泵閥商務(wù)網(wǎng)
技術(shù)文章
利用涂層，化解泵的腐蝕和磨蝕
閱讀：1478 發(fā)布時間：2018-5-12幾乎所有涉及液體的工業(yè)過程都在某個環(huán)節(jié)中用到了泵。從深海油氣開采到DNA測序，都需要利用泵來完成各種各樣的生產(chǎn)任務(wù)。然而，無論泵的設(shè)計或尺寸如何，每種應(yīng)用的關(guān)鍵所在都是可靠性和效率。zui大限度地減少停機時間和運行成本，對于現(xiàn)代工業(yè)至關(guān)重要。
對于那些使用大型工業(yè)泵的用戶來說，他們面臨的特殊挑戰(zhàn)包括以下兩點，*，通常都是在惡劣的環(huán)境條件下工作的，第二，要在持續(xù)遭受腐蝕和磨蝕威脅的同時維持泵的優(yōu)良性能。隨著對這些生產(chǎn)過程以及用于解決生產(chǎn)過程中的難題的技術(shù)愈來愈了解，用戶可以實施更具成本效益的泵整修程序。
腐蝕
通常，把零件表面與流過泵的反應(yīng)流體之間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)定義為腐蝕。腐蝕可分為兩大類：一般或均勻腐蝕以及局部腐蝕，后者如點蝕和縫隙腐蝕。非不銹鋼材料主要受到均勻腐蝕的影響，而那些形成氧化物層粘附在物體表面并使表面鈍化的金屬則容易發(fā)生局部腐蝕。
流動加速腐蝕
流動加速腐蝕（FAC）是指清除了金屬表面的防護性氧化物層。該過程的速度受含氧量、流速以及一定程度上的氯含量的影響。由于水的高碳酸鹽硬度而形成的鈣質(zhì)層能夠減弱甚至阻止FAC。
涂層技術(shù)提高了泵的性能和耐用性
從以下實例中可以看出氧氣的影響： 在含氧量低于20ppb （ 十億分之幾），流速約為15米/秒的水中，腐蝕速率通常約為0.01毫米/年。然而，當(dāng)含氧量增加后，腐蝕速率會提高到幾毫米/年，這將給工業(yè)生產(chǎn)過程帶來重大挑戰(zhàn)。
幸運的是，F(xiàn)AC只對低碳鋼和鑄鐵造成了真正的問題。增加鉻含量或使用不銹鋼，將在極大程度上消除流動加速腐蝕所帶來的脆弱性。
磨蝕
當(dāng)用于傳輸含有磨損性物質(zhì)（如沙子）的液體時，泵會遭受嚴重的磨蝕，并且其中流速高的區(qū)域磨損尤為嚴重。這種現(xiàn)象在石油和天然氣工業(yè)中屢見不鮮。在此類應(yīng)用場合中，通常使用*來迫使水流回油田中，從而維持將油提升到地表所需的壓力。水流中夾帶的砂粒會對泵造成磨損，而高工作壓力更使磨蝕問題雪上加霜。
從純粹的設(shè)計觀點來看，為了zui大程度地減少磨蝕，該領(lǐng)域的泵制造商有以下兩種方案可供選擇：
•減小泵內(nèi)每一處的流速或者
•按照這樣一種方式來設(shè)計泵，使液體流過密合運轉(zhuǎn)間隙處的流速較低。
在磨蝕-腐蝕現(xiàn)象明顯的情況下，好的解決方案是采用特殊的涂層。
然而，在大多數(shù)情況下，應(yīng)用所要求的規(guī)范限制了上述任何一種解決方案的實施。在這些應(yīng)用中，實踐證明可行的解決方案，是在泵的選定區(qū)域涂上一層具有高耐磨蝕性的涂料。
磨蝕—腐蝕
在既有磨蝕又有腐蝕的工況下，惡化機理可能變得非常復(fù)雜，并且取決于基材的類型和流體的化學(xué)性質(zhì)。腐蝕會導(dǎo)致基材表面形成弱粘附性的氧化物層，使基材變得容易遭受磨蝕，另一種可能的情況則是，腐蝕會破壞鈍化層，導(dǎo)致材料表面活化，進而加速了腐蝕。在這種情況下，表面保護機制往往是好且*的選擇。
氣蝕
氣蝕是泵葉輪上zui常見的一種問題，它由壓差引起，可能發(fā)生在泵體或葉輪上。 當(dāng)局部壓力下降到低于被泵送流體的飽和壓力時，流體中的突然壓降導(dǎo)致液體發(fā)生閃蒸，變成蒸氣。
通過改變泵系統(tǒng)的特性來防止氣蝕損傷。
由壓降形成的任何汽泡都會隨著流體的流動而掠過葉輪葉片。當(dāng)氣泡進入某個局部壓力大于飽和壓力的區(qū)域時，汽泡突然破裂，產(chǎn)生沖擊波，隨著時間推移，這種現(xiàn)象會對葉輪和/或泵殼體造成重大的損傷。
在大多數(shù)情況下，是防止氣蝕發(fā)生，而不是試圖減小氣蝕對泵送設(shè)備造成的影響。通常通過采取以下三種措施之一來達到這個目的：
•增大吸入壓頭
•降低流體溫度
•減小必需汽蝕余量（NPSHR）
對于無法避免氣蝕或者泵送系統(tǒng)遭受內(nèi)循環(huán)或過度湍流的情況，可能需要檢查泵的設(shè)計，或者通過使用定制的涂層系統(tǒng)來盡量減小可能對泵造成的損傷。
恰當(dāng)?shù)牟牧线x擇
對于泵制造商而言，關(guān)鍵是在泵的制造中使用zui合適的基材來減輕腐蝕問題。 在有些應(yīng)用中，由于考慮到成本因素而優(yōu)選使用碳鋼或鑄鐵材料，針對這些應(yīng)用可以非常準確地估計腐蝕速率。根據(jù)可接受的年腐蝕速率，可以預(yù)計泵的使用壽命并將其納入應(yīng)用的維護成本(公眾號:泵管家)。
在氣蝕不可避免的情況下，應(yīng)該使用定制的涂層系統(tǒng)。
如果預(yù)期的腐蝕速率不被接受，那么必須將泵材料升級為不銹鋼，這會導(dǎo)致成本增大。如果不能接受這種成本增加的方案，則替代方案是根據(jù)每種應(yīng)用的特點訂制使用*的涂料。
如果針對一種應(yīng)用選擇不銹鋼作為基材，那么泵的預(yù)期使用壽命能夠延長很多，在某些情況下甚至是無限的。然而，只有針對特定應(yīng)用選擇合適的不銹鋼等級，對泵進行精心制造，并按照要求的流體規(guī)范來使用泵，才能確保泵的使用壽命足夠長。一旦有顆粒被引入到流體中，就需要特別小心。
在這種情況下，即使不銹鋼也容易被腐蝕，因為隨著鈍化層被破壞，基材變得活化，進而開始遭受腐蝕。通常可以重新建立鈍化層，但如果氯化物含量過高或pH值過低，那么材料可能依然保持活性狀態(tài)，并且腐蝕繼續(xù)發(fā)生。不銹鋼泵發(fā)生腐蝕的另一個常見原因是由于工藝中斷或間歇操作引起的停滯狀態(tài)。
對不銹鋼的另一個威脅是氯，它主要用于抑制泵或連接管道中的生物生長。約2ppm的低濃度氯幾乎不會對不銹鋼造成什么影響，但重要的是要了解氯如何以及在何處被引入到水流中，以避免由于某一處濃度過高而損害保護層。
與更便宜的碳鋼材料相比，意外腐蝕輕易地就抵消了人們對不銹鋼耐用性提高的良好預(yù)期。
防護涂層
搞清楚以下兩個問題顯得十分重要：首先，應(yīng)用防護涂層是否真的能夠提高泵的性能和使用壽命，其次，涂層的成本是否確實低于材料升級的成本。在大多數(shù)情況下，泵制造商都試圖通過使用該應(yīng)用的材料來滿足生產(chǎn)過程的要求，而僅僅把使用涂層當(dāng)作一種備用解決方案。
諸如熔結(jié)環(huán)氧這類聚合物涂層可以應(yīng)用于使用流化床或靜電涂敷的泵組件。只要涂層不被破壞，它們就能夠起到很好的防腐蝕作用。 作為一種聚合物涂層，它被限制用于低流速條件下，并且通常用于潔凈的水應(yīng)用中，在這樣的應(yīng)用環(huán)境中，它還可以通過平滑泵表面來改善液壓性能。
與經(jīng)驗豐富的材料工程師一起工作，有助于確保zui終用戶獲得zui合適的解決方案。
然而，適用于管道的涂層可能不適用于泵應(yīng)用，因為在泵應(yīng)用中，流速高得多，狹窄的通道使流量變得集中，而且運動部件難以保護。所以，一些通常用于管道內(nèi)的方法（如電防腐），很多都不適用于泵。
在這些情況下，將涂層應(yīng)用在一些預(yù)計流量會增大的特定區(qū)域，或者預(yù)計會出現(xiàn)碰撞損傷的位置（如90度彎曲）。通常使用諸如空氣等離子噴涂（APS）或高速氧燃料（HVOF）等噴涂方法來涂敷堅硬的涂層。具體選擇哪種噴涂方法將取決于所需的涂層厚度和涂料成分。
通過使用高速氧焰方法而沉積的硬質(zhì)合金涂層非常耐磨。優(yōu)選使用結(jié)合了鈷，鎳或鈷-鉻基質(zhì)的碳化鎢。由于粉末和熱噴涂工藝的改進，材料不僅具有良好的耐磨性和韌性，而且具有良好的耐腐蝕性。熱噴涂方法可以應(yīng)用于大多數(shù)基材，但它是一種“視線”工藝，這使得復(fù)雜形狀部件（如葉輪）的涂敷變得很困難。
對于那些難以采用熱噴涂方法來涂敷的復(fù)雜部件，可以使用CVD工藝，它能夠形成非常堅硬的涂層，但是這種工藝要在超過850℃的溫度下進行。這樣的高溫限制了基材的選擇，因為在冷卻階段可能發(fā)生結(jié)構(gòu)變化和部分變形。
并非所有的涂料都一樣
涂層系統(tǒng)對于改善泵的性能和耐用性有著積極的幫助作用，因此出現(xiàn)了大量的涂層服務(wù)。人們能夠相對容易地獲得原材料和基本設(shè)備，并利用它們給各類設(shè)備涂覆涂層。
然而，以HVOF涂層為例來看，它的質(zhì)量主要取決于噴涂參數(shù)，例如材料溫度、涂覆速度、涂覆率和所用設(shè)備的質(zhì)量。像這樣一些涂料都需要耗費一定的時間才能正確地涂覆，這將不可避免地影響泵修繕的zui終成本。然而，增大沉積速率將增加涂層內(nèi)的應(yīng)力，并且隨著時間的推移，這可能導(dǎo)致涂料性能退化和過早失效。
像蘇爾壽這樣的泵業(yè)公司及其涂料供應(yīng)商，已花費了多年時間來研發(fā)他們所使用的涂覆程序和設(shè)置；對工藝過程具有廣博的知識和豐富的經(jīng)驗是改善工藝的*途徑。每種涂層的zui終工藝程序都得到嚴密保護，專有信息確保范圍內(nèi)的每一位客戶都能獲得相同的涂層質(zhì)量。
為了說明這些程序的重要性，特別是在泵應(yīng)用中，不妨考慮安裝和拆卸葉輪的過程。在許多情況下，需要將葉輪加熱以便能夠?qū)⑵浒惭b到驅(qū)動軸上或從驅(qū)動軸上拆卸下來。 這種收縮配合過程可能導(dǎo)致涂層在日常維護操作中被損壞。蘇爾壽公司確保其涂層技術(shù)能夠承受這種熱沖擊并持續(xù)提供持久的防腐蝕保護。
維護傳統(tǒng)設(shè)備
現(xiàn)代涂層技術(shù)可作為整修計劃的一部分用于傳統(tǒng)設(shè)備，延長泵的使用壽命。作為整修項目的一部分，涂覆新的涂層可以顯著提高現(xiàn)有設(shè)備的性能和可靠性。
zui后，成功的防腐蝕方案的關(guān)鍵是充分了解應(yīng)用對象，并利用所有可用的信息來確定zui合適的措施。對于那些希望整修現(xiàn)有資產(chǎn)設(shè)備的人員，他們可以通過采取一系列改進措施來延長使用壽命并提高泵的性能。如果需要進行新的泵設(shè)計，則有機會確定zui合適的基材和的涂層體系，以提高泵的耐用性。
未來
隨著涂層技術(shù)的不斷進步，終端用戶將能夠選擇可在制造過程中涂覆的定制涂層。 然而，即使使用*的涂層，也需要對涂覆工藝進行研發(fā)，以便利用這些工藝將涂料涂覆到鑄造葉輪和蝸殼的復(fù)雜內(nèi)表面上。因此，這仍然是泵設(shè)計的“圣杯”，一旦克服了這個挑戰(zhàn)，工業(yè)泵的可靠性和使用壽命將會得到進一步提高。
通過正確地使用基材和保護涂層，以及進行更好的泵設(shè)計來提供全面且具有成本效益的泵解決方案，可以zui大限度地降低所有權(quán)成本。