Basınç transmitterleri hidrojen geçirgenliğinden nasıl etkilenir?

Hidrojen günümüzde çok çeşitli endüstriyel uygulamalarda ve proseslerde, neredeyse her yerde bulunabilir. Hidrojen, günümüzde kullanılan en hızlı büyüyen alternatif enerji kaynaklarından biridir. Bazı uygulamaları şunlardır:

• petrol rafinasyonu – hidrokraking
• yakıt hücreleri
• hidrojen dolum istasyonları
• cam üretimi
• yarı iletken üretimi
• havacılık ve uzay uygulamaları
• gübre ve amonyak üretimi
• kaynak, Metallerin tavlanması ve ısıl işlemi
• Farmasötik uygulamalar
• Enerji santrali jeneratörlerinin soğutulması
• Bitkisel yağdaki doymamış yağ asitlerinin hidrojenlenmesi

Bu hidrojen uygulamalarının çoğunda hidrojen iyonlarının difüzyonuna yol açabilecek işlemler vardır. Bu durum hidrojen geçirgenliğine ve gevrekleşmeye yol açarak basınç transmitterinizin erken arızalanmasına neden olabilir.

Basınç göstergeleri, anahtarlar ve sensörlerin tümü hidrojen uygulamalarında kullanılabilir. Bu makalede, bir uygulamada uygulanan basıncı ölçmek için uygulanan basıncı elektrik sinyaline dönüştüren basınç göstergelerine (burada basınç transmiterleri olarak anılacaktır) odaklanıyorum.

Hidrojen uygulaması için en iyi basınç transmiterine sahip olduğunuzdan emin olmak için, diyaframın ıslanan malzemesi ve uygulamanın basınç aralığı gibi birkaç şeyi göz önünde bulundurmanız gerekir. Bir uygulamanın basıncı ne kadar yüksekse, diyaframa o kadar fazla baskı uygulanır ve bu da hidrojen gevrekleşmesini hızlandırabilir.

Permeasyon ve gevrekleşmeye ve bunların basınç transmitterleriniz üzerindeki etkilerine bir göz atalım.

Hidrojen Permeasyonu

Hidrojen permeasyonu, hidrojen iyonlarının belirli bir malzemenin kafes yapısına nüfuz etmesidir. Bu durum, basıncı ya doğrudan bir gerinim ölçere ya da gerinim ölçere bağlı sıvı izolasyonlu bir sensör aracılığıyla iletmek için ince bir metal diyaframa dayanan basınç transmiterlerinde sorunlara neden olabilir.

Her iki durumda da diyafram sistemdeki zayıf halkadır. Uygulama için doğru ıslatılmış malzeme seçilmezse, zaman içinde geçirgenlik sinyal sapmasına veya tamamen arızaya neden olacaktır.

Dönüştürücüler sıvı izolasyonlu sensörler içeriyorsa, hidrojen geçirgenliği bir sorun olabilir. Sıvı izolasyonlu sensörler, hidrojenin izolasyon sıvısına girmesini önlemek için ince bir metal membrana dayanır.

Bu tür bir sensörde hidrojen geçirgenliği meydana gelirse, membran malzemesine nüfuz eden hidrojen iyonları izolasyon sıvısında hidrojen moleküllerine dönüşebilir. Moleküller daha sonra toplanır ve bir hidrojen kabarcığı oluşturur. Bu kabarcıklar, dönüştürücünün çıkışındaki sıfır noktasında bir kaymaya neden olur ve zaman içinde çıkış değerinde bir sapmaya yol açabilir.

Hidrojen geçirgenliğini azaltmanın bir yolu, 316L paslanmaz çelik veya 316 paslanmaz çelik varyantları gibi yoğun bir kafes yapısına sahip bir malzeme kullanmaktır. Diğer bir çözüm, membrana çok ince bir altın tabakası uygulamaktır. Altın tabakası çok yoğun bir kafes yapısına sahiptir, bu da membranın hidrojen penetrasyonuna karşı direncini artırır.

Bir malzemenin kafes yapısına ek olarak, hidrojen geçirgenliği bir uygulamanın basıncından da etkilenir. Uygulamanın basıncı ne kadar yüksekse, membrana etki eden kuvvet de o kadar büyük olur.

Bu kuvvet malzemenin kafes yapısını esneterek daha fazla hidrojen iyonunun malzemeye nüfuz etmesini sağlar. Bu nedenle, sadece yoğun bir kafes yapısına sahip değil, aynı zamanda uygulamanın basınç aralığına da uygun bir malzeme kullanın.

Hidrojen kırılganlığı

Kırılganlık, bir malzemenin sünekliğini kaybetmesine ve dolayısıyla kırılganlığına yol açan bir olgudur. Özellikle hassas olan malzemeler arasında yüksek mukavemetli çelikler, titanyum ve alüminyum alaşımları ve elektrolitik olarak sert zift bakır bulunur.

Hidrojen kırılganlığı, hidrojen kaynaklı çatlama veya hidrojen saldırısı olarak da bilinir. Mekanizmalar sulu veya gaz halinde olabilir ve hidrojenin metalin içine nüfuz ederek sünekliğini ve yük taşıma kapasitesini azaltmasını içerir.

Peki gevrekleşme nasıl meydana gelir?

Hidrojen çok küçük bir atom olduğu için yüzeydeki mikro çatlaklardan metale nüfuz edebilir. Metalin içinde, hidrojen atomları hidrojen molekülleri (H2) oluşturmak için diğerleriyle yeniden birleşir.

Bu moleküller diğer H2 molekülleriyle birleşerek çatlakta dışa doğru basınç uygulayan daha büyük bir hidrojen kütlesi oluşturur. Duyarlı malzemenin akma geriliminin altındaki gerilimler daha sonra çatlaklara ve yıkıcı kırılgan kırılmalara yol açar.

Hidrojen molekülleri bozunduğunda, dünyadaki en küçük iyonlar arasında yer alan hidrojen iyonlarını oluştururlar. Birçok metalin kafes yapısına nüfuz edebilir ve metale girerek hidrojen molekülleri olarak yeniden biçimlenebilirler.

Emilen hidrojen molekülleri malzeme içinde basınç ve stres yaratır. Bu, malzemenin şekillendirilebilirliğini ve mukavemetini etkileyebilir ve sonunda malzemede çatlaklara yol açabilir.

NASA ekipleri sıklıkla hidrojenle çalışır ve çeşitli hidrojen gevrekliği türleri tanımlamıştır:

• Hidrojen Gevrekliği – Atomik hidrojenin varlığı nedeniyle bir metalin kırılma tokluğunda veya sünekliğinde azalmaya neden olan bir süreçtir.
• Hidrojen Çevresel Kırılganlığı (HEE) – Bir malzeme, uygulanan bir gerilimin etkisi altında kasıtlı olarak gaz halindeki hidrojen ortamına maruz bırakıldığında ortaya çıkan belirli mekanik özelliklerin bozulması.
• HEE İndeksi – Belirli malzemelerdeki hidrojen gevrekliğinin şiddetini değerlendirmek için türünün ilk örneği olan bir malzeme tarama aracı.
• İç Hidrojen Gevrekliği (IHE) – Şekillendirme veya bitirme sırasında hidrojenin hassas metallere kasıtsız olarak nüfuz etmesi nedeniyle meydana gelen belirli mekanik özelliklerin bozulması.
• Hidrojen Reaksiyonu Kırılganlığı (HRE) – Hidrojen metal matrisin kendisiyle reaksiyona girdiğinde ve nispeten düşük sıcaklıklarda metal hidrür gibi metal bileşikleri oluşturduğunda meydana gelen belirli mekanik özelliklerin bozulması. Bu tür hidrojen hasarı titanyum, zirkonyum ve hatta bazı demir veya çelik alaşımları gibi malzemelerde meydana gelebilir.

Umarım bu makale hidrojen geçirgenliği ve gevrekleşmesinin tehlikelerini açıklığa kavuşturmaya yardımcı olmuştur. Güvenli hidrojen uygulamaları sağlamak istiyorsanız, 350 bar veya daha yüksek basınç aralıkları için en az 316L paslanmaz çelikten yapılmış basınç transmiterleri ve A286 ıslak diyaframlar kullanın ve kabarcıklara ve sensör sapmasına neden olabileceğinden yağ dolu sensörlerden kaçının.

Hidrojen uygulamaları için Ashcroft, 350 bar’ın üzerindeki basınç aralıkları için A286 malzemesini önermektedir. A286, 1.400 bara kadar olan basınçlarda sıkı ızgarasını korur ve hidrojen geçirgenliğini sınırlar (ancak yalıtkan sıvı içermez).

Ashcroft’un E2X ve F transmiterleri A286’nın güvenilirliğini sunar ve patlamaya dayanıklıdır. E2S kendinden emniyetli transmitterimiz hidrojen uygulamaları için de onaylanmıştır.

Basınç transmitterleri hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz web sitemizi ziyaret edin.

Ayrıca sektör uzmanlarımızdan biriyle konuşmak ve tüm sorularınızı yanıtlamak için bugün bizimle iletişime geçebilirsiniz.