Praca czujnika temperatury w agresywnym środowisku chemicznym wymaga odpowiedniego doboru materiału, konstrukcji osłony oraz miejsca montażu. Korozja i erozja stopniowo niszczą powierzchnię sensora, pogarszają warunki pomiaru, a w skrajnych przypadkach prowadzą do uszkodzenia urządzenia. Dlatego ochronę trzeba zaplanować już na etapie wyboru rozwiązania, uwzględniając skład medium, temperaturę, pH, prędkość przepływu oraz obecność cząstek stałych. Z artykułu dowiesz się, jak ograniczyć korozję i erozję czujnika temperatury oraz na co zwrócić uwagę podczas jego doboru i montażu.
Korozja vs. erozja czujników – jakie są różnice?
Korozja i erozja prowadzą do degradacji materiału, ale zachodzą w inny sposób. Korozja jest związana przede wszystkim z reakcjami chemicznymi lub elektrochemicznymi zachodzącymi pomiędzy materiałem czujnika a otaczającym go medium. Z kolei erozja wynika ze zużycia mechanicznego powierzchni, np. wskutek działania szybko przepływającego medium, cząstek stałych albo zjawiska kawitacji.
W praktyce oba procesy często występują jednocześnie. Uszkodzona przez przepływ powierzchnia jest bardziej podatna na działanie substancji chemicznych, a korozja osłabia materiał i przyspiesza jego mechaniczne degradowanie.
Najczęstsze mechanizmy degradacji czujników temperatury
W instalacjach przemysłowych degradacja czujnika może przebiegać na kilka sposobów. Najczęściej występujące problemy to:
- korozja elektrochemiczna – zachodzi w obecności elektrolitu i prowadzi do stopniowego ubytku materiału,
- korozja erozyjna – łączy działanie agresywnego medium z mechanicznym oddziaływaniem jego przepływu,
- korozja kawitacyjna – powstaje wskutek gwałtownego tworzenia i zapadania się pęcherzyków w cieczy,
- korozja mikrobiologiczna – występuje w środowiskach sprzyjających rozwojowi mikroorganizmów i tworzeniu biofilmu,
- degradacja mechaniczna – obejmuje ścieranie, rysowanie i powstawanie ubytków w materiale powodowane przez przepływ lub cząstki stałe,
- uszkodzenia termiczne – wynikają z pracy materiału poza zakładanym zakresem temperatury lub przy częstych i gwałtownych skokach jej amplitudy.
Czynniki sprzyjające korozji vs. wywołujące erozję czujnika temperatury
Na korozję wpływają przede wszystkim skład chemiczny medium, jego temperatura oraz poziom pH. Znaczenie mają również stężenia chlorków, siarczanów i tlenu oraz kontakt różnych metali. W przypadku erozji szczególnie istotne są prędkość przepływu, turbulencje i obecność cząstek stałych.
Przed doborem czujnika temperatury do konkretnej instalacji warto więc określić:
- skład i stężenie medium,
- temperaturę roboczą,
- wartość pH,
- prędkość przepływu,
- rodzaj ewentualnych cząstek stałych lub osadów w medium.
Skutki uszkodzeń czujników temperatury dla instalacji
Degradacja czujnika temperatury wpływa nie tylko na żywotność elementu pomiarowego. Z biegiem czasu skutkuje pojawieniem się nieprawidłowości pomiarowych. Błędny odczyt temperatury trafia do układu sterowania, który na jego podstawie reguluje pracę instalacji. Zaniżone lub zawyżone wskazanie może więc prowadzić do niewłaściwego sterowania procesem. W zależności od zastosowania skutkiem są niestabilne parametry procesu, przegrzewanie urządzeń, nieprawidłowa praca automatyki, zwiększone zużycie energii albo przedwczesne zużycie innych elementów instalacji.
Typowe objawy postępującej degradacji czujników temperatury
Pierwsze oznaki problemu nie zawsze oznaczają całkowite uszkodzenie czujnika. Warto jednak reagować na problemy wskazujące możliwą głęboką degradację sensora.
Należą do nich m.in. takie symptomy, jak:
- niestabilny lub skokowy sygnał o wartości temperatury,
- wyraźnie wolniejsza reakcja na zmianę temperatury,
- rozbieżność wskazań względem innych punktów pomiarowych,
- widoczne ślady korozji na powierzchni osłony,
- zarysowania, rowki i miejscowe ubytki materiału,
- pęknięcia lub odspajanie powłoki ochronnej,
- narastające osady na powierzchni czujnika,
- powtarzające się alarmy układu automatyki.
Szczególnie ważna jest kontrola wizualna podczas przeglądów. Ubytki materiału, zmiana wyglądu powierzchni czy uszkodzenie powłoki często pojawiają się wcześniej niż wyraźne problemy z samym pomiarem.
Wybór osłony czujnika pracującego w agresywnej chemii – na co zwrócić uwagę?
Dobór osłony powinien uwzględniać zarówno odporność chemiczną, jak i obciążenia mechaniczne występujące podczas pracy. Nie istnieje jeden materiał odpowiedni dla wszystkich agresywnych mediów. Ten sam materiał dobrze sprawdzający się w jednym procesie w innym środowisku może szybko ulec degradacji.
Materiał osłony czujnika temperatury
W mniej wymagających zastosowaniach często stosuje się stale nierdzewne, takie jak 304L i 316L. W przypadku bardziej agresywnych mediów wykorzystuje się również stale duplex i superduplex, np. 2205 i 2507. Przy szczególnie trudnych warunkach, stosowane są materiały specjalistyczne, takie jak tytan czy tantal.
Wybór materiału trzeba oprzeć na rzeczywistych warunkach pracy. Istotne są przede wszystkim skład medium, temperatura, pH, stężenie substancji agresywnych oraz prędkość przepływu.
Powłoki ochronne
Drugim sposobem ograniczenia degradacji jest zastosowanie odpowiedniej powłoki ochronnej. W zależności od zastosowania wykonuje się je m.in. z PTFE, PFA i FEP. Powłoki fluoropolimerowe ograniczają kontakt materiału bazowego z medium i znajdują zastosowanie tam, gdzie istotna jest odporność chemiczna. Jeżeli problemem jest również intensywne ścieranie powierzchni, stosuje się powłoki ceramiczne lub węglikowe, w tym z węglika wolframu. Takie rozwiązanie pozwala zwiększyć odporność powierzchni na zużycie mechaniczne.
Geometria i konstrukcja osłony czujnika
Osłona powinna być zaprojektowana tak, aby nie powodowała niepotrzebnych zaburzeń przepływu. Odpowiednia geometria ogranicza lokalne turbulencje i zmniejsza obciążenie powierzchni. Znaczenie ma również gładkość powierzchni, ponieważ ogranicza przywieranie osadów i ułatwia czyszczenie. Konstrukcja powinna jednocześnie zapewniać odpowiednią wytrzymałość oraz umożliwiać serwisowanie. W instalacjach, w których czujnik wymaga regularnej kontroli, łatwy demontaż osłony upraszcza przeglądy i wymianę elementu pomiarowego.
Jak przeprowadzić montaż czujnika, aby ograniczyć ryzyko jego korozji i erozji?
Nawet dobrze dobrany, wysokiej jakości czujnik wraz z solidną osłoną nie zapewnią odpowiedniej trwałości, jeśli elementy te zostaną zamontowane w niekorzystnym miejscu. Montaż powinien ograniczać zarówno oddziaływanie przepływu, jak i powstawanie przestrzeni, w których gromadzi się osad lub biofilm.
Wybór miejsca montażu czujnika temperatury
Czujnik najlepiej umieścić w miejscu zapewniającym możliwie równomierny przepływ medium. Należy zachować ostrożność przy kolankach, zaworach, zwężeniach oraz bezpośrednio za pompami. W takich punktach przepływ jest silnie zaburzony, co zwiększa obciążenie osłony i sprzyja erozji.
Ważne jest również prawidłowe mocowanie. Połączenie powinno być stabilne i szczelne, a uszczelnienie dobrane do temperatury, ciśnienia oraz składu medium. Luzy i nieszczelności zwiększają ryzyko uszkodzenia elementów oraz przedostawania się medium do miejsc, które nie są przeznaczone do jego kontaktu.
Ograniczenie korozji galwanicznej
Podczas montażu trzeba zwrócić uwagę na materiały wszystkich elementów współpracujących z czujnikiem. Połączenie różnych metali w obecności elektrolitu może prowadzić do korozji galwanicznej. Dlatego materiał osłony, elementów mocujących i przyłącza należy dobierać z uwzględnieniem całego układu.
Ograniczenie osadów i nierównomiernego przepływu
Miejsce montażu nie powinno tworzyć tzw. martwej strefy, w której medium praktycznie nie przepływa. W takich miejscach łatwiej gromadzą się osady, zanieczyszczenia i biofilm. Z czasem utrudniają one wymianę ciepła, pogarszają dokładność pomiaru i zwiększają ryzyko korozji. Warto również zapewnić równomierny przepływ wokół osłony oraz ograniczyć możliwość odkładania się zanieczyszczeń. W instalacjach narażonych na dużą ich ilość pomocne są rozwiązania filtrujące lub separujące.
Dodatkowa ochrona dla czujników temperatury mających kontakt z agresywną chemią
Instalacje, w których środowisko jest wyjątkowo agresywne, warto wyposażyć w rozwiązania uzupełniające ochronę czujnika temperatury. W zależności od procesu stosuje się m.in. inhibitory korozji, filtry i separatory zanieczyszczeń. Ich zadaniem jest ograniczenie czynników, które bezpośrednio przyczyniają się do degradacji powierzchni osłony.
Istotne jest również pozostawienie swobodnego dostępu do czujnika. Konstrukcja powinna umożliwiać łatwą i szybą kontrolę powierzchni, usuwanie osadów oraz wymianę elementu pomiarowego. Regularne przeglądy pozwalają wykryć ubytki materiału, uszkodzenia powłok i inne oznaki degradacji, zanim doprowadzą do awarii.
Podsumowując, trwałość sensora w agresywnej chemii zależy przede wszystkim od prawidłowego dopasowania materiału, konstrukcji osłony i miejsca montażu do warunków konkretnego procesu. Termo-Precyzja sprzedaje wysokiej klasy czujniki temperatury dla przemysłu. Znajdziesz u nas wiele modeli o zróżnicowanych parametrach, dlatego z łatwością dobierzesz odpowiedni do wymagań konkretnej instalacji. W razie potrzeby z przyjemnością pomożemy Ci w wyborze najlepszego rozwiązania – zapraszamy do kontaktu.