽娟 田 华 中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司 北京 1 0 0 0 1 1 摘要通过采用气相色谱 气质联用 扫描电镜 一 E D S能谱联用 傅立叶变换 一红外光谱 模拟蒸馏 热重 一 质谱 一红外联用等分析方法 对发生严重鼓包的膜盒变送器膜盒内的气体及硅油进行 了分析 综合 比较后可 知 二甲基硅油发生的裂解是导致膜盒鼓包及产生黑色固体的主要原因 并进一步确定了二甲基硅油起始裂解 温度为 1 7 0 左右 至 3 0 0 时裂解失重已达总重的 2 9 关键词膜盒变送器 二甲基硅油 裂解 文章编号 1 0 0 5 9 5 9 8 2 0 1 2 一 0 2 0 0 5 2 0 3 中图分类号 0 6 5 7 4 文献标识码 B 现代煤化工装置中广泛使用膜盒变送器测量压 力或压差 在某煤化工装置停车检修过程中 发现 2 台法兰式膜盒变送器的插入式膜盒发生了严重的鼓 包变形 在对膜盒拆检过程 中 发现膜盒内填充的二 甲基硅油颜色变为淡黄色 内部有明显黑色固体颗 粒 笔者通过采用气相色谱 G C 扫描电镜 一 E D S能谱 联用 S E M E D S 气质联用 G C M s 热重 一质谱 一红 外 联 用 T G M S F T I R 傅 立 叶 变 换 一红 外 光 谱 F T I R 模拟蒸馏等分析方法 对膜盒内气体组成 硅油组分及馏程 硅油内的黑色固体颗粒组成等进行 分析 并对膜盒鼓包及黑色固体颗粒产生原因进行剖 析 为解决膜盒鼓包问题提供理论指导 1 实 验 I I 膜盒 内气体的分析 对膜盒内气体采用气相色谱分析 分析仪为岛津 G C 2 0 1 4气相色谱仪 分析方法为外标法 1 2 硅油 内黑色 固体 颗粒 的分析 对鼓包膜盒二甲基硅油中的黑色 固体颗粒采用 扫描 电镜 一 E D S能谱及傅立叶变换 一红外光谱分析 分析前采用专用铜网 从已鼓包膜盒中充填的二甲基 硅油 中直接捞取 出黑色粉末 并用丙酮或苯 溶剂进行 多次清 洗 干燥后作 为分析样 品 扫描 电镜 一 E D S 能谱联用 s E M E D s 采用 日立 4 8 0 0 冷场发射扫描电子显微镜进行分析 傅立叶变换 一 红 外光谱 F T I R 采用 B R U K E R T E N S O R 2 7 型 F T I R光谱 仪进行分析 扫描范围 v 波数 4 0 0 c I I r 4 0 0 0 c m 1 1 3 膜盒 内二 甲基硅油 的分析 对 膜 盒 内 充 填 的 二 甲 基 硅 油 采 用 气 质 联 用 G c M s 模拟蒸馏 热重及热重 一质谱 一红外联用 T G M s F T I R 分析 气质联用分析采用安捷伦 H P 7 8 9 0 5 9 7 3气质联 用仪 模拟蒸馏仪采用安捷伦 6 8 9 0 N 分析方法符合 A S T M D 2 8 8 7中的相应要求 T G D T G分析在 日本精工 E X S T A R 6 0 0 0 热 重差热分析仪 上进行 取 1 0 m g左右样 品置 于陶瓷坩锅 中 在干燥 的氮气 流中 以 2 O m in 的加热速率 由室温升温至 8 0 0 系统 自动采集数 据 得到样 品失 重数据 并经 处理得到失 重速率 数据 热重 一质谱 一红外 联用 分析 采用 热 分析 仪 N E T Z S C H S T A 4 4 9 C 质 谱 N E T Z S C H A e o lo s Q M S 4 0 3 C 坩 埚 材 质 A 1 0 傅立叶变换红外光谱 B R U K E R T E N S O R 2 7 2 结果与讨论 2 1 膜盒 内气体 分析结果讨 论 考虑到膜盒发生了严重的鼓包变形 经敲击判 断 主要为膜盒内部产生气体所致 故先对膜盒内产 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 6 作者简介 孙延辉 1 9 7 7 男 辽宁凌源 工程师 博士 1 9 9 9年本科毕业于抚顺石油学院 现从事煤化工相关技术工作 E m a i 1 s u n y a n h ui c s c lc c o m 2 0 1 2年 4月 孙延辉等 膜盒变送器故障原因分析 一5 3 一 生的气体组成进行了气相色谱分析 由于受实验条件 所限 膜盒内气体分析取样过程中混入了部分空气 在对气相色谱分析结果进行了相应校正后 最终发现 膜盒内气体主要组成为甲烷 有关研究者认为 膜盒内产生 甲烷气体主要的原 因有 两个 即氢腐 蚀 及膜盒 内填充 的二 甲基硅 油裂 解 由于膜盒变送器中膜盒所接触的介质中富含 氢气 故首先对发生鼓包变形的膜盒膜片内表面进行 了大量的失效分析 未发现氢腐蚀的明显证据 而由 于膜盒变送器的使用温度接近于所充填的二甲基硅 油使用温度的高限 且二甲基硅油高温裂解时 也会 产生固体 3 这与发生鼓包膜盒硅油中发现黑色固体 颗粒现象相似 故决定进行后续分析 以证实膜盒内 充填 的二 甲基 硅油是 否发生 了裂 解 2 2 硅油内黑色固体颗粒分析结果讨论 2 2 1 傅立叶变换 一红外光谱 F T I R 分析结果 对膜盒内充填 的二甲基硅油内产生的黑色 固体 颗粒的 F T I R分析谱图如图 l 所示 水 槲 波 长 c 矿 图 1 黑色固体颗粒的 F T m 分析谱图 从 图 1中可 以看 出 2 9 6 3 3 c m 处 为 S i C H 3 的 C H伸缩振动峰 l 2 6 1 7 c m 处为 S i C H 3 的吸收峰 l 0 0 0 c m 左右为 s i一 0 一 S i 的伸缩振动峰 8 0 4 9 c m 处为 S i C H 的伸缩振动峰等 说明该黑色固体颗粒 可能为含有碳 硅 氧元素的有机硅类物质 2 2 2 S E M E D S分析结 果 根 据 F T I R分析 结果 进 一步 采用 S E M E D S能谱 分析黑色固体颗粒的元素组成 E D S能谱分析结果见 表 1 表 1 E D 两次取样分析结果 元素质量分数 C 0 S i C 1 F e 第 1次 3 4 2 5 4 5 9 0 1 5 0 7 3 0 2 1 7 5 第 2次 3 7 4 6 4 4 3 8 1 3 2 6 2 2 5 2 6 5 由表 1 可以看出 二甲基硅油中的黑色固体颗粒 主要由 C S i 0 元素组成 综合 F T I R结果 基本可以 确定黑色固体颗粒物为硅氧烷类物质 很可能为二甲 基硅油高温裂解产生 2 3 膜盒 内充填的硅油分析结果讨论 根据前面对膜盒内的气体及二甲基硅油内的黑 色固体颗粒物分析可知 膜盒内充填的二甲基硅油很 可能已经发生了裂解 故需要对二甲基硅油进行进一 步分析 来证明其在使用时是否发生了裂解 2 3 1 模拟蒸馏结果分析及讨论 从 已发生鼓 包的膜盒 内 取 出二 甲基硅 油并滤 除 黑色固体颗粒后 硅油 2 再对其进行模拟蒸馏实验 分析 为便于对比 从膜盒变送器毛细管尾端取 出一 定量的二 甲基硅油 无色 澄清 透明 硅油 1 进行 模拟蒸馏实验分析 拟通过两次实验结果 对 比验证 发生鼓包的膜盒变送器内的二甲基硅油发生了裂解 图 2为硅油 l及硅油 2 模拟蒸馏色谱图 通过图 2的对 比可以看出 硅油 2在 1 0 m in之前出现两个较 大 的化合 物 峰 而 硅油 l 中是没 有 的 由此可 以证 明 硅油 2中出现了和硅油 1 不同的物质 且其沸点低于 硅油 1中成分的沸点 盘 鹾 脚 避 500 0OO 5OO OO0 500 OO0 5OO 00O 5O0 5O0 000 50O OOO 50O OO0 600 0OO 500 譬 N f 硅 油 2 八 一 5 1 0 1 5 2 O 时间 m in 图 2 二甲基硅油模拟蒸馏色谱图 两种硅油的模拟蒸馏结果为 硅油 1 在 2 0 0 以 前的成分只占总成分的 5 其余沸点大都在 3 5 0 以上 且 4 0 0 以上成 分 占 8 9 而硅 油 2在 2 0 0 以前成分 占总量的 1 7 2 0 0 3 0 0 的成分 占总量 的 2 1 3 0 0 4 0 0 的成分为总量的 1 2 因此可以 证明 硅油 2 很可能已发生了裂解 即发生鼓包 的膜 盒变送 器 内的二 甲基硅 油很可能 已经 发生 了裂解 2 3 2 气质联用分析结果讨论 通过对已发生鼓包的膜盒内取出的二 甲基硅油 一 5 4一 煤 化 工 2 0 1 2年第 2 期 进行模拟蒸馏分析可知 出现 了轻组分 这与毛细管 末端取出的二甲基硅油完全不同 为进一步确定膜盒 内的二甲基硅油是否发生裂解 又对发生鼓包的膜盒 内的二甲基硅油进行了气质联用分析 分析结果进一 步证实 膜盒内的二 甲基硅油发生了裂解 生成了不 同的环硅氧烷和硅油端基的分子链段 在高温 高压 环境下 二甲基硅油裂解后产生的小分子碎片会发生 缩聚及 自由基再结合反应 生成无定形类聚碳硅烷固 体产物 3 所以在鼓包膜盒内充填的二甲基硅油中发 现了黑色固体颗粒 2 3 3 热重及热重 一质谱联用结果讨论 通过对膜盒内气体 二甲基硅油及黑色固体颗粒 的分析 已基本确定二甲基硅油在使用过程中发生了 裂解 为进一步确定二甲基硅油的裂解温度及裂解程 度 对膜盒变送器毛细管尾端取出的二甲基硅油进行 了热重及热重 一质谱联用分析 拟通过热重分析确定 失重情况 再通过热重 一质谱联用进一步证实上述失 重是由于硅油裂解造成 膜盒变送器毛细管尾端取出的二甲基硅油的热 重图如图 3所示 从图 3中可以看出 二甲基硅油在 1 7 0 左右开始失重 在 2 6 0 时 失重为样品总重 的 1 1 3 0 0 时 失重为样品总重的 2 9 3 5 0 时失重 为样品总重 的 7 9 随后对从膜盒变送器毛细管尾端取出的二 甲基 硅油进行 了热重 一质谱 一红外联 用分析 分析温度 范 围为室温至 3 0 0 所得热重图线与圈 3相似 通过 质谱及红外光谱分析 所检测到的 3 0 0 之前二甲基 硅油热失重气体产物为甲烷 三甲基硅烷等 这也与 文献 3 中的分析结果相一致 i 略 温 度 C 图 3二 甲基 硅油的 热重 图 3结 论 通过对发生鼓包的膜盒变送器膜盒 内的气体组 成 硅油组分及馏程 硅油内的黑色固体颗粒组成等 进行分析 综合 比较分析结果并与相关文献结论相结 合 发现膜盒内填充的二甲基硅油发生裂解是导致膜 盒鼓包和二 甲基硅油变色及产生黑色固体颗粒的主 要原因 建议在膜盒变送器选型过程中 要充分考虑 填充硅油 的裂解温度 以避免 因硅 油裂解造 成膜盒 内 产生气体导致鼓包问题的出现 参考文献 1 葛默辉 陈梦谪 李华瑞 等 钢中碳化物与氢腐蚀的 关系 J 上海治金 1 9 7 9 1 1 6 5 7 4 2 蔡武昌 氢气渗入差压变送器封液的故障原因和防治 J 石油化工自动化 2 0 0 9 4 5 1 6 0 6 1 3 宋永才 商瑶 冯春祥 等 聚二甲基硅烷的热分解 研究 J 高分子学报 1 9 9 5 1 6 7 5 3 7 5 7 An a ly s o f t h e Fa ilu r e Ca u s e of M e mb r a n e Bo x Tr a n s mit t e r s S u n Y a n h u i C a i L ij u a n a n d T ia n H u a B e i j in g E n g in e e r in g B r a n c h C h in a S h e n h u a C o a l t o L i q u id a n d C h e m ic a l C o L t d B e ij in g 1 0 0 0 1 1 C h in a Abs t r a c t By u s in g s e v e r a l a n a ly s i s me t h o d s s u c h a s GC S EM EDS GC MS TG MS F T I R F T I R s i mu la t e d d i s t i lla t i o n t h e g a s a n d s i lic o n o i l in t h e me mb r a n e b o x w it h s e rio u s b u l g e we r e a n a ly z e d C o mp r e h e n s i v e c o mp a r is o n s h o w s t h a t t h e p y r o ly s is o f t he d ime t h y l li c o n o il i s t he ma in c a u s e of the me mb r a n e b o x b u lg e and t h e o c c u r r e n c e o f b l a c k s o lid an d t h e d ime t h y l s i lic o n o i l in it i a l p y r o ly