В предыдущей статье мы ознакомились с датчиками уровня для агрессивных жидкостей, у которых чувствительные элементы состоят из полимерных материалов и боросиликатного стекла. В этой статье будут рассмотрены сигнализаторы уровня для агрессивных жидкостей, у которых материалом сенсора является нержавеющая сталь с дополнительным покрытием материала и без него. Первым рассмотрим датчик уровня для агрессивных жидкостей Nivomag, у которого материал чувствительного элемента состоит их нержавеющей стали марки 1.4571. |
Интернет-магазин товаров, используемых в статье
Поплавковые герконовые сигнализаторы жидкости NivoMAG |
Вибрационные сигнализаторы уровня LVL-M2C |
Ультразвуковые датчики уровня Baumer 18 |
Поплавковые магнитные сигнализаторы уровня агрессивных жидкостей Nivomag
Датчики уровня Nivomag применяют для определения крайнего уровня жидкости в концентрированных кислотах и щелочах.
Принцип работы:
Поплавок из нержавеющей стали 1.4571 всплывает, когда поднимается уровень жидкости, благодаря тому, что внутри поплавка находится камера с воздухом. Затем поплавок доходит до своего крайнего положения, и магнит внутри него воздействует на микропереключатель. И после этого срабатывает внутреннее реле прибора.
Чаще всего в химической промышленности рассматриваются серная, соляная и азотная кислоты. Они имеют разную концентрацию:
- Концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%;
- В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%);
- Форма выпуска азотной кислоты зависит от ее концентрации: обычная (65% – 68%), дымная (от 86% и более).
Если подробнее рассмотреть свойства нержавеющей стали 1.4571, то она, благодаря своему составу, может использоваться с легковоспламеняющимися, а также со всеми нейтральными, невоспламеняющимися и маловязкими жидкостями, такими как органические кислоты, растворители, маловязкие неорганические щелочи и кислоты. Это высокопрочный, устойчивый к коррозии, пластичный, жаростойкий материал.
Нержавеющая сталь 1.4571 инертна к этим веществам и не подвергается коррозии при контакте:
Пример коррозии нержавеющей стали 1.4571 |
- Ацетон;
- Толуол;
- Спирты;
- Аммиак;
- Легковоспламеняющиеся растворители;
- Нитроцеллюлозные лаки;
- Перхлорэтилен;
- Трихлорэтилен;
- Калийная и натриевая щелочи;
- Фосфорная кислота (60%);
- Серная кислота (концентрация от 7,5% и до 92%);
- Фруктовые соки;
- Молоко и т.д.
Нам нужно знать особенности этой марки стали (AISI 316 Ti), чтобы точно знать при контакте с чем произойдёт коррозия, а с чем нет. Помимо содержания молибдена, никеля и хрома, отличие данного материала от других марок стали в том, что в нем содержится титан, который повышает устойчивость к коррозии.
Рассмотрим химическую стойкость материала в следующей таблице:
П – подходит, М – ограничено применимо, Н – не подходит
Агрессивная среда | Химическая стойкость |
Уксусная кислота | П |
Водный насыщенный раствор адипиновой кислоты | П |
Гидрат аммиака | П |
Водный раствор оксиянтарной кислоты | П |
Царская водка | Н |
Водный раствор ортомышьяковой кислоты | П |
Водный раствор мышьяковистой кислоты | П |
Водный раствор аспарагиновой кислоты | П |
Водный раствор гидроксида бария | П |
Водный раствор бензолсульфоновая кислота | П |
Водный насыщенный раствор бензойной кислоты | П |
Борфтористоводородная кислота | Н |
Водный раствор борной кислоты | П |
Водный раствор масляной кислоты | П |
Водный раствор гидроксида кальция | П |
Аккумуляторная кислота (20% водный раствор серной кислоты) | П |
Водный раствор серной кислоты, 30% | Н |
Концентрированная серная кислота, 96 % | Н |
Сернистая кислота | П |
Водный раствор угольной кислоты | П |
Водный раствор кислоты Каро | Н |
Водный раствор гидроокиси калия | П |
Водный раствор каустической соды | П |
Водный раствор хлорноватой кислоты | Н |
Водный раствор хлоруксусной кислоты | М |
4-хлорфеноксиуксусная кислота | П |
Чистая хлорсульфоновая кислота | М |
Водный раствор хромовой кислоты | М |
Водный раствор лимонной кислоты | П |
Смесь этанола с уксусной кислотой | П |
Тетрафтороборат водорода | Н |
Водный раствор гексафторокремниевой кислоты | М |
Водный раствор муравьиной кислоты | П |
Водный раствор аминоуксусной кислоты | П |
Водный раствор гидроксиуксусной кислоты | М |
Бромоводородная кислота | Н |
Водный раствор соляной кислоты, 36 % | М |
Водный раствор синильной кислоты | П |
Плавиковая кислота | М |
Водный раствор молочной кислоты | М |
Линолевая кислота | П |
Водный раствор малеиновой кислоты | П |
Водный раствор азотной кислоты, 40 % | П |
Водный раствор нитробензойной кислоты | П |
Олеум | П |
Водный насыщенный раствор щавелевой кислоты | П |
Водный раствор надуксусной кислоты, 6 % | П |
Водный раствор карболовой кислоты | П |
Водный раствор фосфорной кислоты | П |
Водный раствор янтарной кислоты | П |
Водный раствор винной кислоты | П |
Водный раствор трихлоруксусной кислоты | Н |
Уксус пищевой | П |
Морская вода | М |
Для того чтобы понять таблицу, приведенную выше, приведем примеры:
- При неблагоприятных условиях наблюдается межкристаллитная коррозия, затем прекращается образование защитного слоя. Такой вид коррозии может произойти, если сталь начнёт взаимодействовать, например, с водным раствором кислоты Каро.
- Но, с другой стороны, если нержавейка 1.4571 начнёт контактировать с менее агрессивными жидкостями, например, с раствором муравьиной кислоты, то разрушения не последует.
Вибрационный переключатель предельного уровня LVL-M2C
Принцип работы: вибровилка датчика LVL-M2C вибрирует с установленной (в соответствии с плотностью среды) частотой. Когда сенсор покрывается жидкостью, колебания затухают, и внутренняя электроника фиксирует это изменение, после чего происходит срабатывание внутреннего реле датчика.
Переключатель предельного уровня LVL-M2C может быть установлен для определения уровня жидкости в концентрированных кислотах и щелочах.
Благодаря материалу сенсора датчика уровня LVL-M2C – нержавеющей стали 1.4435, сигнализатор имеет определенную химическую стойкость к агрессивным жидкостям. Для того чтобы правильно подобрать сигнализатор уровня для агрессивных жидкостей под определенный технологический процесс, нужно знать особенности материала чувствительного элемента, в данном случае, им является нержавеющая сталь 1.4435. Данная марка стали представляет собой высокоустойчивый к коррозии материал в большом количестве природных вод (городских, сельских и промышленных) даже при умеренном содержании солей и хлоридов.
Представляем таблицу химической стойкости нержавеющей стали 1.4435 или AISI 316L:
Пример коррозии нержавеющей стали 1.4435 |
- + данный реагент подходит к взаимодействию,
- – данный реагент не подходит к контакту,
- О - ограничено применимо,
- НД - нет данных.
Агрессивная среда | Концентрация | Химическая стойкость | ||
20°С | 50°С | 80°С | ||
Гидроксид натрия | 10%-50% | + | + | НД |
Соляная кислота | 10%-36% | – | – | НД |
Серная кислота | 10% | + | О | – |
Серная кислота | 20% | О | – | – |
Серная кислота | 40%-100% | – | – | – |
Азотная кислота | 10%-65% | + | + | + |
Азотная кислота | 80% | + | О | О |
Азотная кислота | 100% | О | – | – |
Гипохлорит натрия | 5% | + | НД | НД |
Гипохлорит натрия | 15% | НД | – | – |
Фосфорная кислота | 10%-60% | + | + | + |
Фосфорная кислота | 80% | О | О | О |
Фосфорная кислота | 84% | О | О | – |
Фосфорная кислота | 100% | – | – | – |
Гидрат аммиака | НД | + | НД | НД |
Гидроксид кальция | НД | + | НД | НД |
Лимонная кислота | НД | + | НД | НД |
Морская вода | НД | – | НД | НД |
Уксусная кислота | НД | + | НД | НД |
Уксус | 4-8% | + | НД | НД |
Муравьиная кислота | 10%-20% | + | + | + |
Муравьиная кислота | 40% | + | О | О |
Муравьиная кислота | 60%, 80%, 100% | О | О | О |
Приведем примеры, чтобы подробнее объяснить приведенную выше таблицу:
- Такая сталь не разрушается при взаимодействии с щелочами, например гидроксидами натрия или калия, при комнатной температуре.
- Однако, в применении с кислотами, надо быть осторожным. К примеру, в контакте с концентрированной серной кислотой материал стали подвергается коррозии.
Но помимо нержавеющей стали чувствительный элемент покрыт ЭХТФЭ. И с этим материалом тоже следует разобраться подробнее, чтобы понять с какими веществами может взаимодействовать датчик, не подвергаясь вредным воздействиям.
Этиленхлортрифторэтилен (ЭХТФЭ) обладает высокой стойкостью к УФ-излучению, физиологической безвредностью, а также наилучшей химической стойкостью и самой высокой температурной устойчивостью среди термопластов, что позволяет применять его при высоких температурах (от -40°C до +150°C).
Необходимо учитывать химическую стойкость материала ЭХТФЭ, данные о которой представлены в следующей таблице:
- + стойкий (в пределах допустимого давления и температуры, материал не изменяется или имеет незначительные изменения),
- – не стойкий (материал не совместим со средой, либо совместим в особых условиях),
- О - ограничено стойкий (среда может повредить материал - деформация и вздутие материала. Необходимо сделать ограничения в отношении давления или температуры. Срок службы может быть значительно сокращен),
- НД - нет данных (нет точных данных о взаимодействии с данным веществом).
Агрессивная среда | Концентрация | Химическая стойкость | |||||
20°С | 40°С | 60°С | 80°С | 100°С | 120°С | ||
Азотная кислота | 6,3% | + | + | + | + | + | – |
Азотная кислота | До 40% | + | + | + | + | + | – |
Азотная кислота | 65% | + | + | О | – | – | – |
Азотная кислота | 90% | + | + | – | – | – | – |
Серная кислота | 96% | + | + | + | + | + | + |
Серная кислота | 98% | + | НД | НД | НД | НД | НД |
Соляная кислота | До 36% | + | + | + | + | + | + |
Плавиковая кислота | До 50% | + | + | + | + | + | + |
Плавиковая кислота | 90% | + | НД | НД | НД | НД | НД |
Адипиновая кислота | Водный насыщенный раствор | + | + | – | – | – | – |
Арсиновая кислота | 80% | + | + | + | + | + | + |
Бензойная кислота | Водный раствор | + | + | + | + | + | + |
Борная кислота | Водный раствор | + | + | + | + | + | + |
Винная кислота | Водный раствор | + | + | + | + | + | + |
Винный уксус | Обычный промышленный | + | + | + | + | + | НД |
Уксус | Обычный промышленный | + | + | + | + | + | НД |
Гидроксид бария | Водный насыщенный раствор | + | + | + | + | + | + |
Гексафторокремнекислота | 32% | + | + | + | + | + | + |
Гликолевая кислота | 37% | + | + | НД | НД | НД | НД |
Муравьиная кислота | До 50% | + | + | + | + | + | + |
Дигликолевая кислота | 30% | + | НД | НД | НД | НД | НД |
Гидроксид натрия | До 50% | + | + | + | + | + | + |
Гидроксид кальция | Водный насыщенный раствор | + | + | + | + | + | + |
Молочная кислота | До 10% | + | + | НД | НД | НД | НД |
Гидрат аммиака | Водный насыщенный раствор | + | + | + | + | + | + |
Малеиновая кислота | Водный раствор, холодный, насыщенный | + | + | + | + | + | + |
Малеиновая кислота | 1% | + | + | + | + | + | + |
Смесь гипохлорита натрия с хлоридом натрия (отбеливатель) |
12,5% активного хлора, водный раствор | + | + | + | + | + | + |
Олеум | 10% | + | – | – | – | – | – |
Перекись водорода | До 90% | + | + | НД | НД | НД | НД |
Пикриновая кислота | 1% | + | НД | НД | НД | НД | НД |
Сернистая кислота | Водный насыщенный раствор | + | + | + | + | + | НД |
Уксусная кислота | До 50% | + | + | + | + | + | НД |
Карболовая кислота | До 10% | + | + | О | – | – | – |
Фосфорная кислота | До 85% | + | + | + | + | + | + |
Хлорная кислота | 10% | + | + | + | + | + | НД |
Хлорная кислота | 70% | + | + | О | – | – | – |
Царская водка | Концентрированная | + | + | + | + | + | НД |
Щавелевая кислота | Водный раствор, холодный, насыщенный | + | + | О | – | – | – |
Янтарная кислота | Водный раствор | + | + | + | + | + | + |
Таким образом, при рассмотрении химической стойкости чувствительного элемента датчика из нержавеющей стали 1.4435 и материала, покрывающего ее – ЭХТФЭ, можно сделать следующие выводы:
- Материал ЭХТФЭ не выдержит воздействия азотной кислоты, 65% при 80оС, но нержавеющая сталь 1.4435 сможет помочь датчику для агрессивных жидкостей LVL-M2C не подвергнуться коррозии.
- Атомы фтора обеспечивают максимальную стойкость к коррозии материалу ЭХТФЭ, что позволяет использовать вибрационный переключатель предельного уровня LVL-M2C при контакте с серной кислотой любой концентрации.
Ультразвуковой датчик уровня Baumer 18 для агрессивных жидкостей
Принцип работы заключается в свойстве отражения ультразвуковой волны от поверхности материала. УЗ волны постоянно посылаются излучателем в бак. В тот момент, когда верхний уровень жидкости входит в диапазон измерения датчика, волны отражаются от поверхности материала, и улавливаются приёмником. В этот момент срабатывает реле, и подаётся сигнал о наполнении ёмкости.
Ультразвуковой датчик уровня Baumer 18 применяется для измерения уровня агрессивных жидкостей, а именно кислот и щелочей, и не контактирует с ними, поэтому нужно учесть влияние агрессивных паров на материал датчика. Таковыми являются оксиды азота, серы, водород и т.д. Давайте разберемся, к чему у ультразвуковых датчиков уровня Baumer 18 «есть иммунитет».
Материалом сенсора сигнализаторов уровня Baumer 18 является нержавеющая сталь 1.4435 с париленовым покрытием. Необходимо для начала понять, к парам каких веществ нержавеющая сталь 1.4435 инертна, и для этого поможет следующая таблица:
+ походит, О – ограниченно применим, - не подходит.
Пример коррозии нержавеющей стали 1.4435 |
Агрессивная среда | Химическая стойкость при 20°С |
Аммиак | + |
Сероводород | + |
Хлор | - |
Закись азота | + |
Водный пар до 150°С | + |
Водный пар свыше 150°С | + |
Водород | О |
Сернистый газ | + |
Углекислый газ | + |
Диоксид хлора | О |
Йод | О |
Кислород газ. 100°С-200°С | + |
Кислород газ. холодный | + |
Пары ртути | + |
Сероводород | О |
Для правильного применения датчиков уровня Baumer 18 нужно разобраться подробнее с париленовым покрытием.
Парилен, или поли-пара-ксилилен, инертен по отношению к большинству органических растворителей, растворам солей, кислот и щелочей при нормальных условиях. Даже концентрированная серная кислота не оказывает вредного воздействия на парилен и при 150°С.
Для того чтобы понять, с какими парами веществ может взаимодействовать ППКП, необходимо учесть химическую стойкость парилена к ним, чтобы правильно использовать этот материал в технологическом процессе.
Материалы, ограниченно применимые к ППКП (со временем возможно разрушение материала):
- Азот
- Кислород
- Углекислый газ
- Водород
- Вода
- Сероводород
- Двуокись серы
- Хлор
Данные материалы недопустимо применять при 40°С, т.к. при данной температуре они теряют стойкость к реагенту.
Для полного понимания применения датчиков уровня для агрессивных сред Baumer 18, необходимо привести примеры, показывающие химическую стойкость к парам реагентов:
- Поли-пара-ксилилен не является достаточно коррозионностойким к парам агрессивных веществ, поэтому со временем при наличии постоянного контакта с парами данный материал начнет разрушаться.
- Но так как ППКП является покрытием стали, то защитить от коррозии датчики уровня сможет нержавеющая сталь 1.4435, из которых они сделаны. Подвергнуться коррозии датчик сможет лишь при контакте с парами хлора.
Если вы сомневаетесь в выборе материала датчика для вашего производства, обращайтесь к инженерам службы поддержки компании «РусАвтоматизация». Они грамотно оценят условия вашего технологического процесса, и помогут подобрать оптимальное решение.
Читайте также:
- 'Влияние агрессивных сред на материалы датчиков. Часть 1'
- 'Влияние агрессивных сред на материалы датчиков. Часть 3'