耐腐蚀PT100

在化工、制药、海洋工程、环保水处理等领域，温度测量点往往处于强酸、强碱、盐雾、有机溶剂或高温高压腐蚀介质环境中。常规不锈钢护套PT100在此类工况下易发生点蚀、缝隙腐蚀或高温硫化，导致护套破损、绝缘电阻下降甚至铂元件失效。耐腐蚀PT100通过在材料选择、结构设计、封装工艺上进行针对性优化，实现了在苛刻化学环境下的长期可靠测温。本报告将从腐蚀机理、材料体系、结构防护、性能验证及应用策略等方面展开深入分析。

二、腐蚀环境与失效机理

2.1 典型腐蚀介质类型

• 酸性介质：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸等，浓度与温度显著影响腐蚀速率；

• 碱性介质：氢氧化钠、氢氧化钾溶液，高温高浓度下可引起应力腐蚀开裂；

• 盐类与卤素：氯化物（海水中Cl⁻）、氟化物，易诱发点蚀与晶间腐蚀；

• 混合介质：如含H₂S的油气、含氯离子的酸性冷凝液等复合工况。

2.2 PT100的常见腐蚀失效模式

1. 护套腐蚀穿孔：介质穿透护套进入绝缘层，导致绝缘电阻下降至不合格水平；

2. 铂元件污染：腐蚀性气体渗入后与铂反应生成化合物，改变电阻率和R-T特性；

3. 机械强度丧失：护套减薄或脆化后在振动或压力下破裂；

4. 引线腐蚀：外部引线材料（铜、镀锡铜）在潮湿腐蚀环境中锈蚀，引入额外电阻与不稳定接触。

三、耐腐蚀PT100的材料体系

3.1 护套材料选择与适配工况

选材原则：

• 先根据介质种类与浓度确定材料耐蚀等级；

• 再结合工作温度、压力与成本进行综合筛选；

• 对混合腐蚀环境，优先选择广谱耐蚀合金（如C-276、625）。

3.2 内部绝缘与填充材料耐蚀性

• 氧化镁（MgO）：常规填充物，在干燥或中性介质中稳定，但遇液态水或酸易潮解、粉化；

• 高纯氧化铝（Al₂O₃）：耐温与耐化学性均优于MgO，适合高温腐蚀环境；

• 陶瓷纤维+树脂复合：在强酸/强碱中可保持结构，但需考虑温度上限。

  在液体浸泡或高湿腐蚀气体环境中，应优先采用全陶瓷封装或金属-陶瓷复合护套结构，避免绝缘失效。

3.3 引线材料与防护

• 常规铜引线在含Cl⁻或酸性环境中易腐蚀，应改用镀银铜、镀镍铜、不锈钢丝或合金导线；

• 引线外覆PTFE、PFA或玻纤编织层，实现双重防渗防腐。

四、结构防护与制造工艺

4.1 全密封与焊接工艺

• 采用激光焊接或氩弧焊封闭护套端部，确保焊缝全周无针孔；

• 对多段式结构，在连接处加氟橡胶或PTFE密封圈，防止介质沿螺纹渗入。

4.2 特殊结构形式

1. 双层护套：内层耐腐蚀合金（如C-276），外层高强度不锈钢，兼顾耐蚀与机械强度；

2. 法兰安装式：法兰本体与护套同材质，避免在连接件处产生电偶腐蚀；

3. 陶瓷头引出：在极端腐蚀区，将铂元件与部分引线置于陶瓷管内，再与金属护套过渡连接。

4.3 表面处理

• 对钛或铝合金护套可进行阳极氧化或微弧氧化，形成厚而致密的钝化膜，提高耐蚀性；

• 对Inconel等合金，可进行喷砂+钝化处理，去除表面污染物，促进稳定氧化层形成。

五、性能验证与测试

5.1 盐雾试验

依据IEC 60068-2-11或ASTM B117，在5% NaCl溶液中连续喷雾48~96小时，检查护套表面是否出现红锈或点蚀坑。

5.2 化学浸泡试验

• 在目标介质中于工作温度下浸泡30~90天，定期测量绝缘电阻与R-T特性，评估漂移量；

• 对强酸/强碱，可辅以pH与氧化还原电位（ORP）监控，分析腐蚀产物对铂元件的影响。

5.3 长期现场运行验证

在化工厂、沿海电站、海上平台等实际工况中开展1~3年的挂片测试，记录传感器失效率与精度衰减情况，为选型提供数据支撑。

六、典型应用案例

6.1 化工生产

• 硫酸生产装置：在98% H₂SO₄、80~120℃的管道中，采用C-276护套+Al₂O₃绝缘的PT100，年漂移<0.1℃；

• 烧碱蒸发罐：在32% NaOH、150℃条件下，使用Inconel 625护套，抗应力腐蚀性能优异。

6.2 海洋与船舶工程

• 船用柴油机冷却水系统：316L或钛合金护套，耐海水与盐雾，寿命>5年；

• 海上平台井口温度监测：哈氏合金B-3护套，抵抗地层产出的含CO₂/H₂S湿酸性气体。

6.3 环保与水处理

• 垃圾渗滤液处理池：在pH=2~4、60~80℃的强酸废水中，采用PTFE涂层+哈氏合金芯，实现全密封防腐；

• 反渗透（RO）系统：在含氯消毒剂的管路中，钛合金护套防止点蚀。

七、选型与设计建议

1. 介质优先原则：先锁定介质种类与浓度，再匹配护套材料耐蚀等级；

2. 温度-腐蚀耦合考量：高温会加速腐蚀，选材时需留有足够耐温裕度；

3. 密封可靠性：在所有法兰、螺纹、尾部焊接处实施冗余密封措施；

4. 内部绝缘耐湿性：液体浸泡工况避免使用MgO填充，改用陶瓷类绝缘材料；

5. 维护与监测：定期检查引线外观与绝缘电阻，及早发现护套微裂纹或钝化膜破坏。

八、结论

耐腐蚀PT100是针对化学侵蚀工况开发的特种温度传感器，其核心在于材料体系的精准匹配与结构防护的严密设计。通过选用哈氏合金、Inconel、钛合金等高耐蚀金属，结合全密封焊接与高性能绝缘填充，可在强酸、强碱、盐雾及高温复合腐蚀环境中保持稳定可靠的测温性能。虽然在初期成本与供货周期上高于常规不锈钢PT100，但在高风险、高维护成本的工业场景中，其全生命周期可靠性与经济性优势显著。未来随着高性能合金与陶瓷复合材料的发展，耐腐蚀PT100将在更严苛的工况下实现更广泛的应用。