油气处理站的油气分离装置或是原油储罐、污水（含油污水）储罐上，设计使用较多的液位测量仪表大多选用双法兰差压变送器。双法兰差压变送器#大特点是其可以避免被测介质通过引压管对测量造成的影响，因而测量精度较高，而且安装和日常维护工作量少。但在某油气处理站污水储罐多次出现双法兰差压变送器膜片故障失效，导致仪表测量不准确，隐患处理及时，未引发储罐事故。 

 

1  使用工况 

某油气处理站双法兰差压变送器大多使用在缓冲水罐、收油罐、滤后水罐以及除油罐上。这些储罐操作温度在 40℃~90℃，操作压力在 0.2MPa~1.41MPa,介质多为污水或含油污水,矿化度较高(Cl-约 104mg/L 左右),含硫(#高可达31.25%)。 

 

2  工作原理 

如图 1 所示，输入压力作用在连接法兰上的密封膜片10 上将压力传给测量元件，测量元件测量到的差压经密封膜片 6 和内充液 7 传送给硅压力传感器 3。密封膜片随不同的差压值产生不同程度的变形，粘贴在测量膜片上的四个电桥电路中的压电电阻随之改变阻值，使电桥输出电压变化和被测的差压成比值关系。 

当压力超过测量极限时过压保护膜片 5 产生变形，直到一侧的密封膜片贴到测量单元 4 内壁上，以保护硅压力传感器避免过压损坏。

 

3  故障概况 

经检查站内收油罐测量液位的一台单法兰差压变送器，以及缓冲水罐的一台双法兰差压变送器膜片均发生了鼓包（两台差压液位计同属一个厂家，膜片材质为哈氏合金C276），如下图 2 所示；且鼓包有弹性，而膜片表面未见明显腐蚀痕迹。采用钢针将差压变送器膜片刺穿，有无色无味气体逸出，判断膜片鼓包为内腔气体所致。

4  故障失效分析 

4.1  检验分析 

4.1.1  膜片测厚 

使用超声波测厚仪（测量精度 0.01μm）对 3 台法兰膜片壁厚进行测量，结果如表 1 所示。可见液位计膜片#大壁厚 84.6μm，#小壁厚 48.4μm，平均壁厚 62.84μm，多数测量位置的厚度低于设计厚度 80μm。

 

4.1.2  化学成分分析及力学测试 

对变送器膜片进行化学成分分析以及力学性能测试，化学成分分析显示磨片内硅元素超标，其余元素符合标准，结果如表 2 所示；而通过力学性能测试可知，膜片硬度和抗拉强度均满足标准要求，如表 3 所示。

 

4.1.3   金相分析 

对故障失效膜片进行金相组织分析，结果显示该膜片金相组织结构为奥氏体，晶粒度满足标准要求，分析结果见表4。 

 

为进一步分析膜片泄漏所产生的特点，分别对它们展开泄漏缺陷分析，分析表明材料表面有微孔存在。如图 3 所示。

 

4.1.4  氢含量分析 

取一组备用新变送器膜片和故障失效旧膜片，我们进行氢含量分析，失效液位计膜片中的氢含量远高于未使用过的新膜片，而且失效膜片中氢含量约为新膜片氢含量的 1.25倍。分析结果见表 5。 

 

4.2  故障失效原因 

通过实验检测结果分析可知，膜片多数测量位置的厚度未达到设计厚度（80μm）要求，膜片的化学成分不符合 ASTM B575-2017 的要求，过高含量的 Si 会恶化合金的焊接性能，而且失效液位计膜片中的氢含量约为新膜片的 1.25 倍，同时液位计使用环境中含有 H2S，H2S 溶于水后电离出氢离子（氢核），氢核在超过 40℃以上环境会对对金属具有很强的渗透能力，而金相分析表明膜片本身存在细小微孔，因此氢核渗透进入膜片并发生聚集结合为氢分子，而且无法逸出膜片，#终氢分子集结产生氢气，导致膜片鼓包失效降低变送器的测量精度。 

 

5  结论及建议措施 

（1）变送器膜片哈氏合金 C276 的化学成分不符合 ASTM B575-2017 的要求（Si 含量超标），组织为奥氏体，硬度及晶粒度检测合格。膜片多数测量位置的厚度未达到设计厚度。     

（2）失效膜片中的氢含量比新膜片的氢含量高很多，再结合金相分析可判断膜片鼓包失效是发生氢渗透所致；

（3）建议在使用单、双法兰差压变送器（膜片材质为C276）时，应避免使用介质含硫较高，温度超过 40℃以上的环境，以减少氢渗透的发生； 

（4）若不可避免用于上述介质环境时，可在设计选型中选择对变送器膜片进行镀膜处理，或选用 PTEF 镀膜工艺的变送器。