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防腐蚀化工阀门选型
点击次数:1294 更新时间:2017-07-07 返回

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之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准,现在介绍防腐蚀化工阀门选型腐蚀介质种类成千上万种。同一介质,对不同材料会有不同的腐蚀表现。同一介质,随着介质温度、浓度等条件的变化,可能会产生不同程度的腐蚀,甚至不发生腐蚀。很多情况下,介质温度中有多种腐蚀介质共同存在,而且不同的腐蚀介质会交互影响,或加剧腐蚀,或减缓腐蚀。本文选择两种常见的腐蚀介质进行讨论,即氢气和硫化氢。
腐蚀对阀门选用的影响,重点应该是对阀门主体材料选用的影响。阀门的主体材料选择涉及面广,影响因素众多,故这里仅讨论两种典型的腐蚀介质对阀门型式、结构设计、内件选择、零部件制造要求、产品试验等影响。
1、氢   由于石油和煤等基础工业原料为碳氢化合物,所以氢气在许多石油化工、煤化工、化肥等工业生产中广泛存在。不同的生产装置,氢气存在的方式不同,可能是工艺氢,也可能是过程氢,还可能是反应氢。但武林存在型式如何,气表现出来的特性都是相似的。
 氢为一号元素,扩散能力较强,它不但容易通过各种密封面的微观空隙,给密封带来困难,而且还可以渗透到钢材内部,造成金属的脆性,甚至高温下还能引起金属的氢腐蚀。氢气为甲类可燃气体,属于易燃易爆介质。
 由于氢气属于易燃易爆介质,本“用于易燃易爆介质的阀门选用原则”中给出的阀门选用原则同样适用于氢气环境,读者可见该文所述,这里不在重复。
2、硫化氢   硫化氢是油气开采、油气输送、石油炼制、煤化工等工业中常见的一种介质。低温(指露点温度及以下)硫化氢在有气等电解质存在的情况下,易引起金属材料的硫化物应力腐蚀开裂(电化学腐蚀)。高温硫化氢,当温度超过260℃时,会引起碳钢的化学腐蚀。硫化氢又具有较高的毒性。
  需要说明的是,通常情况下硫化氢不是主工艺介质,二是伴生介质。硫化氢在介质中的浓度不同,表现出的腐蚀性和毒性也是不同的。


防腐蚀化工阀门选型含有硫化氢介质的阀门,下列选用原则应予考虑。
(1)阀门类型
A.用于含有硫化氢介质的阀门,由于硫化氢为高度危害介质,因此应优选选用关断可靠性较高的阀门。上海申弘阀门有限公司主营阀门有:截止阀,电动截止阀常用关断阀的可靠性由高到低的顺序是:闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、蝶阀。
B.在介质温度许可的情况下,可选用非金属密封的阀门。
C.同时兼顾经济性原则。
(2)阀门结构
A.除非有其他要求,宜优先选用标准通径阀门。
B.除非有其他要求,宜优选选用焊接连接结构。尤其是硫化氢含量较好时,且阀门公称压力等级大于CLASS600或PN64时,应选择焊接连接。
C.当采用螺纹连接时,应附加密封焊
D.湿硫化氢环境下用于的阀门,由于需要焊后热处理,因此DN40及以下的焊接阀门应采用短管焊接,并要求焊后热处理在阀门密封件精加工之前进行。
E.除非有其他特殊要求,DN50及以上的闸阀宜采用楔形弹性阀瓣;截止阀宜采用旋塞阀或球形阀瓣,不应采用平板形阀瓣;蝶阀采用非金属密封高性能双偏心或可靠的三偏心式;不建议采用对夹式止回阀。


(3)阀门材料
A、应采用金属材料,并能耐硫化氢腐蚀。当构成硫化物应力腐蚀敏感环境时,材料应满足NACE MR0103/NACE MR0175 的要求。
B、当构成硫化物应力腐蚀敏感环境时,栓连阀盖材料应满足NACE MR0103/NACE MR0175 的要求。
C、当构成硫化物应力腐蚀敏感环境时,阀杆及其他内件材料也应满足NACE MR0103/NACE MR0175 的要求。
D、当构成硫化物应力腐蚀敏感环境时,接触介质的阀门零部件应尽可能减小电位差,以避免严重的电偶腐蚀发生。
E、当介质条件不允许采用非金属密封材料时,阀瓣、阀座和上密封的密封面宜采用堆焊硬质合金的方式进行表面硬化。
F、阀杆表面应进行合适的表面硬化,以减小因磨损带来的泄漏量增加。
在腐蚀性介质工况下的阀门,防腐蚀就是化工设备zui关键的地方,如果不能正确地选择化工阀门的金属材料,稍有不慎,轻则损坏设备,重则造成事故甚至引发灾难。据有关统计,化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的,因此在化工设备选型时首先要注意选材的科学性。通常有一种误区,认为不锈钢是“材料”,不论什么介质和环境条件都捧出不锈钢,这是不正确ZWS型振网筛的,也是很危险的。下面针对一些常用化工介质谈谈选材的要点:
1.硫酸介质 作为强腐蚀介质之一,硫酸是用途非常广泛的重DZC系列垂直振动提升机要工业原料。不同浓度和温度的硫酸对材料的腐蚀差别较大,对于浓度在80%以上、温度小于8立式复合式破碎机0℃的浓硫酸,碳钢和铸铁有较好的耐蚀性,但它不适合高速流动的硫酸,不适用作泵阀的材料;普通不锈钢如304(0Cr振动放矿机18Ni9)、316(0Cr18Ni12Mo2Ti)对硫酸介质也用途有限。因此输送硫酸的泵阀通常采用高硅铸铁(铸造及加工难度大)、高合金不锈钢(20号合金)制造。氟塑料具有较好的耐硫酸性能,采用衬氟泵阀(F46)是一种更为经济的选择。如果压力过大,温度升高,塑料阀的用点就受到了冲击,就只能选择比它贵的多的陶瓷球阀了。


2.盐酸介质 复合式破碎机决大多数金属材料都不耐盐酸腐蚀(包括各种不锈钢材料),含钼高硅铁也仅可用于5振动传感器0℃、30%以下盐酸。和金属材料相反,绝大多数非金属材料对盐酸都有良好的耐腐蚀性,所以内衬圆锥破石机橡胶泵和塑料泵(如聚丙烯、氟塑料等)是输送盐酸的选择。但这样的介质如果温度超过了重型锤式破碎机150℃,或者压力大于16公斤时,任何的塑料(包括聚丙烯、氟塑料甚至是聚四氟乙烯)将不能胜任了,而目前市面上尚未有很理想的阀门,不过可以试试现在新兴的陶瓷球阀,这种阀门的优点是自润滑性,扭矩力小,不老化,寿命比一般的阀门要长大倾角胶带输送机得多,它的缺点就是,价格比塑料阀门高的多。
3.硝酸介质 一般金属大多在硝酸中被迅速腐蚀破坏,不锈钢是应用zui广的耐硝酸材料,对常温下一切浓金属输送带度的硝酸都有良好的耐蚀性,值得一提的是含钼的不锈钢(如316、3震动给料机16L)对硝酸的耐蚀性不仅不优于普通不锈钢(如304、321),有时甚腭式破碎机至不如。而对于高温硝酸,通常采用钛及钛合金材料。
4.醋酸介质 它是有机酸中腐蚀性zui强的物质之一,普通钢铁在一切浓度和温度的醋酸中都会严重腐蚀,不锈钢是优良的耐醋酸材料,含钼的316不ZS系列振荡筛锈钢还能适用于高温和稀醋酸蒸汽。对于高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时,可选用高合金不锈钢或氟塑料泵。
5.碱(氢氧化钠) 单电机双辊机钢铁广泛应用于复合破碎机80℃以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液,也有许多石化工厂在100℃、75%以下时仍采用普通钢铁,虽然腐蚀增加,但经济性好。普通不锈钢对碱液的耐蚀性与铸铁相比没有明显优点,只要介质中容许少量铁份掺入,不推荐采用不锈钢。对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。
6.氨(氢氧化氨) 大多数金属和非金属在液氨及氨水(氢氧化氨)中的腐蚀都很轻微,只有铜和铜合金不宜使用。
7.氯气(液氯)    大多数金属阀抗氯气的腐蚀都是很有限的,尤其是氯气带水的情况,包括各种的合金阀门,这种情况下,四氟阀门是个很不错的选择,但是生产氯碱的化工厂会发现:四氟阀用的时间稍微一长,扭矩力增大,四氟老化的问题就会凸显出来了,这种情况下发生的泄露就是致命的了。可以考虑用衬四氟陶瓷球芯替换原来的普通衬四氟阀门,利用陶瓷的自润滑性和四氟的耐腐蚀会有的效果。
8.盐水(海水) 普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀率不太高,一般须采用涂料保护;各类不锈钢也有很低的均匀腐蚀率,但可能因氯离子而引起局部性腐蚀,通常采用316不锈钢较好。
9.醇类、酮类、酯类、醚类 另外值得注意的是酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性,在选择密封材料时避免出错。
还有许多其它介质不能在此一一介绍,总之在选材时切不可随意和盲目,应多查阅相关资料或借鉴成熟经验。

(4)检查试验
A.对于承压部件,宜进行无损试验项目。
B.如果对阀门提出低逸散性结构要求,应要求阀门生产商进行相应的产品试验,并按要求的泄漏等级进行验收。
C.对于非金属密封阀门,当要求火灾安全时,宜进行产品的火灾抽检试验。
(5)其他方面  硫化物应力腐蚀开裂是一种十分危险的金属失效方式,往往在没有预兆的情况下突然发生。所以,当介质环境被判断为硫化物应力腐蚀开裂敏感环境时,应对金属部件的质量加以重视。


  首先,硫化物应力腐蚀开裂与金属构件中的残存应力有关,无论这个残余应力是变形加工残存应力还是焊接残存应力。有资料显示,同样的湿硫化物介质环境,当金属构件进行了消除残存应力热处理后,发生硫化物应力腐蚀开裂的概率会降低70%。残存应力的存在与否及存在程度,可通过硬度检测进行判断。因此,湿硫化物应力腐蚀开裂敏感环境应用的金属材料应进行硬度限制。
其次,所有应力腐蚀开裂都具有强烈的缺口敏感效应,对于湿硫化物应力腐蚀开裂敏感环境应用的阀门承压金属部件,应严格控制表面缺陷。湿硫化氢环境下的反应氢容易渗透到金属内部,引起氢致开裂(HIC)和/或氢致诱导开裂(SOHIC)等。所以,还应对金属材料的内部缺陷、非金属夹杂物、硫和磷杂质因素等进行适当的控制。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀