Влияние агрессивных сред на материалы датчиков. Часть 2

В предыдущей статье мы ознакомились с датчиками уровня для агрессивных жидкостей, у которых чувствительные элементы состоят из полимерных материалов и боросиликатного стекла. В этой статье будут рассмотрены сигнализаторы уровня, у которых материалом сенсора является нержавеющая сталь с дополнительным покрытием материала и без него.

Первым рассмотрим датчик уровня для агрессивных жидкостей Nivomag, у которого материал чувствительного элемента состоит их нержавеющей стали марки 1.4571.

Поплавковые магнитные сигнализаторы уровня агрессивных жидкостей Nivomag

Датчики уровня Nivomag применяют для определения крайнего уровня жидкости в концентрированных кислотах и щелочах.

Принцип работы:

Поплавок из нержавеющей стали 1.4571 всплывает, когда поднимается уровень жидкости, благодаря тому, что внутри поплавка находится камера с воздухом. Затем поплавок доходит до своего крайнего положения, и магнит внутри него воздействует на микропереключатель. И после этого срабатывает внутреннее реле прибора.

Чаще всего в химической промышленности рассматриваются серная, соляная и азотная кислоты. Они имеют разную концентрацию:

1. Концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%;
2. В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%);
3. Форма выпуска азотной кислоты зависит от ее концентрации: обычная (65% — 68%), дымная (от 86% и более).

Если подробнее рассмотреть свойства нержавеющей стали 1.4571, то она, благодаря своему составу, может использоваться с легковоспламеняющимися, а также со всеми нейтральными, невоспламеняющимися и маловязкими жидкостями, такими как органические кислоты, растворители, маловязкие неорганические щелочи и кислоты. Это высокопрочный, устойчивый к коррозии, пластичный, жаростойкий материал.

Нержавеющая сталь 1.4571 инертна к этим веществам и не подвергается коррозии при контакте:

1. Ацетон;
2. Толуол;
3. Спирты;
4. Аммиак;
5. Легковоспламеняющиеся растворители;
6. Нитроцеллюлозные лаки;
7. Перхлорэтилен;
8. Трихлорэтилен;
9. Калийная и натриевая щелочи;
10. Фосфорная кислота (60%);
11. Серная кислота (концентрация от 7,5% и до 92%);
12. Фруктовые соки;
13. Молоко и т.д.

Нам нужно знать особенности этой марки стали (AISI 316 Ti), чтобы точно знать при контакте с чем произойдёт коррозия, а с чем нет. Помимо содержания молибдена, никеля и хрома, отличие данного материала от других марок стали в том, что в нем содержится титан, который повышает устойчивость к коррозии.

Рассмотрим химическую стойкость материала в следующей таблице:

П — подходит, М — ограничено применимо, Н — не подходит

Для того чтобы понять таблицу, приведенную выше, приведем примеры:

1. При неблагоприятных условиях наблюдается межкристаллитная коррозия, затем прекращается образование защитного слоя. Такой вид коррозии может произойти, если сталь начнёт взаимодействовать, например, с водным раствором кислоты Каро.
2. Но, с другой стороны, если нержавейка 1.4571 начнёт контактировать с менее агрессивными жидкостями, например, с раствором муравьиной кислоты, то разрушения не последует.

Вибрационный переключатель предельного уровня LVL-M2C

Принцип работы: вибровилка датчика LVL-M2C вибрирует с установленной (в соответствии с плотностью среды) частотой. Когда сенсор покрывается жидкостью, колебания затухают, и внутренняя электроника фиксирует это изменение, после чего происходит срабатывание внутреннего реле датчика.

Переключатель предельного уровня LVL-M2C может быть установлен для определения уровня жидкости в концентрированных кислотах и щелочах.

Благодаря материалу сенсора датчика уровня LVL-M2C — нержавеющей стали 1.4435, сигнализатор имеет определенную химическую стойкость к агрессивным жидкостям. Для того чтобы правильно подобрать сигнализатор уровня для агрессивных жидкостей под определенный технологический процесс, нужно знать особенности материала чувствительного элемента, в данном случае, им является нержавеющая сталь 1.4435. Данная марка стали представляет собой высокоустойчивый к коррозии материал в большом количестве природных вод (городских, сельских и промышленных) даже при умеренном содержании солей и хлоридов.

Представляем таблицу химической стойкости нержавеющей стали 1.4435 или AISI 316L:

• + данный реагент подходит к взаимодействию,
• — данный реагент не подходит к контакту,
• О — ограничено применимо,
• НД — нет данных.

Приведем примеры, чтобы подробнее объяснить приведенную выше таблицу:

1. Такая сталь не разрушается при взаимодействии с щелочами, например гидроксидами натрия или калия, при комнатной температуре.
2. Однако, в применении с кислотами, надо быть осторожным. К примеру, в контакте с концентрированной серной кислотой материал стали подвергается коррозии.

Но помимо нержавеющей стали чувствительный элемент покрыт ЭХТФЭ. И с этим материалом тоже следует разобраться подробнее, чтобы понять с какими веществами может взаимодействовать датчик, не подвергаясь вредным воздействиям.

Этиленхлортрифторэтилен (ЭХТФЭ) обладает высокой стойкостью к УФ-излучению, физиологической безвредностью, а также наилучшей химической стойкостью и самой высокой температурной устойчивостью среди термопластов, что позволяет применять его при высоких температурах (от -40 до +150 °C).

Необходимо учитывать химическую стойкость материала ЭХТФЭ, данные о которой представлены в следующей таблице:

• + стойкий (в пределах допустимого давления и температуры, материал не изменяется или имеет незначительные изменения),
• — не стойкий (материал не совместим со средой, либо совместим в особых условиях),
• О — ограничено стойкий (среда может повредить материал — деформация и вздутие материала. Необходимо сделать ограничения в отношении давления или температуры. Срок службы может быть значительно сокращен),
• НД — нет данных (нет точных данных о взаимодействии с данным веществом).

Таким образом, при рассмотрении химической стойкости чувствительного элемента датчика из нержавеющей стали 1.4435 и материала, покрывающего ее — ЭХТФЭ, можно сделать следующие выводы:

1. Материал ЭХТФЭ не выдержит воздействия азотной кислоты, 65 % при 80 °С, но нержавеющая сталь 1.4435 сможет помочь датчику для агрессивных жидкостей LVL-M2C не подвергнуться коррозии.
2. Атомы фтора обеспечивают максимальную стойкость к коррозии материалу ЭХТФЭ, что позволяет использовать вибрационный переключатель предельного уровня LVL-M2C при контакте с серной кислотой любой концентрации.

Ультразвуковой датчик уровня Baumer 18 для агрессивных жидкостей

Принцип работы заключается в свойстве отражения ультразвуковой волны от поверхности материала. УЗ волны постоянно посылаются излучателем в бак. В тот момент, когда верхний уровень жидкости входит в диапазон измерения датчика, волны отражаются от поверхности материала, и улавливаются приёмником. В этот момент срабатывает реле, и подаётся сигнал о наполнении ёмкости.

Ультразвуковой датчик уровня Baumer 18 применяется для измерения уровня агрессивных жидкостей, а именно кислот и щелочей, и не контактирует с ними, поэтому нужно учесть влияние агрессивных паров на материал датчика. Таковыми являются оксиды азота, серы, водород и т.д. Давайте разберемся, к чему у ультразвуковых датчиков уровня Baumer 18 «есть иммунитет».

Материалом сенсора сигнализаторов уровня Baumer 18 является нержавеющая сталь 1.4435 с париленовым покрытием. Необходимо для начала понять, к парам каких веществ нержавеющая сталь 1.4435 инертна, и для этого поможет следующая таблица:

+ походит, О — ограниченно применим, — не подходит.

Для правильного применения датчиков уровня Baumer 18 нужно разобраться подробнее с париленовым покрытием.

Парилен, или поли-пара-ксилилен, инертен по отношению к большинству органических растворителей, растворам солей, кислот и щелочей при нормальных условиях. Даже концентрированная серная кислота не оказывает вредного воздействия на парилен и при 150 °С.

Для того чтобы понять, с какими парами веществ может взаимодействовать ППКП, необходимо учесть химическую стойкость парилена к ним, чтобы правильно использовать этот материал в технологическом процессе.

Материалы, ограниченно применимые к ППКП (со временем возможно разрушение материала):

• Азот
• Кислород
• Углекислый газ
• Водород
• Вода
• Сероводород
• Двуокись серы
• Хлор

Данные материалы недопустимо применять при 40°С, т.к. при данной температуре они теряют стойкость к реагенту.

Для полного понимания применения датчиков уровня для агрессивных сред Baumer 18, необходимо привести примеры, показывающие химическую стойкость к парам реагентов:

1. Поли-пара-ксилилен не является достаточно коррозионностойким к парам агрессивных веществ, поэтому со временем при наличии постоянного контакта с парами данный материал начнет разрушаться.
2. Но так как ППКП является покрытием стали, то защитить от коррозии датчики уровня сможет нержавеющая сталь 1.4435, из которых они сделаны. Подвергнуться коррозии датчик сможет лишь при контакте с парами хлора.

Если вы сомневаетесь в выборе материала датчика для вашего производства, обращайтесь к инженерам службы поддержки компании «РусАвтоматизация». Они грамотно оценят условия вашего технологического процесса, и помогут подобрать оптимальное решение.