هیدروژن کوچکترین عنصر بین همه عناصر است. این عنصر نه تنها در مولکول طبیعی خود (H2) وجود دارد بلکه در ترکیبات آلی، اسیدها، بازها و حتی آب نیز یافت می‌شود. با اینکه هیدروژن به عنوان عنصر خورنده در نظر گرفته نمی‌شود، اما در دما و غلظت مناسب، می‌تواند از طریق نفوذ دیافراگم به ترانسمیتر فشار آسیب وارد کند.
نفوذ هیدروژن به معنای پخش یون‌های هیدروژن به درون دیافراگم‌های فلزی نازک است که در ترانسمیترهای فشار ← استفاده می‌شوند و از طریق مکانیسم‌های میان‌جایی یا جای‌نشینی انجام می‌گیرد.
مکانیسم‌های میان‌جایی (Interstitial):تمام فلزات دارای ساختار شبکه‌ای طبیعی هستند. در شرایط خاص، هر H2 در فرایند می‌تواند به دو یون H+ تجزیه شود. یون H+ به اندازه‌ای کوچک است که می‌تواند بین فضاهای موجود در ساختار شبکه‌ای بدون جابه‌جایی ساختار فلزی حرکت کند.
مکانیسم‌های جای‌نشینی (Substitutional): گاهی در ساختار شبکه‌ای، ممکن است یک خلأ یا فضای خالی وجود داشته باشد که باید با ماده پر شود اما نیست. یون هیدروژن می‌تواند به این فضای خالی نفوذ کند.
در هر دو مکانیسم، نتیجه یکسان است. هیدروژن در محیط فرایندی به یون‌های هیدروژن تجزیه می‌شود، از دیافراگم عبور می‌کند و دوباره به مولکول‌های هیدروژن در مایع پر کننده تبدیل می‌شود. با گذشت زمان، مایع پر کننده اشباع می‌شود و حباب‌های هیدروژن تشکیل می‌شوند.
اگر تعداد این حباب‌ها کافی باشد، تغییرات صفر و اسپن اتفاق می‌افتد و باعث خطا در ترانسمیتر می‌شود.
در موارد حاد، حباب‌های هیدروژن می‌توانند به اندازه‌ای زیاد شوند که دیافراگم جداکننده را به بیرون فشار دهند و باعث ترک‌خوردگی دیافراگم شوند. این ترک‌ها منجر به نشت مایع پر کننده به فرایند و خرابی کامل ترانسمیتر فشار می‌شوند.
حذف پدیده نفوذ هیدروژن غیرممکن است، اما می‌توان نرخ نفوذ را کاهش داد و به این ترتیب عمر ترانسمیتر را افزایش داد. نرخ نفوذ هیدروژن به دمای دیافراگم، غلظت هیدروژن در فرایند و نوع فلز انتخاب شده برای دیافراگم بستگی دارد. دو عامل از این عوامل قابل کنترل هستند.
روش‌های کاهش نفوذ هیدروژن
دمای دیافراگم: افزایش نفوذ هیدروژن هنگامی که دمای دیافراگم جداکننده بالا است، رخ می‌دهد. کاهش دما، نرخ نفوذ یون‌های هیدروژن را کند می‌کند و به این ترتیب عمر دیافراگم را افزایش می‌دهد. به طور کلی، هرچه غلظت هیدروژن بالاتر باشد، دما باید پایین‌تر باشد.
انتخاب متریال مناسب: دو ماده‌ای که معمولاً برای دیافراگم‌ها استفاده می‌شوند، Hastelloy C-276 (54Ni-16Mo-16Cr) و Monel (67Ni-33Cu) (دیگر گزینه متریال دیافراگم) هستند. هر دو ماده مبتنی بر نیکل هستند و مقاومت عالی در برابر خوردگی و خواص فیزیکی و مکانیکی عالی برای استفاده به عنوان دیافراگم نازک دارند.
Hastelloy C-276
این ماده کروم و مولیبدن را به نیکل اضافه می‌کند تا مقاومت در برابر اکسید شدن را بهبود بخشد و در شرایط غیراکسید کننده نیز مقداری مقاومت را حفظ کند. با این حال، به دلیل ساختار شبکه‌ای شل، در برابر نفوذ هیدروژن آسیب‌پذیر است.
اضافه کردن یک ماده با ساختار شبکه‌ای تنگ‌تر به سطح Hastelloy، دیافراگمی با تمام مزایای Hastelloy و مقاومت بهتر در برابر نفوذ هیدروژن ایجاد می‌کند. نکته کلیدی این است که مواد معرفی شده با فنری بودن دیافراگم تداخل نداشته باشد. مواد کروم (II) اکسید (CrO) و طلا (Au) دو ماده‌ای هستند که هر کدام درجه متفاوتی از حفاظت در برابر نفوذ هیدروژن را ارائه می‌دهند.
کروم (II) اکسید (CrO) از طریق فرآیند پاسیو شدن (passivation) اعمال می‌شود. پاسیو شدن شامل ایجاد یک پوشش سبک از CrO بر روی سطح دیافراگم برای افزودن یک پوشش حفاظتی با ساختار شبکه‌ای تنگ‌تر است بدون اینکه فنری بودن پایه را تحت تأثیر قرار دهد. این ساختار شبکه‌ای به Hastelloy همان مقاومت در برابر نفوذ هیدروژن را که در فولاد ضد زنگ یافت می‌شود، می‌دهد.
طلا (Au) با فرآیند آبکاری استفاده می‌کند. آبکاری یک لایه نازک از طلا بر روی سطح دیافراگم، ساختاری تنگ‌تر از CrO ایجاد می‌کند. افزایش ضخامت آبکاری طلا می‌تواند برای کاربردهایی با یون‌های آزاد هیدروژن بیشتر موثر باشد. با این حال، هرچه طلا ضخیم‌تر باشد، تأثیر بیشتری بر فنری بودن دیافراگم دارد.
Monel
Monel، مانند Hastelloy C-276، یک فلز مبتنی بر نیکل است اما مس و مقدار کمی آهن، منگنز، کربن و سیلیکون به ترکیب آن اضافه شده است. در کاربردهای اسید هیدروفلوئوریک (HF) دلیل خواص خورنده معمولاً از ترانسمیتر با ماده دیافراگم Monel استفاده می‌کنند. با این حال، یون‌های هیدروژن هنگامی که پیوند ضعیف بین هیدروژن و فلورید شکسته می‌شود تولید می شوند و با توجه به ساختار شبکه‌ای شل Monel مبتنی بر نیکل، نفوذ هیدروژن رخ می‌دهد. آبکاری طلا تنها راه‌حل برای این نوع کاربرد است.
نتیجه‌گیری
یون‌های آزاد هیدروژن در یک فرآیند به مرور زمان به ترانسمیتر فشار آسیب می‌رسانند. با نگه داشتن دمای دیافراگم در پایین‌ترین حد ممکن، نفوذ این یون‌ها به مایع پر کننده کند می‌شود. انتخاب مواد مناسب با پوشش/آبکاری اضافی درست نیز می‌تواند نرخ نفوذ را کاهش دهد. آبکاری طلا و پاسیو شدن CrO هر دو به درجات مختلفی در جلوگیری از نفوذ هیدروژن موثر هستند.
روش CrO فقط مقاومت Hastelloy C-276 در برابر نفوذ هیدروژن را به همان اندازه فولاد ضد زنگ می رساند. این گزینه کم‌هزینه‌تر است و باید در فرآیندی که یون‌های هیدروژن کم است، استفاده شود. روش آبکاری طلا، اگرچه گران‌تر است، برای هر فرآیندی که تولید یون‌های هیدروژن بالاست مناسب است. در کاربردهایی که مقدار بالایی از یون‌های هیدروژن وجود دارد، آبکاری طلای ضخیم‌تر را اعمال کنید.
کارشناسان فنی ما آموزش دیده‌اند تا در هر مرحله، از انتخاب ترانسیتر فشار مناسب تا نحوه صحیح نصب در دستگاه، به شما کمک کنند. فقط کافیست با ما تماس بگیرید!
