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金屬閥門可以說是工程設備中最容易腐蝕失效的關鍵零部件結構.通常,金屬閥門的密封面、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、放射性介質的閥門,則選用腐蝕性很小的材料.
金屬閥門在大氣或溶液等復雜的工作條件下不僅時刻發生著金屬表面的均勻腐蝕,在金屬的局部位置上還極易發生孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、脫層腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、空泡腐蝕、摩振腐蝕、氫蝕等局部腐蝕.
金屬閥門的防腐措施
1 根據腐蝕介質選用耐蝕材料
在生產實際中,介質的腐蝕是非常的復雜的,即使在用一介質中使用的閥門材料一樣,介質的濃度、溫度、壓力不同,介質對材料腐蝕也不一樣.介質溫度每升高10℃,腐蝕速度約增加1~3倍.介質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,當濃度超過96%時,腐蝕急劇上升.而碳鋼相反,在硫酸濃度為50%左右時腐蝕最嚴重,當濃度增加到6%以上時,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,但在中、低濃度的硝酸中腐蝕反而嚴重.不銹鋼雖說對稀硝酸耐蝕性很強,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根據具體情況,分析各種影響腐蝕因素,按有關防腐手冊選用材料.
2 采用非金屬材料
非金屬耐腐蝕性優良,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.即保證了閥門強度,又保證了閥門不受腐蝕.夾管閥也是根據橡膠的優良耐腐蝕性能和優異變性能而設計出來的.現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中使用.當然,它們的強度和耐熱性都較低,應用的范圍受到限制.柔性石墨的出現,使非金屬進入了高溫領域,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 金屬表面處理
閥門連接螺銓常用鍍鋅、鍍鉻、氧化(發藍)處理提高耐大氣、耐介質腐蝕的能力.其他緊固件除采用上述方法處理外,還根據情況采用磷化等表面處理.
密封面以及口徑不大的關閉件,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.
閥桿防腐廣泛采用滲氮、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.不同額表面處理應適于不同的閥桿材質和工作環境,在大氣、水蒸氣介質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);在硫化氫大氣環境中的閥采用電鍍高磷鎳鍍層有較好的防護性能;38CrMoAlA采用離子和氣體氮化也可耐蝕,但不宜采用硬鉻鍍層;2Cr13經過調質后能耐氨氣腐蝕,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;經過氣體氮化38CrMoAlA材料具有優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.
4 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的新技術之一.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預處理的基本表面,形成噴涂層,或同時對基本表面加熱,使涂層在基體表面再次熔融,形成噴焊層的表面強化工藝方法.大多數金屬及其合金、金屬氧化物陶瓷、金屬陶瓷復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;利用熱噴涂可修復零部件.
5 噴刷涂料
涂料是應用最廣泛的一種防腐手段,在閥門產品上更是一種不可缺少的防腐材料和識別標志.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,隔絕介質和大氣,達到防腐目的.涂料主要用于水、鹽水、海水、大氣等腐蝕不太強的環境中.閥門內腔常用防腐漆涂刷,防止水、空氣等介質對閥門腐蝕.油漆內摻有不同顏色,來表示法恩使用的材料.閥門噴刷涂料,一般在半年至一年一次.
6 添加緩蝕劑
緩蝕劑控制腐蝕的機理,是它促進了電池的極化.緩蝕劑主要用于介質和填料處.介質中添加緩蝕劑,可使設備和閥門的腐蝕減緩,如鉻鎳不銹鋼在不含氧的硫酸中,很大的溶度范圍內成火化態,腐蝕較嚴重,但加入少量硫酸銅或硝酸等氧化劑,可使不銹鋼轉變鈍態,表面生成一層保護膜,阻止介質的的浸蝕,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,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,但這種方法在實施中困難很多,不可普通推廣,酯適于特殊的需要.
為了保護閥桿,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,實際上,鋅也是一種緩蝕劑,它能首先與石棉中的氯化物結合,使氯化物與閥桿金屬接觸機會大為減少,從而達到防腐目的.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.
7 電化學保護
電化學保護有陽極保護和陰極保護兩種.如用鋅保護鐵,鋅被腐蝕,鋅叫做犧牲金屬.在生產實踐中,陽極保護采用較少,陰極保護應用較多.大型的閥門和重要閥門采用這種陰極保護法,是一種經濟簡便又行之有效的方法.石棉填料中添加鋅,保護閥桿也屬于陰極保護法.
8 控制腐蝕環境
所謂環境,有廣義和狹義兩種,廣義的環境系指閥門安裝處四周的環境和它內部流通介質;狹義的環境系指閥門安裝處四周的條件.大多數環境無法控制,生產流程也不可任意變動.只有在不會對產品、工藝等造成有損害的情況下,可以采用控制環境的方法,如鍋爐水去氧、煉油工藝中家堿調節PH值等.從這個觀點出發,上述添加緩蝕劑、電化學保護等也屬控制腐蝕環境.
大氣中充滿了灰塵、水蒸氣、煙霧,特別在生產環境中,如煙鹵、設備散發出的有毒氣體和微粉,都會對閥門產生不同程度的腐蝕.操作人員應按操作規程中的規定,定期清洗、吹掃閥門,定期加油,這是控制環境腐蝕有效措施.閥桿安裝保護罩、地閥設置地井、閥門表面噴刷油漆等,這都是防止含有腐蝕的物質侵蝕閥門的方法.環境溫度升高和空氣污染,特別對封閉的環境下的設備和閥門,會加速其腐蝕.應盡量采用敞開式廠房或采用通風、降溫措施,減緩環境腐蝕.
9 改進加工工藝和閥門結構形式
閥門的防腐保護是從設計就開始考慮的問題,一個結構設計合理、工藝方法正確的閥門產品.無疑地對減緩閥門的腐蝕是有好的效果的.
因此,設計和制造部門應對那些結構設計不合理,工藝方法不正確,容易引起腐蝕的部件,應進行改進,使之適合各種不同工況條件下的要求.
防止奧氏體不銹鋼閥件產生晶間腐蝕方法有:進行"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,減少碳化鉻的產生.
應力腐蝕發生在腐蝕和拉應力同時作用下產生的破裂.防止應力腐蝕的方法;通過熱處理消除或減少焊接,冷加工中產生的應力,改進不可理的閥門結構,避免應力集中,采用電化學保護、噴刷防蝕涂料.添加緩蝕劑、施加壓應力等措施.
磨損腐蝕是流體對金屬磨損和腐蝕交替作用所產生的一種腐蝕形態,是閥門常見的一種腐蝕,這種腐蝕以發生在密封面為多.防止方法:選用耐腐蝕、耐磨損的材料,改進結構設計,采用陰極保護等.
摩振腐蝕是相互接觸的兩部件同時承受載荷,接觸面由于振動和滑動引起的破壞.摩振腐蝕發生在螺栓連接處,閥桿與關閉件連接處、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,選用硬質合金,以及用噴瓦處理或冷加工提高表面硬度方法防護.
焊接后要盡量采用退火處理等相應防護措施.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.改進填料和墊片的加工工藝和結構,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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