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怎样化解泵的腐蚀和磨蚀,你知道吗?
作者: 来源: 发布时间:2018-05-07


   在世界各地的工业流程中,都需要用到泵才能高效运作。目前,泵设计和涂层技术都显示出了显著进步,它们通过减小腐蚀和磨蚀的影响,不仅提高了生产率,还使运营成本降低。

受影响的应用,几乎所有涉及液体的工业过程都在某个环节中用到了泵。从深海油气开采到DNA测序,都需要利用泵来完成各种各样的生产任务。然而,无论泵的设计或尺寸如何,每种应用的关键所在都是可靠性和效率。大限度地减少停机时间和运行成本,对于现代工业至关重要。对于那些使用大型工业泵的用户来说,他们面临的特殊挑战包括以下两点,

一、通常都是在恶劣的环境条件下工作的;

二、要在持续遭受腐蚀和磨蚀威胁的同时维持泵的优良性能。随着对这些生产过程以及用于解决生产过程中的难题的技术愈来愈了解,用户可以实施更具成本效益的泵整修程序。

腐蚀

    通常,把零件表面与流过泵的反应流体之间所发生的化学反应定义为腐蚀。腐蚀可分为两大类:一般或均匀腐蚀以及局部腐蚀,后者如点蚀和缝隙腐蚀。非不锈钢材料主要受到均匀腐蚀的影响,而那些形成氧化物层粘附在物体表面并使表面钝化的金属则容易发生局部腐蚀。

流动加速腐蚀

    流动加速腐蚀(FAC)是指清除了金属表面的防护性氧化物层。该过程的速度受含氧量、流速以及一定程度上的氯含量的影响。由于水的高碳酸盐硬度而形成的钙质层能够减弱甚至阻止FAC。

涂层技术提高了泵的性能和耐用性

    从以下实例中可以看出氧气的影响: 在含氧量低于20ppb ( 十亿分之几),流速约为15米/秒的水中,腐蚀速率通常约为0.01毫米/年。然而,当含氧量增加后,腐蚀速率会提高到几毫米/年,这将给工业生产过程带来重大挑战。幸运的是,FAC只对低碳钢和铸铁造成了真正的问题。增加铬含量或使用不锈钢,将在极大程度上消除流动加速腐蚀所带来的脆弱性。

磨蚀

    当用于传输含有磨损性物质(如沙子)的液体时,泵会遭受严重的磨蚀,并且其中流速高的区域磨损尤为严重。这种现象在石油和天然气工业中屡见不鲜。在此类应用场合中,通常使用注射泵来迫使水流回油田中,从而维持将油提升到地表所需的压力。水流中夹带的砂粒会对泵造成磨损,而高工作压力更使磨蚀问题雪上加霜。

从纯粹的设计观点来看,为了大程度地减少磨蚀,该领域的泵制造商有以下两种方案可供选择:

   减小泵内每一处的流速或者;按照这样一种方式来设计泵,使液体流过密合运转间隙处的流速较低。

在磨蚀-腐蚀现象明显的情况下,解决方案是采用特殊的涂层。

   然而,在大多数情况下,应用所要求的规范限制了上述任何一种解决方案的实施。在这些应用中,实践证明可行的解决方案,是在泵的选定区域涂上一层具有高耐磨蚀性的涂料。

磨蚀—腐蚀

    在既有磨蚀又有腐蚀的工况下,恶化机理可能变得非常复杂,并且取决于基材的类型和流体的化学性质。腐蚀会导致基材表面形成弱粘附性的氧化物层,使基材变得容易遭受磨蚀,另一种可能的情况则是,腐蚀会破坏钝化层,导致材料表面活化,进而加速了腐蚀。在这种情况下,表面保护机制往往是最好且唯一的选择。

气蚀

    气蚀是泵叶轮上常见的一种问题,它由压差引起,可能发生在泵体或叶轮上。 当局部压力下降到低于被泵送流体的饱和压力时,流体中的突然压降导致液体发生闪蒸,变成蒸气。

通过改变泵系统的特性来防止气蚀损伤。

   由压降形成的任何汽泡都会随着流体的流动而掠过叶轮叶片。当气泡进入某个局部压力大于饱和压力的区域时,汽泡突然破裂,产生冲击波,随着时间推移,这种现象会对叶轮和/或泵壳体造成重大的损伤。

   在大多数情况下,防止气蚀发生,而不是试图减小气蚀对泵送设备造成的影响。通常通过采取以下三种措施之一来达到这个目的:

增大吸入压头;降低流体温度;减小必需汽蚀余量(NPSHR)

    对于无法避免气蚀或者泵送系统遭受内循环或过度湍流的情况,可能需要检查泵的设计,或者通过使用定制的涂层系统来尽量减小可能对泵造成的损伤。

恰当的材料选择

    对于泵制造商而言,关键是在泵的制造中使用合适的基材来减轻腐蚀问题。 在有些应用中,由于考虑到成本因素而优选使用碳钢或铸铁材料,针对这些应用可以非常准确地估计腐蚀速率。根据可接受的年腐蚀速率,可以预计泵的使用寿命并将其纳入应用的维护成本。

在气蚀不可避免的情况下,应该使用定制的涂层系统。

     如果预期的腐蚀速率不被接受,那么必须将泵材料升级为不锈钢,这会导致成本增大。如果不能接受这种成本增加的方案,则替代方案是根据每种应用的特点订制使用先进的涂料。如果针对一种应用选择不锈钢作为基材,那么泵的预期使用寿命能够延长很多,在某些情况下甚至是无限的。然而,只有针对特定应用选择合适的不锈钢等级,对泵进行精心制造,并按照要求的流体规范来使用泵,才能确保泵的使用寿命足够长。一旦有颗粒被引入到流体中,就需要特别小心。在这种情况下,即使不锈钢也容易被腐蚀,因为随着钝化层被破坏,基材变得活化,进而开始遭受腐蚀。通常可以重新建立钝化层,但如果氯化物含量过高或pH值过低,那么材料可能依然保持活性状态,并且腐蚀继续发生。不锈钢泵发生腐蚀的另一个常见原因是由于工艺中断或间歇操作引起的停滞状态。对不锈钢的另一个威胁是氯,它主要用于抑制泵或连接管道中的生物生长。约2ppm的低浓度氯几乎不会对不锈钢造成什么影响,但重要的是要了解氯气如何以及在何处被引入到水流中,以避免由于某一处浓度过高而损害保护层。与更便宜的碳钢材料相比,意外腐蚀轻易地就抵消了人们对不锈钢耐用性提高的良好预期。

防护涂层

    搞清楚以下两个问题显得十分重要:首先,应用防护涂层是否真的能够提高泵的性能和使用寿命,其次,涂层的成本是否确实低于材料升级的成本。在大多数情况下,泵制造商都试图通过使用适合该应用的材料来满足生产过程的要求,而仅仅把使用涂层当作一种备用解决方案。诸如熔结环氧这类聚合物涂层可以应用于使用流化床或静电涂敷的泵组件。只要涂层不被破坏,它们就能够起到很好的防腐蚀作用。 作为一种聚合物涂层,它被限制用于低流速条件下,并且通常用于洁净的水应用中,在这样的应用环境中,它还可以通过平滑泵表面来改善液压性能。与经验丰富的材料工程师一起工作,有助于确保用户获得合适的解决方案。然而,适用于管道的涂层可能不适用于泵应用,因为在泵应用中,流速高得多,狭窄的通道使流量变得集中,而且运动部件难以保护。所以,一些通常用于管道内的方法(如电防腐),很多都不适用于泵。在这些情况下,将涂层应用在一些预计流量会增大的特定区域,或者预计会出现碰撞损伤的位置(如90度弯曲)。通常使用诸如空气等离子喷涂(APS)或高速氧燃料(HVOF)等喷涂方法来涂敷坚硬的涂层。具体选择哪种喷涂方法将取决于所需的涂层厚度和涂料成分。

   通过使用高速氧焰方法而沉积的硬质合金涂层非常耐磨皖金泵阀。优选使用结合了钴,镍或钴-铬基质的碳化钨。由于粉末和热喷涂工艺的改进,材料不仅具有良好的耐磨性和韧性,而且具有良好的耐腐蚀性。热喷涂方法可以应用于大多数基材,但它是一种“视线”工艺,这使得复杂形状部件(如叶轮)的涂敷变得很困难。对于那些难以采用热喷涂方法来涂敷的复杂部件,可以使用CVD工艺,它能够形成非常坚硬的涂层,但是这种工艺要在超过850℃的温度下进行。这样的高温限制了基材的选择,因为在冷却阶段可能发生结构变化和部分变形。

并非所有的涂料都一样

    涂层系统对于改善泵的性能和耐用性有着积极的帮助作用,因此出现了大量的涂层服务。人们能够相对容易地获得原材料和基本设备,并利用它们给各类设备涂覆涂层。然而,以HVOF涂层为例来看,它的质量主要取决于喷涂参数,例如材料温度、涂覆速度、涂覆率和所用设备的质量。像这样一些涂料都需要耗费一定的时间才能正确地涂覆,这将不可避免地影响泵修缮的最终成本。然而,增大沉积速率将增加涂层内的应力,并且随着时间的推移,这可能导致涂料性能退化和过早失效。

维护传统设备

    现代涂层技术可作为整修计划的一部分用于传统设备,延长泵的使用寿命。作为整修项目的一部分,涂覆新的涂层可以显著提高现有设备的性能和可靠性。

成功的防腐蚀方案的关键是充分了解应用对象,并利用所有可用的信息来确定合适的措施。对于那些希望整修现有资产设备的人员,他们可以通过采取一系列改进措施来延长使用寿命并提高泵的性能。如果需要进行新的泵设计,则有机会确定合适的基材和涂层体系,以提高泵的耐用性。


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