化学密封：在恶劣条件下保护测量装置

　　在许多工业应用中，基于卫生原因或者由于被测介质具有腐蚀性或危险性，压力或液位测量装置必须与工艺过程隔离。为了提供长期的可靠性，必须对测量装置进行保护，以防止因过程温度过高造成损坏。在这些情况下，需要使用化学密封将分离隔膜和填充液体上的压力传输至测量装置。堡盟提供的D900系列正是适用于各种过程变送器的此类化学密封。 　　无论是在化工和石化工业，还是在食品饮料和制药行业，测量装置都必须在非常苛刻的条件下无故障工作。气体和液体的压力测量面临众多挑战，有时需要使用化学密封。如果由于过程介质的物理或化学性质的原因，测量装置必须与其分离，但是同时必须确保可靠的压力测量时，则必须使用化学密封。化学密封由一个柔性隔膜组成，隔膜以夹紧或焊接方式固定在两个刚性法兰之间。隔膜和压力测量装置之间的空间含有填充液体，将过程压力传递至测量装置。

图1：化学密封剖视图

图1a：安装在变送器上的化学密封 － 带冷却颈

压力测量所面临的挑战 　　果直接接触过程介质，胶水、牙膏、污水或原油等粘性或浑浊的过程液体则会损坏测量装置。将化学密封安装在带有尺寸适当的输入端口的法兰上，或者使用带平齐安装隔膜的化学密封，则可以避免这一影响。当应用于会在常温下凝固的过程液体时，例如蜂蜜、糖、橡胶或焦油，化学密封可以防止管道阻塞。当安装在隔热系统内部，它可以确保液体自身保持正确的过程温度，相反，如果在外部使用，则需要通过加热系统（例如蒸汽回路）才能维持其过程温度。 　　在涉及腐蚀性液体的应用中，例如海水或酸性液体，测量装置也必须与过程介质隔离。化学密封中接触过程液体的部分（底部接头和隔膜）必须与该液体相容。在特殊情况下，可能需要附加隔膜涂层。在有毒液体应用（如氯液、溶剂和化学气体）中，化学密封在液体与周围环境之间形成一道附加屏障。 　　在食品加工和制药过程中，其主要目的是尽可能多地消除死区，因为这些区域无法进入清洁，并为细菌生长提供空间。使用带卫生型过程连接的化学密封或在线密封，可确保就地清洗和就地杀菌（CIP，SIP），从而使得这一问题迎刃而解。此外，采用粗糙度Ra ≤ 0.8的不锈钢材料非常重要。

测量装置和化学密封 　　隔膜可以传输的传压液体量受到其机械特性的限制。在压力表中，弹簧管（也叫波登管）的容积随着施加的压力增大而增大。这同样适用于压力传感器，不过其容积变化较小。化学密封的隔膜必须补偿感应元件的容积变化和传压液体的膨胀变化。 　　在考量化学密封是否适用于测量装置时，必须考虑诸多因素：待测压力、测量装置吸收的容积、测量装置的死区、化学密封和测量装置之间管道的长度，以及最低和最高环境温度和液体温度。堡盟针对最常见的应用为其所有产品都提供了包含以上因素的兼容性表。

图2：兼容表

适合高温应用的过程化学密封 　　堡盟的D900系列过程化学密封专为化工和石化工业应用而开发。这些装置的设计压力范围为10 mbar（表压和差压）或50 mbar（绝对压力）至最大250 bar，适用于在-40�C至 400�C之间的过程温度下测量粘性或腐蚀性介质的绝对压力、表压或差压。根据版本不同，隔膜由不锈钢、哈司特镍合金、蒙乃尔合金、Uranus或钽制成，外壳为锻造不锈钢。在涉及硫化氢的应用中，可选用金制隔膜涂层。对于低温应用，或者为了最大限度地减少环境温度变化的影响，还提供伴热和绝缘毛细管。法兰带有蒸汽伴热减压阀、排泄阀和通风阀。毛细管也由不锈钢制成，并采用白色聚乙烯涂层进行保护。D900化学密封提供符合ISO和ANSI标准的各种法兰以及不同的密封表面和表面涂层，可以与堡盟压力变送器FlexBar 3501、EDD575和大量其它装置配合使用。除了确保可靠测量之外，这些密封还能延长测量装置的使用寿命，提高整个设备的安全性。

图3：D900系列化学密封

具体应用的挑战 　　根据应用和过程介质的不同，必须考虑与化学密封的规格及安装有关的某些限制条件。在涉及氧或氯的应用中，只能在化学密封中使用碳氟化合物（LRS4）作为传压液体，因为它不会与这两种物质发生反应。这样即使隔膜意外失效也能保证装置的安全。在涂装生产线（尤其是在汽车行业）上使用的测量装置必须不含硅类或油类产品。对于此类应用，填充液体可采用LRS7（甘油和水）。 　　毛细管与化学密封配合使用将导致压力传送特性的变化，因此要求采取一定的防范措施。响应时间会延迟，并且取决于毛细管的长度和直径、传压液体、温度、压力和排出量。在使用过程中，毛细管必须防止振动，并避免过度弯曲。为了使差压测量系统中的温度效应尽可能低，两根毛细管的安装位置必须确保环境温度对二者的影响相同。 　　如果化学密封与压力测量装置的安装高度不同并且二者是通过毛细管连接，则测量装置上的压力读数必须通过对应于毛细管液柱高度的压力进行校正。如果测量装置的安装低于化学密封，则必须进行负校正；如果高于化学密封则需要正校正。由于液柱高度可能产生真空，测量装置的安装高度不得高于化学密封6米。如果使用填充液体LRS4，则限值为4米。

图4：位于气罐底部带有两个化学密封的差压变送器

图5：应用示例 － 气罐

　　对于有些应用，测量装置必须进行意外过压防护。注塑机的过程液体可能阻断和突然流通，因而导致压力峰值。在此类情况下，建议在化学密封和测量装置之间安装限压器。在可能出现过压的精炼厂中，在测量设计压力时也应采取相同措施。例如，如果液箱中的液位测量通常是在0…1 bar（等于0 – 10米）的低压下进行的，但是测量装置必须设计为耐受50 bar的高压。这样可以频繁检查设计压力，通过限压器保护测量装置。堡盟为低压（AORPB）和高压（AORP）应用提供各种不同的过压保护器。 　　为了满足美国食品及药物管理局（FDA）、欧洲卫生工程设计集团（EHEDG）、3A以及食品与制药业中主要标准的要求，堡盟提供了广泛的卫生型化学密封。此外，还特别重视隔膜和焊接件的表面状况。化学密封符合ATEX 94/9/CE要求和关于危险区域应用的压力设备指令97/23/CE。

图6：来自堡盟过程仪表部门的传感器