Melyek a fő okai a hiszterézisnek a petrolkémiai PP membránnyomásmérő méréseknél?

A kőolaj- és vegyipar komplex folyadékméréseinél a nyomásmérő műszerek pontossága és stabilitása döntő jelentőségű. A polipropilén (PP) membrános nyomásmérők kiváló korrózióállóságukkal tűnnek ki, így ideálisak savas és lúgos korrozív közegek kezelésére. A professzionális felhasználók azonban gyakran egy kulcsfontosságú teljesítménymutatóra összpontosítanak: a hiszterézisre.

A hiszterézis arra a jelenségre utal, amikor a nyomásmérő kijelzett értéke eltér egy meghatározott beállítási pont elérésekor alacsony nyomású állapotból (növekvő nyomás), illetve ugyanazon pont elérésekor nagynyomású állapotból (csökkenő nyomás). Ez az eltérés nem véletlenszerű hiba, hanem a műszer belső fizikai jellemzőiből és szerkezeti korlátaiból adódó szisztematikus eltérés. A petrolkémiai folyamatok nagy pontosságú vezérléséhez elengedhetetlen a hiszterézis megértése és minimalizálása a termékminőség és az üzembiztonság biztosítása érdekében.

I. Rugalmas elemek mechanikai hiszterézise: Az anyag belső tulajdonságai

Az alapvető összetevők a PP membrános nyomásmérő a membrán és a belső mozgási mechanizmus. A hiszterézis elsődleges forrása ezeknek a rugalmas elemeknek a mechanikai tökéletlenségeiből adódik.

1. A membrán anyagának rugalmas hiszterézise

Bár a PP membránokat gyakran PTFE bevonattal javítják, vagy kompozit szerkezet részeként, rugalmas elemként használják, a feszültség-visszanyerési út nem teljesen azonos, amikor feszültséget alkalmaznak, és ezt követően feloldják.

• A nyomás növekedésével a membrán deformálódik.

• A nyomás csökkenésével a belső mikroszerkezeti súrlódás és a molekuláris láncok átrendeződése a membránon belül késlelteti a teljes visszatérést a kezdeti állapotba.

• Ez az energiadisszipáció azt okozza, hogy a növekvő nyomásfolyamat során a feszültség (vagy elmozdulás) eltér az azonos nyomásérték melletti csökkenő folyamat során tapasztalt feszültségtől (vagy elmozdulástól), amely közvetlenül mutató hiszterézisben nyilvánul meg.

• Különösen a PP polimer anyag esetében a viszkoelasztikus jellemzők hangsúlyosabbak. Hosszú távú vagy ciklikus nyomás alkalmazása esetén ez a mechanikai hiszterézis hatás gyakran jelentősebb, mint a fémmembránoknál.

2. Kisebb súrlódás a mozgási mechanizmusban

A membrán elmozdulását precíziós mechanikai alkatrészeken, például kapcsolórudakon, szektorfogaskerekeken és központi fogaskerekeken keresztül kell továbbítani a mutatóba. A mozgó párok közötti parányi súrlódási erők jelentik a hiszterézis második fő forrását.

• A növekvő nyomásfolyamat során a súrlódási erő ellentétes a mozgás irányával.

• A csökkenő nyomásfolyamat során a súrlódási erő iránya megfordul.

• Abban a pillanatban, amikor a nyomás megfordul, a mechanizmusnak le kell győznie a statikus súrlódást, mielőtt újraindulna a mozgás, ami késést okoz a nyomásváltozás és a mutató válasza között.

• Még mikron szintű súrlódás is elegendő ahhoz, hogy a nyomáskijelzésben megfigyelhető eltérést okozzon.

II. Viszkozitási és összenyomhatósági hatások a folyadékszállító rendszerben

A PP membrános nyomásmérők jellemzően membrántömítő rendszert használnak töltőfolyadékkal a korrozív közegek elkülönítésére. Ennek a folyadékszállító rendszernek a fizikai tulajdonságai jelentősen hozzájárulnak a hiszterézishez.

1. A töltőfolyadék viszkozitása

A töltőfolyadék (például szilikonolaj vagy fluor-szénhidrogén olaj) bizonyos fokú viszkozitással rendelkezik. Amikor a membrán nyomás hatására deformálódik és kiszorítja a folyadékot:

• A folyadéknak belső csatornákon és kapillárisokon kell átfolynia.

• A folyadék belső súrlódása (viszkózus ellenállás) akadályozza az energia azonnali átvitelét.

• Ez különösen fontos gyors nyomásváltozások esetén, vagy amikor az alacsony környezeti hőmérséklet növeli a viszkozitást, lelassítja a folyadék mobilitását és késlelteti a nyomásátvitelt, ezáltal súlyosbítja a hiszterézis jelenségét.

2. Gázoldódás és maradék mikrobuborékok

Ha a gáztalanítási folyamat a folyadék feltöltése során nem teljes, akkor a folyadékban feloldódott maradék mikrobuborékok vagy gázok nyomásváltozás hatására összenyomhatóságot okoznak.

• Ez azt eredményezi, hogy a membrán kezdeti elmozdulása először összenyomja ezeket a gázbuborékokat, nem pedig azonnal továbbítja a nyomást a Bourdon-csőhöz vagy a belső érzékelőhöz.

• A gáz kompressziós és felszabadítási folyamata nem lineáris és időkésleltetett, ami egy "rugalmas puffer" effektust hoz létre, amely mérési hiszterézist vezet be.

III. Stresszoldás és relaxáció a szerkezeti elemekben

A hosszú távú működés vagy a termikus ciklus feszültséglazuláshoz vezethet a PP-házban és a csatlakozási rendszerben, ami egy másik közvetett tényező, amely hozzájárul a hiszterézishez.

• A PP ház és a membrán szélein lévő előfeszítő csatlakozás (pl. csavaros szerelvény) idővel és hőmérséklet-ingadozásokkal kúszás ellazulhat.

• Az előfeszítés lazítása megváltoztatja a membrán rögzített peremfeltételeit, ami azt jelenti, hogy az egyes nyomásciklusok kiindulási állapota és útja nem biztos, hogy tökéletesen konzisztens.

• Ha ismételten nyomást fejtenek ki, az apró mozgások és a feszültség újraeloszlása ​​a csatlakozási felületen enyhe eltolódást okoz a rugalmas elem nullapontjában, ami a felszálló és a csökkenő nyomásút szétválásához vezet.