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 。 #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 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 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 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、 （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。