Jaké jsou hlavní důvody hystereze v petrochemických měřeních PP membránovým tlakoměrem

Při komplexním měření kapalin v ropném a chemickém průmyslu je přesnost a stabilita tlakových přístrojů zásadní. Polypropylenové (PP) membránové tlakoměry vynikají vynikající odolností proti korozi, díky čemuž jsou ideální pro manipulaci s kyselými a alkalickými korozivními médii. Profesionální uživatelé se však často zaměřují na klíčový ukazatel výkonu: hysterezi.

Hystereze se týká jevu, kdy se indikovaná hodnota tlakoměru liší při dosažení konkrétní nastavené hodnoty ze stavu nízkého tlaku (vzestupný tlak) oproti dosažení stejného bodu ze stavu vysokého tlaku (sestupný tlak). Tato nesrovnalost není náhodná chyba, ale systematická odchylka vyplývající z vnitřních fyzikálních charakteristik přístroje a strukturálních omezení. Pro vysoce přesné řízení v petrochemických procesech je pochopení a minimalizace hystereze zásadní pro zajištění kvality produktu a provozní bezpečnosti.

I. Mechanická hystereze elastických prvků: Vnitřní vlastnosti materiálu

Základní součásti a PP membránový tlakoměr jsou membrána a mechanismus vnitřního pohybu. Primární zdroj hystereze pramení z mechanických nedokonalostí těchto elastických prvků.

1. Elastická hystereze materiálu membrány

Ačkoli jsou PP membrány často vylepšeny PTFE povlaky nebo používány jako součást kompozitní struktury, jako elastický prvek není cesta obnovy napětí dokonale identická, když je aplikováno napětí a následně uvolněno.

S rostoucím tlakem se membrána deformuje.
Jak tlak klesá, vnitřní mikrostrukturní tření a přeskupení molekulárního řetězce v membráně zpožďují její úplný návrat do výchozího stavu.
Tato ztráta energie způsobuje, že se deformace (nebo posun) během procesu vzestupného tlaku liší od deformace během procesu sestupu při stejné hodnotě tlaku, což se přímo projevuje jako hystereze ukazatele.
Zejména u polymerního materiálu PP jsou jeho viskoelastické vlastnosti výraznější. Při dlouhodobém nebo cyklickém působení tlaku je tento efekt mechanické hystereze často významnější než u kovových membrán.

2. Menší tření v mechanismu pohybu

Posun membrány musí být přenášen na ukazatel přes přesné mechanické součásti, jako jsou spojovací tyče, sektorová ozubená kola a centrální ozubená kola. Minutové třecí síly mezi těmito pohyblivými dvojicemi tvoří druhý hlavní zdroj hystereze.

Během procesu vzestupného tlaku působí třecí síla proti směru pohybu.
Během procesu klesajícího tlaku se směr třecí síly obrátí.
V okamžiku, kdy se tlak obrátí, musí mechanismus překonat statické tření, než se pohyb znovu zahájí, což způsobí zpoždění mezi změnou tlaku a odezvou ukazatele.
I tření na úrovni mikronů je dostatečné k tomu, aby způsobilo pozorovatelnou odchylku v indikaci tlaku.

II. Účinky viskozity a stlačitelnosti v systému přenosu kapalin

Tlakoměry s PP membránou obvykle využívají systém těsnění membrány s plnicí kapalinou k izolaci korozivních médií. Fyzikální vlastnosti tohoto systému přenosu tekutiny významně přispívají k hysterezi.

1. Viskozita plnicí kapaliny

Plnicí kapalina (jako je silikonový olej nebo fluorouhlíkový olej) má určitý stupeň viskozity. Když se membrána deformuje pod tlakem a vytlačuje tekutinu:

Kapalina musí protékat vnitřními kanály a kapilárami.
Vnitřní tření kapaliny (viskózní odpor) brání okamžitému přenosu energie.
To je zvláště důležité během rychlých změn tlaku nebo když nízké okolní teploty zvyšují viskozitu, zpomalují pohyblivost tekutiny a zpožďují přenos tlaku, čímž se zhoršuje jev hystereze.

2. Rozpouštění plynu a zbytkové mikrobubliny

Pokud je odplyňovací proces během plnění kapaliny neúplný, zbytkové mikrobubliny nebo plyny rozpuštěné v kapalině zavádějí stlačitelnost při změnách tlaku.

To způsobí, že počáteční přemístění membrány nejprve stlačí tyto plynové bubliny, než aby okamžitě přeneslo tlak do Bourdonovy trubice nebo vnitřního senzoru.
Proces stlačování a uvolňování plynu je nelineární a časově zpožděný a vytváří efekt „elastického vyrovnávací paměti“, který zavádí hysterezi měření.

III. Uvolnění stresu a relaxace v konstrukčních prvcích

Dlouhodobý provoz nebo tepelné cykly mohou vést k relaxaci napětí v PP pouzdru a spojovacím systému, což je další nepřímý faktor přispívající k hysterezi.

Spojení s předpětím (např. šroubová sestava) na okrajích PP pouzdra a membrány může v průběhu času a s teplotními změnami zaznamenat tečení.
Relaxace předpětí mění pevné okrajové podmínky membrány, což znamená, že počáteční stav a dráha pro každý tlakový cyklus nemusí být dokonale konzistentní.
Při opakovaném působení tlaku způsobí drobné pohyby a redistribuce napětí na spojovacím rozhraní mírný posun v nulovém bodě pružného prvku, což vede k oddělení vzestupné a sestupné tlakové dráhy.