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，接觸面由于振動和滑動引起的破壞。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。只有在不會對產(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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