Aké sú hlavné dôvody hysterézie v petrochemických meraniach PP membránovým tlakomerom

Pri komplexných meraniach tekutín v ropnom a chemickom priemysle je presnosť a stabilita tlakových prístrojov rozhodujúca. Polypropylénové (PP) membránové tlakomery sa vyznačujú vynikajúcou odolnosťou proti korózii, vďaka čomu sú ideálne na manipuláciu s kyslými a alkalickými korozívnymi médiami. Profesionálni používatelia sa však často zameriavajú na kľúčový ukazovateľ výkonu: hysterézu.

Hysterézia sa týka javu, kedy sa indikovaná hodnota tlakomeru líši pri dosiahnutí špecifickej nastavenej hodnoty zo stavu nízkeho tlaku (vzostupný tlak) oproti dosiahnutiu rovnakého bodu z vysokotlakového stavu (klesajúci tlak). Tento nesúlad nie je náhodná chyba, ale systematická odchýlka vyplývajúca z vnútorných fyzikálnych charakteristík prístroja a štrukturálnych obmedzení. Pre vysoko presné riadenie v petrochemických procesoch je pochopenie a minimalizácia hysterézie nevyhnutné na zabezpečenie kvality produktu a prevádzkovej bezpečnosti.

I. Mechanická hysterézia elastických prvkov: Vnútorné vlastnosti materiálu

Základné zložky a PP membránový tlakomer sú bránica a mechanizmus vnútorného pohybu. Primárny zdroj hysterézie pramení z mechanických nedokonalostí týchto elastických prvkov.

1. Elastická hysterézia materiálu membrány

Hoci PP membrány sú často vylepšené PTFE povlakmi alebo používané ako súčasť kompozitnej štruktúry, ako elastický prvok, cesta obnovy napätia nie je úplne identická, keď je aplikované napätie a následne uvoľnené.

• Keď tlak stúpa, membrána sa deformuje.

• Keď tlak klesá, vnútorné mikroštrukturálne trenie a preskupenie molekulárneho reťazca v membráne oneskoruje jej úplný návrat do počiatočného stavu.

• Toto rozptýlenie energie spôsobuje, že napätie (alebo posunutie) počas procesu vzostupného tlaku sa líši od napätia počas procesu zostupu pri rovnakej hodnote tlaku, čo sa prejavuje priamo ako hysterézia ukazovateľa.

• Najmä pri polymérnom materiáli PP sú jeho viskoelastické vlastnosti výraznejšie. Pri dlhodobej alebo cyklickej aplikácii tlaku je tento mechanický hysterézny efekt často výraznejší ako pri kovových membránach.

2. Malé trenie v mechanizme pohybu

Posun membrány sa musí prenášať na ukazovateľ pomocou presných mechanických komponentov, ako sú spojovacie tyče, sektorové prevody a centrálne prevody. Mierne trecie sily medzi týmito pohyblivými pármi tvoria druhý hlavný zdroj hysterézie.

• Počas procesu vzostupného tlaku pôsobí trecia sila proti smeru pohybu.

• Počas procesu klesajúceho tlaku sa smer trecej sily obráti.

• V momente, keď sa tlak obráti, musí mechanizmus prekonať statické trenie predtým, ako sa opäť začne pohyb, čo spôsobí oneskorenie medzi zmenou tlaku a odozvou ukazovateľa.

• Dokonca aj trenie na úrovni mikrónov je dostatočné na to, aby spôsobilo pozorovateľnú odchýlku v indikácii tlaku.

II. Účinky viskozity a stlačiteľnosti v systéme prenosu tekutín

PP membránové tlakomery zvyčajne využívajú membránový tesniaci systém s náplňou kvapaliny na izoláciu korozívnych médií. Fyzikálne vlastnosti tohto systému na prenos tekutín významne prispievajú k hysteréze.

1. Viskozita plniacej kvapaliny

Plniaca kvapalina (ako je silikónový olej alebo fluórovaný uhľovodíkový olej) má určitý stupeň viskozity. Keď sa membrána deformuje pod tlakom a vytlačí tekutinu:

• Kvapalina musí prúdiť cez vnútorné kanály a kapiláry.

• Vnútorné trenie kvapaliny (viskózne ťahanie) bráni okamžitému prenosu energie.

• Toto je obzvlášť dôležité počas rýchlych zmien tlaku alebo keď nízke teploty okolia zvyšujú viskozitu, spomaľujú pohyblivosť tekutiny a oneskorujú prenos tlaku, čím sa zhoršuje jav hysterézy.

2. Rozpustenie plynu a zvyškové mikrobubliny

Ak je proces odplyňovania neúplný počas plnenia kvapaliny, zvyškové mikrobubliny alebo plyny rozpustené v kvapaline spôsobujú stlačiteľnosť pri zmenách tlaku.

• To spôsobí, že počiatočné posunutie membrány najprv stlačí tieto plynové bubliny a nie okamžite prenesie tlak do Bourdonovej trubice alebo vnútorného senzora.

• Proces stláčania a uvoľňovania plynu je nelineárny a časovo oneskorený, čím sa vytvára efekt „elastického nárazníka“, ktorý zavádza hysterézu merania.

III. Uvoľnenie stresu a relaxácia v štrukturálnych komponentoch

Dlhodobá prevádzka alebo tepelné cykly môžu viesť k uvoľneniu napätia v PP puzdre a spojovacom systéme, čo je ďalší nepriamy faktor prispievajúci k hysteréze.

• Spojenie s predpätím (napr. skrutková zostava) na okrajoch PP puzdra a membrány môže v priebehu času a pri zmenách teploty zaznamenať uvoľnenie tečenia.

• Relaxácia predpätia mení pevné okrajové podmienky membrány, čo znamená, že počiatočný stav a dráha pre každý tlakový cyklus nemusia byť dokonale konzistentné.

• Keď je tlak opakovane aplikovaný, drobné pohyby a prerozdelenie napätia na spojovacom rozhraní spôsobia mierny posun v nulovom bode elastického prvku, čo vedie k oddeleniu vzostupnej a zostupnej tlakovej dráhy.