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閥門腐蝕的處理方法及防腐措施

來源: | 作者:美勤閥門 | 發布時間: 2021-03-17 | 956 次瀏覽 | 分享到:
一、閥門腐蝕的形態
金屬閥門腐蝕有兩種形態,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。金屬材料,石
墨、玻璃、陶瓷和混凝土,按腐蝕率大小分4個等級:腐蝕速度小于0.05mm/a的為優良;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行。如不銹鋼、鋁、鈦等在氧化環境中產生的一層保護膜,膜下金屬狀態腐
蝕均勻。還有一種現象,金屬表面腐蝕剝落,這種腐蝕是很危險的。
2、局部腐蝕
局部腐蝕發生在金屬的局部位置上,它的形態有孔蝕、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。
點蝕通常發生在鈍化膜或保護膜的金屬上,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,伸入金屬內部,成為蝕孔,它是金屬破壞性和隱患大的腐蝕形態之一。
縫隙腐蝕發生在焊、鉚、墊片或沉淀物下面等環境,它是孔蝕的一種特殊形態。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部,使晶界呈網狀腐蝕。產生晶間腐蝕除晶界沉淀積雜質外,主要是熱處
理和冷加工不當所致。奧氏體不銹鋼的焊接縫兩側容易產生貧鉻區而遭到腐蝕。奧氏體不銹鋼晶間腐蝕是常見的和
危險的腐蝕形態。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。
脫層腐蝕發生在層狀結構中,腐蝕先垂直向內發展,后腐蝕表面平行的物質,在腐蝕物的脹力下,使表面呈層
狀剝落。
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。
腐蝕疲勞發生在交變應力腐蝕的共同作用的部位,使金屬破裂??蛇M行熱處理消除或減少應力,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力和氫擴散現象。
選擇性腐蝕發生在不同成分和雜質的材料中,在一定環境中,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。
空泡腐蝕又稱空蝕和氣蝕,是磨損腐蝕的一種特殊形態。它是流體中產生的氣泡,在破滅時產生的沖擊波,壓
力可高達400個大氣壓,使金屬保護膜破壞,甚至撕裂金屬粒子。然后再腐蝕成膜,這種過程不斷反復,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,彈性保護層和陰極保護等。
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??梢圆捎猛繚櫥椭?,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。
腐蝕是化學反映中產生的氫原子擴散到金屬內部引起的破壞,其形態有氫鼓泡、氫脆和氫蝕。
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強鋼和含有非金屬的鋼易容易發生氫鼓泡。石油中含有硫化物、氫化物時容易產生氫鼓泡。采用無空穴的鎮靜
鋼代替有空穴的沸騰鋼,取用橡膠和塑料保護,加緩蝕劑等可防止鼓泡。
強鋼中晶格高度變性,氫原子進入后,4晶格應變更大,引起金融脆化。應選用含鎳和鉛的合金鋼,避免選用
氫脆性大的高強鋼,焊接、電鍍、酸洗中避免或減少氫脆現象。高溫、高壓下氫進入金屬內,與一種組合會元素產
生化學反應而破壞,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,絕大多數非金屬材料是非電導體,一般不會產生電化學腐蝕,而是純粹的化
學或物理作用的腐蝕,這是與金屬腐蝕的主要區別。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;非金屬內部腐蝕為常見現象,而金屬
腐蝕則以表面腐蝕為主。
金屬材料與介質接觸后,溶液或氣體會逐漸擴散到材料的內部,使非金屬發生一系列腐蝕變化,根據非金屬材
料的種類和品種的不同,其腐蝕的形態各有不同。腐蝕的形態有溶解、溶脹、氣泡、軟化、會有分解、變色、變
質、老化、硬化、斷裂等現象出現。但是,從全面觀點來看,非金屬腐蝕性能大大地優于金屬材料,而非金屬材料
的強度,耐溫性能卻低于金屬材料。
二、金屬閥門的防腐措施
電化學腐蝕以各種形態腐蝕金屬,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
內部組織微小的差別,也會產生電位差,使腐蝕加劇。有的金屬本身是不耐蝕的,但它腐蝕后能產生非常好的保護
膜,即鈍化膜,可以阻止介質的腐蝕。由此可見,要達到金屬閥門防腐的目的,一是要消除電化學腐蝕;二是當電
化學腐蝕消除不了;要能使金屬表面產生鈍化膜;三是選用沒有電化學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、根據介質選用耐蝕材料
在“閥門的選用”一節中,我們介紹了閥門常用材料所適用的介質,只不過是一般的介紹,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%左右時腐蝕更嚴重,
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?,F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、噴刷涂料
涂料是應用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。
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4、添加緩蝕劑
在腐蝕介質和腐蝕物中加入少量其他特殊物質,能夠大大地減緩金屬腐蝕的速度,這種特殊物質稱為緩蝕劑。
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。
5、電化學保護
電化學保護有陽極保護和陰極保護兩種。所謂陽極保護,就是以保護金屬為陽極導入外加直電流,使陽極電位
向正的方向增加,當增加到一定值時,金屬陽極表面生成一層致密的保護膜,即為鈍化膜,這時金屬陰極的腐蝕急
劇減少。陽極保護適于容易鈍化的金屬。所謂陰極保護,就是將被保護金屬作陰極,外加直流電,使其電位向負的
方向降低,為其達到一定電位值時,腐蝕電流速度減少,金屬得到保護。此外,陰極保護可用電極電位比被保護金
屬更負的金屬來保護被保護金屬。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。
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,改善金屬的機械能
能。表面處理的閥門上應用廣泛。
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。
閥桿防腐問題是被人們所重視的問題,積累了豐富的生產經驗,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。
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的新技術之一。是國家重點推廣項目。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。
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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、設備散發出的有害氣體和微粉,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。
閥門連接處的縫隙是氧濃差電池腐蝕的好環境。
因此,閥桿與關閉件連接處,盡量不采用里、螺紋連接形式;閥門焊接應用雙面對焊并連續焊接好,點焊和搭
焊容易產生腐蝕,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
動的介質,容易腐蝕閥門,除在使用閥門時不倒裝和注意排放沉積介質外,在制造閥門零件時,應盡量避免免凹陷
結構,閥門盡量設置排泄孔。
不同金屬接觸會構成點偶,促進陽極金屬腐蝕,選用材料時,應不免金屬電位差距大而又不能產生鈍化膜的金
屬接觸。在制作和加工過程,特備是焊接和熱處理中產生應力腐蝕,應注意改善加工方法,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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