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腐蚀是引起阀门损坏的重要因素之一

信息来源:eoovoo.com  时间:2009-12-07  浏览次数:87

  腐蚀是材料在各种环境的作用下发生的破坏和变质。金属的腐蚀主要是化学腐蚀和点化学腐蚀引起的,非金属材料的腐蚀一般是直接的化学和物理作用引起的破坏。
  腐蚀是引起阀门损坏的重要因素之一,因此,在阀门使用中,防腐保护是首先考虑的问题。
  一、阀门腐蚀的形态
  金属阀门腐蚀有两种形态,即均匀腐蚀和局部腐蚀。均匀腐蚀的速度可用年平均腐蚀率来评价。金属材料,石墨、玻璃、陶瓷和混凝土,按腐蚀率大小分4个等级:腐蚀速度小于0.05mm/a的为优良;腐蚀速度在0.05~0.5mm/a的为良好;腐蚀速度在 0.5~1.5mm/a的尚可使用;腐蚀速度大于1.5mm/a的为不适用,阀门的密封面、阀杆、膜片、小弹簧等阀件一般用一级材料,阀体、阀盖等适用二级或三级材料,用于高压、剧毒、易燃、易爆、放射性介质的阀门,则选用腐蚀性很小的材料。
  1、均匀腐蚀
  均匀腐蚀是在金属的全部表面上进行。如不锈钢、铝、钛等在氧化环境中产生的一层保护膜,膜下金属状态腐蚀均匀。还有一种现象,金属表面腐蚀剥落,这种腐蚀最危险的。
  2、局部腐蚀
  局部腐蚀发生在金属的局部位置上,它的形态有孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、脱层腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、空泡腐蚀、摩振腐蚀、氢蚀等。
  点蚀通常发生在钝化膜或保护膜的金属上,是由于金属表面存在缺陷,溶液中能破坏钝化膜的活性离子,使钝化膜局部破坏,伸入金属内部,成为蚀孔,它是金属破坏性和隐患最大的腐蚀形态之一。
  缝隙腐蚀发生在焊、铆、垫片或沉淀物下面等环境,它是孔蚀的一种特殊形态。防止方法是消除缝隙。
  晶间腐蚀是从表面沿晶界深入金属内部,使晶界呈网状腐蚀。产生晶间腐蚀除晶界沉淀积杂质外,主要是热处理和冷加工不当所致。奥氏体不锈钢的焊接缝两侧容易产生贫铬区而遭到腐蚀。奥氏体不锈钢晶间腐蚀是常见的和最危险的腐蚀形态。防止奥氏体不锈钢阀件产生晶间腐蚀方法有:进行“固溶淬火”处理,即加热至1100℃左右水淬,选用含有钛和铌,而含碳量在0.03%以下的奥氏体不锈钢,减少碳化铬的产生。
  脱层腐蚀发生在层状结构中,腐蚀先垂直向内发展,后腐蚀表面平行的物质,在腐蚀物的胀力下,使表面呈层状剥落。
  应力腐蚀发生在腐蚀和拉应力同时作用下产生的破裂。防止应力腐蚀的方法;通过热处理消除或减少焊接,冷加工中产生的应力,改进不可理的阀门结构,避免应力集中,采用电化学保护、喷刷防蚀涂料。添加缓蚀剂、施加压应力等措施。
  腐蚀疲劳发生在交变应力腐蚀的共同作用的部位,使金属破裂。可进行热处理消除或减少应力,表面喷丸处理以及电镀锌、铬、镍等,但要注意镀层不可有拉应力和氢扩散现象。
  选择性腐蚀发生在不同成分和杂质的材料中,在一定环境中,有一部分元素被腐蚀浸出,剩下未腐蚀的元素呈海绵状。常见有黄铜脱锌、铜合金脱铝、铸铁石墨化等。
  磨损腐蚀是流体对金属磨损和腐蚀交替作用所产生的一种腐蚀形态,是阀门常见的一种腐蚀,这种腐蚀以发生在密封面为多。防止方法:选用耐腐蚀、耐磨损的材料,改进结构设计,采用阴极保护等。
  空泡腐蚀又称空蚀和气蚀,是磨损腐蚀的一种特殊形态。它是流体中产生的气泡,在破灭时产生的冲击波,压力可高达400个大气压,使金属保护膜破坏,甚至撕裂金属粒子。然后再腐蚀成膜,这种过程不断反复,使金属腐蚀。防止空泡腐蚀的方法,可选用耐空泡腐蚀材料,光洁度高的加工面,弹性保护层和阴极保护等。
  摩振腐蚀是相互接触的两部件同时承受载荷,接触面由于振动和滑动引起的破坏。摩振腐蚀发生在螺栓连接处,阀杆与关闭件连接处、滚珠轴承与轴之间等部位上。可以采用涂润滑油脂,减少摩擦,表面磷化,选用硬质合金,以及用喷瓦处理或冷加工提高表面硬度方法防护。
  腐蚀是化学反映中产生的氢原子扩散到金属内部引起的破坏,其形态有氢鼓泡、氢脆和氢蚀。
  强钢和含有非金属的钢易容易发生氢鼓泡。石油中含有硫化物、氢化物时容易产生氢鼓泡。采用无空穴的镇静钢代替有空穴的沸腾钢,取用橡胶和塑料保护,加缓蚀剂等可防止鼓泡。
  强钢中晶格高度变性,氢原子进入后,4晶格应变更大,引起金融脆化。应选用含镍和铅的合金钢,避免选用氢脆性大的高强钢, 焊接、电镀、酸洗中避免或减少氢脆现象。高温、高压下氢进入金属内,与一种组合会元素产生化学反应而破坏,称为氢蚀。奥氏体不锈钢完全耐高温氢蚀。
  3、非金属腐蚀
  非金属腐蚀与金属腐蚀大小一样,绝大多数非金属材料是非电导体,一般不会产生电化学腐蚀,而是纯粹的化学或物理作用的腐蚀,这是与金属腐蚀的主要区别。非金属腐蚀不一定失重而往往是增重,对金属腐蚀来说失重是主要的,非金属腐蚀,许多是物理作用引起的,而金属腐蚀物理作用极少见;非金属内部腐蚀为常见现象,而金属腐蚀则以表面腐蚀为主。
  金属材料与介质接触后,溶液或气体会逐渐扩散到材料的内部,使非金属发生一系列腐蚀变化,根据非金属材料的种类和品种的不同,其腐蚀的形态各有不同。腐蚀的形态有溶解、溶胀、气泡、软化、会有分解、变色、变质、老化、硬化、断裂等现象出现。但是,从全面观点来看,非金属腐蚀性能大大地优于金属材料,而非金属材料的强度,耐温性能却低于金属材料。
  二、金属阀门的防腐
  电化学腐蚀以各种形态腐蚀金属,它不仅作用于两种金属之间,而且由于溶液的溶度差、氧气的溶度差、金属内部组织微小的差别,也会产生电位差,使腐蚀加剧。有的金属本身是不耐蚀的,但它腐蚀后能产生非常好的保护膜,即钝化膜,可以阻止介质的腐蚀。由此可见,要达到金属阀门防腐的目的,一是要消除电化学腐蚀;二是当电化学腐蚀消除不了;要能使金属表面产生钝化膜;三是选用没有电化学腐蚀的非金属材料代替金属材料。下面介绍几种防腐方法。
  1、根据介质选用耐蚀材料
  在“阀门的选用”一节中,我们介绍了阀门常用材料所适用的介质,只不过是一般的介绍,在生产实际中,介质的腐蚀是非常的复杂的,即使在用一介质中使用的阀门材料一样,介质的浓度、温度、压力不同,介质对材料腐蚀也不一样。介质温度每升高10℃,腐蚀速度约增加1~3倍。介质浓度对阀门材料腐蚀影响很大,如铅处在浓度小的硫酸中,腐蚀很小,当浓度超过96%时,腐蚀急剧上升。而碳钢相反,在硫酸浓度为50%左右时腐蚀最严重,当浓度增加到 6%以上时,腐蚀反而急剧下降。有如铝在浓度80%以上的浓硝酸中腐蚀性很强,但在中、低浓度的硝酸中腐蚀反而严重。不锈钢虽说对稀硝酸耐蚀性很强,但在 95%以上的浓硝酸中腐蚀反而加重。
  从以上几例可以看出,正确选用阀门材料应根据具体情况,分析各种影响腐蚀因素,按有关防腐手册选用材料。
  2、采用非金属材料
  非金属耐腐蚀性优良,只要阀门使用温度和压力符合非金属材料的要求,不但能解决腐蚀问题,而且可节省贵重金属。阀门的阀体、阀盖、衬里、密封面等常用非金属材料制作,至于垫片,填料主要死非金属材料制作的。用聚四氟乙稀、氯化聚 醚等塑料、以及用天然橡胶、氯丁橡胶、丁晴橡胶等橡胶做阀门衬里,而阀体、阀盖主体是一般铸铁、碳钢制成。即保证了阀门强度,又保证了阀门不受腐蚀。夹管阀也是根据橡胶的优良耐腐蚀性能和优异变性能而设计出来的。现在越来越对的用尼龙、聚四氟乙稀等塑料,用天然橡胶和合成橡胶做各种各样的密封面,密封圈,用于各类阀门上,这些用作密封面的非金属材料,不但耐腐蚀性好,而且密封性能好,特别适于带颗粒介质中使用。当然,它们的强度和耐热性都较低,应用的范围受到限制。柔性石墨的出现,使非金属进入了高温领域,解决了长期难以解决的填料和垫片泄露问题,而且是很好的高温润滑剂。
  3、喷刷涂料
  涂料是应用最广泛的一种防腐手段,在阀门产品上更是一种不可缺少的防腐材料和识别标志。涂料也属于非金属材料,它通常由合成树脂、橡胶浆液、植物油、溶剂等配制成,覆盖在金属表面,隔绝介质和大气,达到防腐目的。涂料主要用于水、盐水、海水、大气等腐蚀不太强的环境中。阀门内腔常用防腐漆涂刷,防止水、空气等介质对阀门腐蚀。油漆内掺有不同颜色,来表示法恩使用的材料。阀门喷刷涂料,一般在半年至一年一次。
  4、添加缓蚀剂
  在腐蚀介质和腐蚀物中加入少量其他特殊物质,能够大大地减缓金属腐蚀的速度,这种特殊物质称为缓蚀剂。缓蚀剂控制腐蚀的机理,是它促进了电池的极化。缓蚀剂主要用于介质和填料处。介质中添加缓蚀剂,可使设备和阀门的腐蚀减缓,如铬镍不锈钢在不含氧的硫酸中,很大的溶度范围内成火化态,腐蚀较严重,但加入少量硫酸铜或硝酸等氧化剂,可使不锈钢转变钝态,表面生成一层保护膜,阻止介质的的浸蚀,在盐酸中,如果加入少量氧化剂,可降低对钛的腐蚀。阀门试压常用水作试压的介质,容易引起阀门的腐蚀,在水中添加少量亚硝酸钠可以防止水对阀门的腐蚀。石棉填料中含有氯化物,对阀杆腐蚀很大,如果采用蒸镏水洗涤方法可降低氯化物的含量,但这种方法在实施中困难很多,不可普通推广,酯适于特殊的需要。为了保护阀杆,防止石棉填料的腐蚀,在石棉填料中,在阀杆上涂充缓蚀剂和牺牲金属。缓蚀剂由亚硝酸钠、铬酸钠能使阀杆表面生成一层钝化膜,提高阀杆的耐蚀能力;溶剂能使缓蚀剂慢慢地溶解,而且能起润滑作用;在石棉中添加锌粉作牺牲金属,实际上,锌也是一种缓蚀剂,它能首先与石棉中的氯化物结合,使氯化物与阀杆金属接触机会大为减少,从而达到防腐目的。涂料中如果加入了红丹、铅酸钙等缓蚀剂,喷刷在阀门表面能防止大气的腐蚀。
  5、电化学保护
  电话学保护有阳极保护和阴极保护两种。所谓阳极保护,就是以保护金属为阳极导入外加直电流,使阳极电位向正的方向增加,当增加到一定值时,金属阳极表面生成一层致密的保护膜,即为钝化膜,这时金属阴极的腐蚀急剧减少。阳极保护适于容易钝化的金属。所谓阴极保护,就是将被保护金属作阴极,外加直流电,使其电位向负的方向降低,为其达到一定电位值时,腐蚀电流速度减少,金属得到保护。此外,阴极保护可用电极电位比被保护金属更负的金属来保护被保护金属。如用锌保护铁,锌被腐蚀,锌叫做牺牲金属。在生产实践中,阳极保护采用较少,阴极保护应用较多。大型的阀门和重要阀门采用这种阴极保护法,是一种经济简便又行之有效的方法。石棉填料中添加锌,保护阀杆也属于阴极保护法。
  6、金属表面处理
  金属表面处理工艺比安眠镀层、表面渗透、表面氧化钝化等。其目的提高金属耐蚀能力,改善金属的机械能能。表面处理的阀门上应用广泛。
  阀门连接螺铨常用镀锌、镀铬、氧化(发蓝)处理提高耐大气、耐介质腐蚀的能力。其他紧固件除采用上述方法处理外,还根据情况采用磷化等表面处理。
  密封面以及口径不大的关闭件,常采用渗氮、渗硼等表面工艺,提高它的耐蚀性和耐磨性。38CrMoAlA制作的阀瓣,渗氮层≥0.4mm。
  阀杆防腐问题是被人们所重视的问题,积累了丰富的生产经验,常采用渗氮、渗硼、镀铬、镀镍等表面处理工艺,提高它的耐蚀性,耐蚀性和耐磨擦伤性能。不同额表面处理应适于不同的阀杆材质和工作环境,在大气、水蒸气介质与石棉填料接触的阀杆,可采用镀硬铬、气体氮化工艺(不锈钢不宜采用离子氮化工艺);在硫化氢大气环境中的阀采用电镀高磷镍镀层有较好的防护性能;38CrMoAlA采用离子和气体氮化也可耐蚀,但不宜采用硬铬镀层;2Cr13经过调质后能耐氨气腐蚀,采用气体氮化的碳钢也能耐氨的腐蚀,而所有磷镍镀层不耐氨腐蚀;经过气体氮化38CrMoAlA材料具有优良的耐蚀性能和综合性能,用它制作阀杆为多。
  小口径的阀体和手轮也常镀铬处理,提高其耐蚀性能,装饰阀门。
  7、热喷涂
  热喷涂是制备涂层的一类工艺方块,已成为材料表面防护的新技术之一。是国家重点推广项目。它是利用高能源密度热源(气体燃烧火焰、电弧、等离子弧、电热、气体燃爆等)将金属或非金属材料加热熔融后,以雾化形式喷射到经预处理的基本表面,形成喷涂层,或同时对基本表面加热,使涂层在基体表面再次熔融,形成喷焊层的表面强化工艺方法。大多数金属及其合金、金属氧化物陶瓷、金属陶瓷复合物以及硬的金属化合物都可以用一种或几种热喷涂方法,在金属或非金属基体上形成涂层。
  热喷涂能提高其表面耐腐蚀、耐磨损、耐高温等性能,延长使用寿命。热喷涂特殊功能涂层,具备隔热、绝缘(或异电)、可磨密封、自润滑、热辐射、电磁屏蔽等特殊的性能;利用热喷涂可修复零部件。
  8、控制腐蚀环境
  所谓环境,有广义和狭义两种,广义的环境系指阀门安装处四周的环境和它内部流通介质;狭义的环境系指阀门安装处四周的条件。大多数环境无法控制,生产流程也不可任意变动。只有在不会对产品、工艺等造成有损害的情况下,可以采用控制环境的方法,如锅炉水去氧、炼油工艺中家碱调节PH值等。从这个观点出发,上述添加缓蚀剂、电化学保护等也属控制腐蚀环境。
  大气中充满了灰尘、水蒸气、烟雾,特别在生产环境中,如烟卤、设备散发出的有毒气体和微粉,都会对阀门产生不同程度的腐蚀。操作人员应按操作规程中的规定,定期清洗、吹扫阀门,定期加油,这是控制环境腐蚀有效措施。阀杆安装保护罩、地阀设置地井、阀门表面喷刷油漆等,这都是防止含有腐蚀的物质侵蚀阀门的方法。环境温度升高和空气污染,特别对封闭的环境下的设备和阀门,会加速其腐蚀。应尽量采用敞开式厂房或采用通风、降温措施,减缓环境腐蚀。
  9、改进加工工艺和阀门结构形式
  阀门的防腐保护是从设计就开始考虑的问题,一个结构设计合理、工艺方法正确的阀门产品。无疑地对减缓阀门的腐蚀是有好的效果的。因此,设计和制造部门应对那些结构设计不合理,工艺方法不正确,容易引起腐蚀的部件,应进行改进,使之适合各种不同工况条件下的要求。阀门连接处的缝隙是氧浓差电池腐蚀的好环境。因此,阀杆与关闭件连接处,尽量不采用里、螺纹连接形式;阀门焊接应用双面对焊并连续焊接好,点焊和搭焊容易产生腐蚀,阀门螺纹连接处,采用聚四氟乙稀生胶带和垫。不但能有良好的密封,而且能腐蚀。死角不易流动的介质,容易腐蚀阀门,除在使用阀门时不倒装和注意排放沉积介质外,在制造阀门零件时,应尽量避免免凹陷结构,阀门尽量设置排泄孔。不同金属接触会构成点偶,促进阳极金属腐蚀,选用材料时,应不免金属电位差距大而又不能产生钝化膜的金属接触。在制作和加工过程,特备是焊接和热处理中产生应力腐蚀,应注意改善加工方法,焊接后要尽量采用退火处理等相应防护措施。提高阀杆加工表面粗糙度以及其他阀件表面粗糙度,表面粗糙度级别越高,抗蚀能力越强。改进填料和垫片的加工工艺和结构,使用柔性石墨和塑料填料,以及柔性石墨贴粘垫片和用聚四氟乙稀包垫片,都能改善密封性能,减少地阀杆和法兰密封面的腐蚀

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