設(shè)備管理體系PMS防腐管理之-金屬閥門防腐措施大全
摘要:本文簡述了閥門腐蝕的形態(tài)、金屬閥門防腐的具體措施,值得參考。
一、閥門腐蝕的形態(tài)
金屬閥門腐蝕有兩種形態(tài),即均勻腐蝕和局部腐蝕。均勻腐蝕的速度可用年平均腐蝕率來評價(jià)。金屬材料,石墨、玻璃、陶瓷和混凝土,按腐蝕率大小分4個(gè)等級:
腐蝕速度小于0.05mm/a的為優(yōu)良;
腐蝕速度在0.05~0.5mm/a的為良好;
腐蝕速度在0.5~1.5mm/a的尚可使用;
腐蝕速度大于1.5mm/a的為不適用,閥門的密封面、閥桿、膜片、小彈簧等閥件一般用一級材料,閥體、閥蓋等適用二級或三級材料,用于高壓、劇毒、易燃、易爆、放射性介質(zhì)的閥門,則選用腐蝕性很小的材料。
1、均勻腐蝕
均勻腐蝕是在金屬的全部表面上進(jìn)行。如不銹鋼、鋁、鈦等在氧化環(huán)境中產(chǎn)生的一層保護(hù)膜,膜下金屬狀態(tài)腐蝕均勻。還有一種現(xiàn)象,金屬表面腐蝕剝落,這種腐蝕最危險(xiǎn)的。
2、局部腐蝕
局部腐蝕發(fā)生在金屬的局部位置上,它的形態(tài)有孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、脫層腐蝕、應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、空泡腐蝕、摩振腐蝕、氫蝕等。
點(diǎn)蝕通常發(fā)生在鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上,是由于金屬表面存在缺陷,溶液中能破壞鈍化膜的活性離子,使鈍化膜局部破壞,伸入金屬內(nèi)部,成為蝕孔,它是金屬破壞性和隱患最大的腐蝕形態(tài)之一。
縫隙腐蝕發(fā)生在焊、鉚、墊片或沉淀物下面等環(huán)境,它是孔蝕的一種特殊形態(tài)。防止方法是消除縫隙。
晶間腐蝕是從表面沿晶界深入金屬內(nèi)部,使晶界呈網(wǎng)狀腐蝕。產(chǎn)生晶間腐蝕除晶界沉淀積雜質(zhì)外,主要是熱處理和冷加工不當(dāng)所致。奧氏體不銹鋼的焊接縫兩側(cè)容易產(chǎn)生貧鉻區(qū)而遭到腐蝕。奧氏體不銹鋼晶間腐蝕是常見的和最危險(xiǎn)的腐蝕形態(tài)。防止奧氏體不銹鋼閥件產(chǎn)生晶間腐蝕方法有:進(jìn)行“固溶淬火”處理,即加熱至1100℃左右水淬,選用含有鈦和鈮,而含碳量在0.03%以下的奧氏體不銹鋼,減少碳化鉻的產(chǎn)生。
脫層腐蝕發(fā)生在層狀結(jié)構(gòu)中,腐蝕先垂直向內(nèi)發(fā)展,后腐蝕表面平行的物質(zhì),在腐蝕物的脹力下,使表面呈層狀剝落。
應(yīng)力腐蝕發(fā)生在腐蝕和拉應(yīng)力同時(shí)作用下產(chǎn)生的破裂。防止應(yīng)力腐蝕的方法;通過熱處理消除或減少焊接,冷加工中產(chǎn)生的應(yīng)力,改進(jìn)不可理的閥門結(jié)構(gòu),避免應(yīng)力集中,采用電化學(xué)保護(hù)、噴刷防蝕涂料。添加緩蝕劑、施加壓應(yīng)力等措施。
腐蝕疲勞發(fā)生在交變應(yīng)力腐蝕的共同作用的部位,使金屬破裂??蛇M(jìn)行熱處理消除或減少應(yīng)力,表面噴丸處理以及電鍍鋅、鉻、鎳等,但要注意鍍層不可有拉應(yīng)力和氫擴(kuò)散現(xiàn)象。
選擇性腐蝕發(fā)生在不同成分和雜質(zhì)的材料中,在一定環(huán)境中,有一部分元素被腐蝕浸出,剩下未腐蝕的元素呈海綿狀。常見有黃銅脫鋅、銅合金脫鋁、鑄鐵石墨化等。
磨損腐蝕是流體對金屬磨損和腐蝕交替作用所產(chǎn)生的一種腐蝕形態(tài),是閥門常見的一種腐蝕,這種腐蝕以發(fā)生在密封面為多。防止方法:選用耐腐蝕、耐磨損的材料,改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用陰極保護(hù)等。
空泡腐蝕又稱空蝕和氣蝕,是磨損腐蝕的一種特殊形態(tài)。它是流體中產(chǎn)生的氣泡,在破滅時(shí)產(chǎn)生的沖擊波,壓力可高達(dá)400個(gè)大氣壓,使金屬保護(hù)膜破壞,甚至撕裂金屬粒子。然后再腐蝕成膜,這種過程不斷反復(fù),使金屬腐蝕。防止空泡腐蝕的方法,可選用耐空泡腐蝕材料,光潔度高的加工面,彈性保護(hù)層和陰極保護(hù)等。
摩振腐蝕是相互接觸的兩部件同時(shí)承受載荷,接觸面由于振動(dòng)和滑動(dòng)引起的破壞。摩振腐蝕發(fā)生在螺栓連接處,閥桿與關(guān)閉件連接處、滾珠軸承與軸之間等部位上。可以采用涂潤滑油脂,減少摩擦,表面磷化,選用硬質(zhì)合金,以及用噴瓦處理或冷加工提高表面硬度方法防護(hù)。
腐蝕是化學(xué)反映中產(chǎn)生的氫原子擴(kuò)散到金屬內(nèi)部引起的破壞,其形態(tài)有氫鼓泡、氫脆和氫蝕。
強(qiáng)鋼和含有非金屬的鋼易容易發(fā)生氫鼓泡。石油中含有硫化物、氫化物時(shí)容易產(chǎn)生氫鼓泡。采用無空穴的鎮(zhèn)靜鋼代替有空穴的沸騰鋼,取用橡膠和塑料保護(hù),加緩蝕劑等可防止鼓泡。
強(qiáng)鋼中晶格高度變性,氫原子進(jìn)入后,4晶格應(yīng)變更大,引起金融脆化。應(yīng)選用含鎳和鉛的合金鋼,避免選用氫脆性大的高強(qiáng)鋼,焊接、電鍍、酸洗中避免或減少氫脆現(xiàn)象。高溫、高壓下氫進(jìn)入金屬內(nèi),與一種組合會(huì)元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而破壞,稱為氫蝕。奧氏體不銹鋼完全耐高溫氫蝕。
3、非金屬腐蝕
非金屬腐蝕與金屬腐蝕大小一樣,絕大多數(shù)非金屬材料是非電導(dǎo)體,一般不會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,而是純粹的化學(xué)或物理作用的腐蝕,這是與金屬腐蝕的主要區(qū)別。非金屬腐蝕不一定失重而往往是增重,對金屬腐蝕來說失重是主要的,非金屬腐蝕,許多是物理作用引起的,而金屬腐蝕物理作用極少見;非金屬內(nèi)部腐蝕為常見現(xiàn)象,而金屬腐蝕則以表面腐蝕為主。
金屬材料與介質(zhì)接觸后,溶液或氣體會(huì)逐漸擴(kuò)散到材料的內(nèi)部,使非金屬發(fā)生一系列腐蝕變化,根據(jù)非金屬材料的種類和品種的不同,其腐蝕的形態(tài)各有不同。腐蝕的形態(tài)有溶解、溶脹、氣泡、軟化、會(huì)有分解、變色、變質(zhì)、老化、硬化、斷裂等現(xiàn)象出現(xiàn)。但是,從全面觀點(diǎn)來看,非金屬腐蝕性能大大地優(yōu)于金屬材料,而非金屬材料的強(qiáng)度,耐溫性能卻低于金屬材料。
二、金屬閥門的防腐措施
電化學(xué)腐蝕以各種形態(tài)腐蝕金屬,它不僅作用于兩種金屬之間,而且由于溶液的溶度差、氧氣的溶度差、金屬內(nèi)部組織微小的差別,也會(huì)產(chǎn)生電位差,使腐蝕加劇。有的金屬本身是不耐蝕的,但它腐蝕后能產(chǎn)生非常好的保護(hù)膜,即鈍化膜,可以阻止介質(zhì)的腐蝕。由此可見,要達(dá)到金屬閥門防腐的目的,一是要消除電化學(xué)腐蝕;二是當(dāng)電化學(xué)腐蝕消除不了;要能使金屬表面產(chǎn)生鈍化膜;三是選用沒有電化學(xué)腐蝕的非金屬材料代替金屬材料。下面介紹幾種防腐方法。
1、根據(jù)介質(zhì)選用耐蝕材料
在“閥門的選用”一節(jié)中,我們介紹了閥門常用材料所適用的介質(zhì),只不過是一般的介紹,在生產(chǎn)實(shí)際中,介質(zhì)的腐蝕是非常的復(fù)雜的,即使在用一介質(zhì)中使用的閥門材料一樣,介質(zhì)的濃度、溫度、壓力不同,介質(zhì)對材料腐蝕也不一樣。介質(zhì)溫度每升高10℃,腐蝕速度約增加1~3倍。介質(zhì)濃度對閥門材料腐蝕影響很大,如鉛處在濃度小的硫酸中,腐蝕很小,當(dāng)濃度超過96%時(shí),腐蝕急劇上升。而碳鋼相反,在硫酸濃度為50%左右時(shí)腐蝕最嚴(yán)重,當(dāng)濃度增加到6%以上時(shí),腐蝕反而急劇下降。有如鋁在濃度80%以上的濃硝酸中腐蝕性很強(qiáng),但在中、低濃度的硝酸中腐蝕反而嚴(yán)重。不銹鋼雖說對稀硝酸耐蝕性很強(qiáng),但在95%以上的濃硝酸中腐蝕反而加重。
從以上幾例可以看出,正確選用閥門材料應(yīng)根據(jù)具體情況,分析各種影響腐蝕因素,按有關(guān)防腐手冊選用材料。
2、采用非金屬材料
非金屬耐腐蝕性優(yōu)良,只要閥門使用溫度和壓力符合非金屬材料的要求,不但能解決腐蝕問題,而且可節(jié)省貴重金屬。閥門的閥體、閥蓋、襯里、密封面等常用非金屬材料制作,至于墊片,填料主要死非金屬材料制作的。用聚四氟乙稀、氯化聚醚等塑料、以及用天然橡膠、氯丁橡膠、丁晴橡膠等橡膠做閥門襯里,而閥體、閥蓋主體是一般鑄鐵、碳鋼制成。即保證了閥門強(qiáng)度,又保證了閥門不受腐蝕。夾管閥也是根據(jù)橡膠的優(yōu)良耐腐蝕性能和優(yōu)異變性能而設(shè)計(jì)出來的?,F(xiàn)在越來越對的用尼龍、聚四氟乙稀等塑料,用天然橡膠和合成橡膠做各種各樣的密封面,密封圈,用于各類閥門上,這些用作密封面的非金屬材料,不但耐腐蝕性好,而且密封性能好,特別適于帶顆粒介質(zhì)中使用。當(dāng)然,它們的強(qiáng)度和耐熱性都較低,應(yīng)用的范圍受到限制。柔性石墨的出現(xiàn),使非金屬進(jìn)入了高溫領(lǐng)域,解決了長期難以解決的填料和墊片泄露問題,而且是很好的高溫潤滑劑。
3、噴刷涂料
涂料是應(yīng)用最廣泛的一種防腐手段,在閥門產(chǎn)品上更是一種不可缺少的防腐材料和識(shí)別標(biāo)志。涂料也屬于非金屬材料,它通常由合成樹脂、橡膠漿液、植物油、溶劑等配制成,覆蓋在金屬表面,隔絕介質(zhì)和大氣,達(dá)到防腐目的。涂料主要用于水、鹽水、海水、大氣等腐蝕不太強(qiáng)的環(huán)境中。閥門內(nèi)腔常用防腐漆涂刷,防止水、空氣等介質(zhì)對閥門腐蝕。閥門噴刷涂料,一般在半年至一年一次。
4、添加緩蝕劑
在腐蝕介質(zhì)和腐蝕物中加入少量其他特殊物質(zhì),能夠大大地減緩金屬腐蝕的速度,這種特殊物質(zhì)稱為緩蝕劑。
緩蝕劑控制腐蝕的機(jī)理,是它促進(jìn)了電池的極化。緩蝕劑主要用于介質(zhì)和填料處。介質(zhì)中添加緩蝕劑,可使設(shè)備和閥門的腐蝕減緩,如鉻鎳不銹鋼在不含氧的硫酸中,很大的溶度范圍內(nèi)成火化態(tài),腐蝕較嚴(yán)重,但加入少量硫酸銅或硝酸等氧化劑,可使不銹鋼轉(zhuǎn)變鈍態(tài),表面生成一層保護(hù)膜,阻止介質(zhì)的的浸蝕,在鹽酸中,如果加入少量氧化劑,可降低對鈦的腐蝕。閥門試壓常用水作試壓的介質(zhì),容易引起閥門的腐蝕,在水中添加少量亞硝酸鈉可以防止水對閥門的腐蝕。石棉填料中含有氯化物,對閥桿腐蝕很大,如果采用蒸鎦水洗滌方法可降低氯化物的含量,但這種方法在實(shí)施中困難很多,不可普通推廣,酯適于特殊的需要。
為了保護(hù)閥桿,防止石棉填料的腐蝕,在石棉填料中,在閥桿上涂充緩蝕劑和犧牲金屬。緩蝕劑由亞硝酸鈉、鉻酸鈉能使閥桿表面生成一層鈍化膜,提高閥桿的耐蝕能力;溶劑能使緩蝕劑慢慢地溶解,而且能起潤滑作用;
在石棉中添加鋅粉作犧牲金屬,實(shí)際上,鋅也是一種緩蝕劑,它能首先與石棉中的氯化物結(jié)合,使氯化物與閥桿金屬接觸機(jī)會(huì)大為減少,從而達(dá)到防腐目的。涂料中如果加入了紅丹、鉛酸鈣等緩蝕劑,噴刷在閥門表面能防止大氣的腐蝕。
5、電化學(xué)保護(hù)
電化學(xué)保護(hù)有陽極保護(hù)和陰極保護(hù)兩種。所謂陽極保護(hù),就是以保護(hù)金屬為陽極導(dǎo)入外加直電流,使陽極電位向正的方向增加,當(dāng)增加到一定值時(shí),金屬陽極表面生成一層致密的保護(hù)膜,即為鈍化膜,這時(shí)金屬陰極的腐蝕急劇減少。陽極保護(hù)適于容易鈍化的金屬。所謂陰極保護(hù),就是將被保護(hù)金屬作陰極,外加直流電,使其電位向負(fù)的方向降低,為其達(dá)到一定電位值時(shí),腐蝕電流速度減少,金屬得到保護(hù)。此外,陰極保護(hù)可用電極電位比被保護(hù)金屬更負(fù)的金屬來保護(hù)被保護(hù)金屬。如用鋅保護(hù)鐵,鋅被腐蝕,鋅叫做犧牲金屬。在生產(chǎn)實(shí)踐中,陽極保護(hù)采用較少,陰極保護(hù)應(yīng)用較多。大型的閥門和重要閥門采用這種陰極保護(hù)法,是一種經(jīng)濟(jì)簡便又行之有效的方法。石棉填料中添加鋅,保護(hù)閥桿也屬于陰極保護(hù)法。
6、金屬表面處理
金屬表面處理工藝比安眠鍍層、表面滲透、表面氧化鈍化等。其目的提高金屬耐蝕能力,改善金屬的機(jī)械能能。表面處理的閥門上應(yīng)用廣泛。
閥門連接螺銓常用鍍鋅、鍍鉻、氧化(發(fā)藍(lán))處理提高耐大氣、耐介質(zhì)腐蝕的能力。其他緊固件除采用上述方法處理外,還根據(jù)情況采用磷化等表面處理。
密封面以及口徑不大的關(guān)閉件,常采用滲氮、滲硼等表面工藝,提高它的耐蝕性和耐磨性。38CrMoAlA制作的閥瓣,滲氮層≥0.4mm。
閥桿防腐問題是被人們所重視的問題,積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),常采用滲氮、滲硼、鍍鉻、鍍鎳等表面處理工藝,提高它的耐蝕性,耐蝕性和耐磨擦傷性能。不同額表面處理應(yīng)適于不同的閥桿材質(zhì)和工作環(huán)境,在大氣、水蒸氣介質(zhì)與石棉填料接觸的閥桿,可采用鍍硬鉻、氣體氮化工藝(不銹鋼不宜采用離子氮化工藝);在硫化氫大氣環(huán)境中的閥采用電鍍高磷鎳鍍層有較好的防護(hù)性能;38CrMoAlA采用離子和氣體氮化也可耐蝕,但不宜采用硬鉻鍍層;2Cr13經(jīng)過調(diào)質(zhì)后能耐氨氣腐蝕,采用氣體氮化的碳鋼也能耐氨的腐蝕,而所有磷鎳鍍層不耐氨腐蝕;經(jīng)過氣體氮化38CrMoAlA材料具有優(yōu)良的耐蝕性能和綜合性能,用它制作閥桿為多。
小口徑的閥體和手輪也常鍍鉻處理,提高其耐蝕性能,裝飾閥門。
7、熱噴涂
熱噴涂是制備涂層的一類工藝方塊,已成為材料表面防護(hù)的新技術(shù)之一。是國家重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。它是利用高能源密度熱源(氣體燃燒火焰、電弧、等離子弧、電熱、氣體燃爆等)將金屬或非金屬材料加熱熔融后,以霧化形式噴射到經(jīng)預(yù)處理的基本表面,形成噴涂層,或同時(shí)對基本表面加熱,使涂層在基體表面再次熔融,形成噴焊層的表面強(qiáng)化工藝方法。大多數(shù)金屬及其合金、金屬氧化物陶瓷、金屬陶瓷復(fù)合物以及硬的金屬化合物都可以用一種或幾種熱噴涂方法,在金屬或非金屬基體上形成涂層。
熱噴涂能提高其表面耐腐蝕、耐磨損、耐高溫等性能,延長使用壽命。熱噴涂特殊功能涂層,具備隔熱、絕緣(或異電)、可磨密封、自潤滑、熱輻射、電磁屏蔽等特殊的性能;利用熱噴涂可修復(fù)零部件。
8、控制腐蝕環(huán)境
所謂環(huán)境,有廣義和狹義兩種,廣義的環(huán)境系指閥門安裝處四周的環(huán)境和它內(nèi)部流通介質(zhì);狹義的環(huán)境系指閥門安裝處四周的條件。大多數(shù)環(huán)境無法控制,生產(chǎn)流程也不可任意變動(dòng)。只有在不會(huì)對產(chǎn)品、工藝等造成有損害的情況下,可以采用控制環(huán)境的方法,如鍋爐水去氧、煉油工藝中家堿調(diào)節(jié)PH值等。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā),上述添加緩蝕劑、電化學(xué)保護(hù)等也屬控制腐蝕環(huán)境。
大氣中充滿了灰塵、水蒸氣、煙霧,特別在生產(chǎn)環(huán)境中,如煙鹵、設(shè)備散發(fā)出的有毒氣體和微粉,都會(huì)對閥門產(chǎn)生不同程度的腐蝕。操作人員應(yīng)按操作規(guī)程中的規(guī)定,定期清洗、吹掃閥門,定期加油,這是控制環(huán)境腐蝕有效措施。閥桿安裝保護(hù)罩、地閥設(shè)置地井、閥門表面噴刷油漆等,這都是防止含有腐蝕的物質(zhì)侵蝕閥門的方法。環(huán)境溫度升高和空氣污染,特別對封閉的環(huán)境下的設(shè)備和閥門,會(huì)加速其腐蝕。應(yīng)盡量采用敞開式廠房或采用通風(fēng)、降溫措施,減緩環(huán)境腐蝕。
9、改進(jìn)加工工藝和閥門結(jié)構(gòu)形式
閥門的防腐保護(hù)是從設(shè)計(jì)就開始考慮的問題,一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工藝方法正確的閥門產(chǎn)品。無疑地對減緩閥門的腐蝕是有好的效果的。
因此,設(shè)計(jì)和制造部門應(yīng)對那些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,工藝方法不正確,容易引起腐蝕的部件,應(yīng)進(jìn)行改進(jìn),使之適合各種不同工況條件下的要求。
閥門連接處的縫隙是氧濃差電池腐蝕的好環(huán)境。
因此,閥桿與關(guān)閉件連接處,盡量不采用里、螺紋連接形式;閥門焊接應(yīng)用雙面對焊并連續(xù)焊接好,點(diǎn)焊和搭焊容易產(chǎn)生腐蝕,閥門螺紋連接處,采用聚四氟乙稀生膠帶和墊。不但能有良好的密封,而且能腐蝕。死角不易流動(dòng)的介質(zhì),容易腐蝕閥門,除在使用閥門時(shí)不倒裝和注意排放沉積介質(zhì)外,在制造閥門零件時(shí),應(yīng)盡量避免免凹陷結(jié)構(gòu),閥門盡量設(shè)置排泄孔。
不同金屬接觸會(huì)構(gòu)成點(diǎn)偶,促進(jìn)陽極金屬腐蝕,選用材料時(shí),應(yīng)不免金屬電位差距大而又不能產(chǎn)生鈍化膜的金屬接觸。在制作和加工過程,特備是焊接和熱處理中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,應(yīng)注意改善加工方法,焊接后要盡量采用退火處理等相應(yīng)防護(hù)措施。提高閥桿加工表面粗糙度以及其他閥件表面粗糙度,表面粗糙度級別越高,抗蝕能力越強(qiáng)。改進(jìn)填料和墊片的加工工藝和結(jié)構(gòu),使用柔性石墨和塑料填料,以及柔性石墨貼粘墊片和用聚四氟乙稀包墊片,都能改善密封性能,減少地閥桿和法蘭密封面的腐蝕。
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