При сложных измерениях жидкостей в нефтяной и химической промышленности точность и стабильность приборов для измерения давления имеют решающее значение. Мембранные манометры из полипропилена (ПП) отличаются превосходной коррозионной стойкостью, что делает их идеальными для работы с кислотными и щелочными агрессивными средами. Однако профессиональные пользователи часто сосредотачиваются на ключевом показателе производительности: гистерезисе.
Гистерезис относится к явлению, когда показания манометра различаются при достижении определенной заданной точки из состояния низкого давления (растущее давление) и при достижении той же точки из состояния высокого давления (нисходящее давление). Это несоответствие не является случайной ошибкой, а систематическим отклонением, вызванным внутренними физическими характеристиками прибора и структурными ограничениями. Для высокоточного управления нефтехимическими процессами понимание и минимизация гистерезиса имеет важное значение для обеспечения качества продукции и эксплуатационной безопасности.
I. Механический гистерезис упругих элементов: внутренние свойства материала.
Основные компоненты Мембранный манометр из ПП являются диафрагма и механизм внутреннего движения. Основной источник гистерезиса связан с механическим несовершенством этих упругих элементов.
1. Упругий гистерезис материала диафрагмы.
Хотя ПП-диафрагмы часто улучшаются с помощью покрытий из ПТФЭ или используются как часть композитной конструкции в качестве упругого элемента, путь восстановления деформации не совсем идентичен при приложении напряжения и последующем его снятии.
-
При повышении давления диафрагма деформируется.
-
По мере снижения давления внутреннее микроструктурное трение и перестройка молекулярных цепей внутри диафрагмы задерживают ее полное возвращение в исходное состояние.
-
Эта диссипация энергии приводит к тому, что деформация (или смещение) во время процесса повышения давления отличается от деформации во время процесса снижения при том же значении давления, что проявляется непосредственно в виде гистерезиса указателя.
-
Особенно у полимерного материала ПП его вязкоупругие характеристики более выражены. При длительном или циклическом приложении давления этот эффект механического гистерезиса часто более значителен, чем в металлических диафрагмах.
2. Небольшое трение в механизме движения.
Смещение диафрагмы должно передаваться на указатель через прецизионные механические компоненты, такие как тяги, секторные шестерни и центральные шестерни. Мельчайшие силы трения между этими движущимися парами представляют собой второй основной источник гистерезиса.
-
В процессе восходящего давления сила трения противодействует направлению движения.
-
В процессе нисходящего давления направление силы трения меняется на противоположное.
-
В момент изменения давления механизм должен преодолеть статическое трение, прежде чем движение возобновится, что приводит к задержке между изменением давления и реакцией указателя.
-
Трения даже микронного уровня достаточно, чтобы вызвать заметное отклонение показаний давления.
II. Эффекты вязкости и сжимаемости в системе перекачки жидкости
Мембранные манометры из полипропилена обычно используют систему разделительных диафрагм с заполняющей жидкостью для изоляции агрессивных сред. Физические свойства этой системы транспортировки жидкости вносят значительный вклад в гистерезис.
1. Вязкость заполняющей жидкости
Заполняющая жидкость (например, силиконовое масло или фторуглеродное масло) обладает определенной степенью вязкости. Когда диафрагма деформируется под давлением и вытесняет жидкость:
-
Жидкость должна течь по внутренним каналам и капиллярам.
-
Внутреннее трение жидкости (вязкое сопротивление) препятствует непосредственной передаче энергии.
-
Это особенно актуально во время быстрых изменений давления или когда низкие температуры окружающей среды увеличивают вязкость, замедляя подвижность жидкости и замедляя передачу давления, тем самым усугубляя явление гистерезиса.
2. Растворение газа и остаточные микропузырьки
Если процесс дегазации не завершен во время наполнения жидкости, остаточные микропузырьки или растворенные в жидкости газы привносят сжимаемость при изменении давления.
-
Это приводит к тому, что первоначальное смещение диафрагмы сначала сжимает эти пузырьки газа, а не немедленно передает давление на трубку Бурдона или внутренний датчик.
-
Процесс сжатия и выпуска газа является нелинейным и имеет задержку по времени, создавая эффект «эластичного буфера», который приводит к гистерезису измерений.
III. Снятие напряжений и релаксация структурных компонентов
Длительная эксплуатация или термоциклирование могут привести к релаксации напряжений в корпусе и системе соединений из полипропилена, что является еще одним косвенным фактором, способствующим гистерезису.
-
Соединение с предварительным натягом (например, болтовое соединение) по краям корпуса из полипропилена и диафрагмы может испытывать релаксацию ползучести с течением времени и при изменениях температуры.
-
Ослабление предварительной нагрузки изменяет фиксированные граничные условия диафрагмы, а это означает, что начальное состояние и путь для каждого цикла давления могут не быть полностью согласованными.
-
При многократном приложении давления малейшие движения и перераспределение напряжений на границе соединения вызывают небольшое смещение нулевой точки упругого элемента, что приводит к разделению путей восходящего и нисходящего давления.
