Những lý do chính gây ra hiện tượng trễ trong phép đo Đồng hồ đo áp suất màng PP hóa dầu

Trong các phép đo chất lỏng phức tạp của ngành dầu khí và hóa chất, độ chính xác và ổn định của thiết bị đo áp suất là rất quan trọng. Đồng hồ đo áp suất màng polypropylen (PP) nổi bật nhờ khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, khiến chúng trở nên lý tưởng để xử lý môi trường ăn mòn axit và kiềm. Tuy nhiên, người dùng chuyên nghiệp thường tập trung vào một chỉ báo hiệu suất chính: Độ trễ.

Độ trễ đề cập đến hiện tượng giá trị chỉ định của đồng hồ đo áp suất khác nhau khi đạt đến điểm đặt cụ thể từ trạng thái áp suất thấp (áp suất tăng dần) so với việc đạt đến cùng một điểm từ trạng thái áp suất cao (áp suất giảm dần). Sự khác biệt này không phải là lỗi ngẫu nhiên mà là sai lệch hệ thống do các đặc tính vật lý bên trong của thiết bị và các hạn chế về cấu trúc. Để kiểm soát độ chính xác cao trong các quy trình hóa dầu, việc hiểu và giảm thiểu độ trễ là điều cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn vận hành.

I. Độ trễ cơ học của phần tử đàn hồi: Tính chất nội tại của vật liệu

Các thành phần cốt lõi của một Đồng hồ đo áp suất màng PP là cơ hoành và cơ chế chuyển động bên trong. Nguồn trễ chính bắt nguồn từ sự không hoàn hảo về mặt cơ học của các phần tử đàn hồi này.

1. Độ trễ đàn hồi của vật liệu màng

Mặc dù màng PP thường được tăng cường bằng lớp phủ PTFE hoặc được sử dụng như một phần của cấu trúc hỗn hợp, như một phần tử đàn hồi, đường phục hồi biến dạng không hoàn toàn giống nhau khi có ứng suất và sau đó được giải phóng.

Khi áp suất tăng lên, cơ hoành sẽ biến dạng.
Khi áp suất giảm, ma sát vi cấu trúc bên trong và sự sắp xếp lại chuỗi phân tử trong màng ngăn sẽ làm trì hoãn việc quay trở lại trạng thái ban đầu hoàn toàn.
Sự tiêu tán năng lượng này làm cho biến dạng (hoặc dịch chuyển) trong quá trình tăng áp suất khác với biến dạng trong quá trình giảm dần ở cùng một giá trị áp suất, biểu hiện trực tiếp dưới dạng trễ con trỏ.
Đặc biệt đối với vật liệu polyme PP, đặc tính đàn hồi nhớt của nó rõ rệt hơn. Trong ứng dụng áp suất dài hạn hoặc theo chu kỳ, hiệu ứng trễ cơ học này thường quan trọng hơn so với màng ngăn kim loại.

2. Ma sát nhỏ trong cơ chế chuyển động

Sự dịch chuyển của màng ngăn phải được truyền đến con trỏ thông qua các bộ phận cơ khí chính xác như thanh liên kết, bánh răng ngành và bánh răng trung tâm. Lực ma sát nhỏ giữa các cặp chuyển động này tạo thành nguồn trễ chính thứ hai.

Trong quá trình áp suất tăng dần, lực ma sát ngược chiều chuyển động.
Trong quá trình áp suất giảm dần, hướng của lực ma sát sẽ đảo ngược.
Tại thời điểm áp suất đảo ngược, cơ cấu phải thắng ma sát tĩnh trước khi chuyển động bắt đầu, gây ra độ trễ giữa sự thay đổi áp suất và phản ứng của con trỏ.
Ngay cả ma sát ở mức micron cũng đủ để gây ra sai lệch có thể quan sát được trong chỉ thị áp suất.

II. Hiệu ứng độ nhớt và khả năng nén trong hệ thống truyền chất lỏng

Đồng hồ đo áp suất màng PP thường sử dụng hệ thống màng ngăn với chất lỏng làm đầy để cách ly môi trường ăn mòn. Các tính chất vật lý của hệ thống truyền chất lỏng này là tác nhân góp phần đáng kể vào hiện tượng trễ.

1. Độ nhớt của chất lỏng đổ đầy

Chất lỏng làm đầy (chẳng hạn như dầu silicon hoặc dầu fluorocarbon) có độ nhớt nhất định. Khi màng ngăn biến dạng dưới áp suất và chiếm chỗ chất lỏng:

Chất lỏng phải chảy qua các kênh bên trong và mao mạch.
Ma sát trong của chất lỏng (lực cản nhớt) cản trở sự truyền năng lượng ngay lập tức.
Điều này đặc biệt có liên quan khi áp suất thay đổi nhanh hoặc khi nhiệt độ môi trường thấp làm tăng độ nhớt, làm chậm khả năng di chuyển của chất lỏng và làm chậm quá trình truyền áp suất, do đó làm trầm trọng thêm hiện tượng trễ.

2. Sự hòa tan khí và vi bọt còn sót lại

Nếu quá trình khử khí không hoàn thành trong quá trình đổ đầy chất lỏng, các vi bọt hoặc khí còn sót lại hòa tan trong chất lỏng sẽ tạo ra khả năng nén khi thay đổi áp suất.

Điều này làm cho sự dịch chuyển ban đầu của màng ngăn để nén các bọt khí này trước tiên thay vì truyền áp suất ngay lập tức đến ống Bourdon hoặc cảm biến bên trong.
Quá trình nén và giải phóng khí không tuyến tính và bị trễ thời gian, tạo ra hiệu ứng "đệm đàn hồi" gây ra hiện tượng trễ đo.

III. Giải phóng căng thẳng và thư giãn trong các thành phần kết cấu

Hoạt động lâu dài hoặc luân chuyển nhiệt có thể dẫn đến giảm ứng suất trong vỏ PP và hệ thống kết nối, đây là một yếu tố gián tiếp khác góp phần gây ra hiện tượng trễ.

Kết nối tải trước (ví dụ: lắp ráp bằng bu lông) ở các cạnh của vỏ PP và màng ngăn có thể bị giãn theo thời gian và với sự thay đổi nhiệt độ.
Việc giảm tải trước làm thay đổi các điều kiện biên cố định của màng ngăn, nghĩa là trạng thái bắt đầu và đường dẫn cho mỗi chu kỳ áp suất có thể không hoàn toàn nhất quán.
Khi áp suất được tác dụng nhiều lần, các chuyển động nhỏ và sự phân bổ lại ứng suất tại bề mặt kết nối gây ra sự lệch nhẹ ở điểm 0 của phần tử đàn hồi, dẫn đến sự phân tách đường dẫn áp suất tăng dần và giảm dần.