Mitkä ovat tärkeimmät syyt hystereesiin petrokemian PP-kalvon painemittarin mittauksissa?

Öljy- ja kemianteollisuuden monimutkaisissa nestemittauksissa paineinstrumenttien tarkkuus ja vakaus ovat ratkaisevan tärkeitä. Polypropeeni (PP) kalvopainemittarit erottuvat erinomaisesta korroosionkestävyydestään, joten ne ovat ihanteellisia happamien ja emäksisten syövyttävien väliaineiden käsittelyyn. Ammattikäyttäjät keskittyvät kuitenkin usein keskeiseen suoritusindikaattoriin: hystereesiin.

Hystereesi viittaa ilmiöön, jossa painemittarin ilmoitettu arvo poikkeaa saavutettaessa tietty asetuspiste matalapainetilasta (nouseva paine) verrattuna samaan pisteeseen korkeapainetilasta (laskeva paine). Tämä poikkeama ei ole satunnainen virhe, vaan järjestelmällinen poikkeama, joka johtuu instrumentin sisäisistä fyysisistä ominaisuuksista ja rakenteellisista rajoituksista. Petrokemian prosessien tarkan ohjauksen kannalta hystereesin ymmärtäminen ja minimoiminen on olennaista tuotteiden laadun ja käyttöturvallisuuden varmistamiseksi.

I. Elastisten elementtien mekaaninen hystereesi: materiaalin sisäiset ominaisuudet

A:n ydinkomponentit PP-kalvopainemittari ovat kalvo ja sisäinen liikemekanismi. Pääasiallinen hystereesin lähde johtuu näiden elastisten elementtien mekaanisista epätäydellisyyksistä.

1. Kalvomateriaalin elastinen hystereesi

Vaikka PP-kalvoja on usein paranneltu PTFE-pinnoitteilla tai niitä käytetään osana komposiittirakennetta, elastisena elementtinä, jännityksen palautumisreitti ei ole täysin identtinen, kun jännitystä kohdistetaan ja sen jälkeen vapautetaan.

• Paineen kasvaessa kalvo deformoituu.

• Kun paine laskee, sisäinen mikrorakenteellinen kitka ja molekyyliketjujen uudelleenjärjestely kalvon sisällä viivästyttää sen täydellistä palautumista alkutilaan.

• Tämä energiahäviö saa aikaan jännityksen (tai siirtymän) nousevan paineprosessin aikana poikkeavan laskevan prosessin aikana samalla painearvolla, mikä ilmenee suoraan osoitinhystereesinä.

• Erityisesti polymeerimateriaalilla PP sen viskoelastiset ominaisuudet ovat selvempiä. Pitkäaikaisessa tai syklisessä painekäytössä tämä mekaaninen hystereesivaikutus on usein merkittävämpi kuin metallikalvoissa.

2. Pieni kitka liikemekanismissa

Kalvon siirtymä on välitettävä osoittimeen tarkkuusmekaanisten komponenttien, kuten vivustotangojen, sektorivaihteiden ja keskivaihteiden kautta. Pienet kitkavoimat näiden liikkuvien parien välillä muodostavat toisen suuren hystereesin lähteen.

• Nousevan paineen aikana kitkavoima vastustaa liikkeen suuntaa.

• Laskevan paineen aikana kitkavoiman suunta kääntyy.

• Kun paine kääntyy, mekanismin on voitettava staattinen kitka ennen liikkeen alkamista uudelleen, mikä aiheuttaa viiveen paineen muutoksen ja osoittimen vasteen välillä.

• Jopa mikronitason kitka riittää aiheuttamaan havaittavissa olevan poikkeaman painenäytössä.

II. Viskositeetti- ja puristuvuusvaikutukset nesteensiirtojärjestelmässä

PP-kalvopainemittarit käyttävät tyypillisesti kalvotiivistejärjestelmää, jossa on täyttönestettä syövyttävän väliaineen eristämiseksi. Tämän nesteensiirtojärjestelmän fysikaaliset ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi hystereesiin.

1. Täyttönesteen viskositeetti

Täyttönesteellä (kuten silikoniöljyllä tai fluorihiiliöljyllä) on tietty viskositeetti. Kun kalvo deformoituu paineen alaisena ja syrjäyttää nesteen:

• Nesteen tulee virrata sisäisten kanavien ja kapillaarien läpi.

• Nesteen sisäinen kitka (viskoosi vastus) estää välitöntä energian siirtymistä.

• Tämä on erityisen tärkeää nopeiden paineen muutosten aikana tai kun alhaiset ympäristön lämpötilat lisäävät viskositeettia, mikä hidastaa nesteen liikkuvuutta ja hidastaa paineen siirtymistä, mikä pahentaa hystereesiilmiötä.

2. Kaasun liukeneminen ja jäännösmikrokuplat

Jos kaasunpoistoprosessi on epätäydellinen nesteen täytön aikana, nesteeseen liuenneet jäännösmikrokuplat tai kaasut aiheuttavat kokoonpuristuvuutta paineen muuttuessa.

• Tämä aiheuttaa sen, että kalvon ensimmäinen siirtymä puristaa ensin nämä kaasukuplat sen sijaan, että se välittäisi paineen välittömästi Bourdon-putkeen tai sisäiseen anturiin.

• Kaasun puristus- ja vapautusprosessi on epälineaarinen ja viivästetty, mikä luo "elastisen puskurin" vaikutuksen, joka saa aikaan mittaushystereesin.

III. Stressin purkaminen ja rentoutuminen rakenneosissa

Pitkäaikainen käyttö tai lämpökierto voi johtaa jännityksen rentoutumiseen PP-kotelossa ja liitäntäjärjestelmässä, mikä on toinen epäsuora hystereesiä edistävä tekijä.

• Esijännitysliitos (esim. pulttikokoonpano) PP-kotelon ja kalvon reunoilla voi kokea virumisrelaksaatiota ajan myötä ja lämpötilan vaihteluiden myötä.

• Esijännityksen rentoutuminen muuttaa kalvon kiinteitä rajaehtoja, mikä tarkoittaa, että kunkin painejakson aloitustila ja reitti eivät välttämättä ole täysin yhdenmukaisia.

• Kun painetta kohdistetaan toistuvasti, pienet liikkeet ja jännityksen uudelleenjakauma liitosrajapinnassa aiheuttavat elastisen elementin nollapisteen lievän poikkeaman, mikä johtaa nousevan ja laskevan painereitin erottumiseen.