实验室技术：离心机应用中的腐蚀问题
浏览：2867次 发表于：2009-04-01 14:23:15
摘要:介绍了腐蚀现象在离心机设计和应用中容易忽视的一些问题,提出了几种腐蚀现象的影响 及其危害,并从结构设计和其它防护方面进行了分析,以供相关人士探讨。
关键词:离心机;应用;腐蚀问题
近年来,我国国民经济持续发展,新技术新工艺呈 出不穷,离心机的应用范围不断拓展,更加广泛;不过, 在离心机生产这一过程中,大多数厂家更多关心的是 离心机的分离性能、强度要求,对腐蚀因素的影响往往 重视不够,从而带来了一些负面的影响,本文就此问题 作一些分析,供大家探讨。
众所周知,腐蚀的危害是极其巨大的,世界上有许 多事例可以说明,离心机是一种高速旋转的设备,其安 全要求与压力容器同样重要,大多数离心机生产企业 在设计、选型和应用中,更多考虑了均匀腐蚀对强度零 件的影响,疏忽了结构设计,加工工艺等对腐蚀环境的 适应性,导致了一些严重的后果。不仅零件出现腐蚀倾 向,污染被分离物料;更严重的甚至造成机毁人亡。
1离心机环境
离心机根据功能、结构的不同可分为不同的类型, 但不论是过滤型、分离型还是沉降型,就其基本结构而 言,都具有以下一些共同的特点:
(1)转鼓为高速旋转件;
(2)以转鼓为主体构成分离空间;
(3)转鼓呈异形结构;
(4)待分离物料为流体;
(5)转鼓内还存在其他一些金属或非金属联接件 或配合件。
转鼓的这几个特点,说明了离心机的核心零件是 一个复合应力件,它的异形几何形状,导致了零件的应 力分布多区;多零件的配合,又使形成电偶对的机会成 为可能,这都是设计时值得注意的一些情况。
2可能的腐蚀现象
金属腐蚀形态主要分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大 类,前者因为表观现象容易发现,而且在大多数手册资 料数据中都表述比较清楚,在此不作详述,仅对后者进 行一些探讨。
局部腐蚀只发生在局部,是一个极其严重、危害较 大的一种破坏,如孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐 蚀,磨损腐蚀等等,在离心机中,局部腐蚀普遍存在,应 着重从其形成机理方面加以分析,采取措施.加以克 服。图1～3是一组腐蚀和试验挂片。图1零件由于锻造 组织不均匀,在大气环境中就已形成轻微的表面腐蚀; 图2转鼓零件在分离环境中已严重锈蚀,这是一种复 合腐蚀现象;图3是材料在标准浸泡液中的挂片试验 情况。
2.1孔蚀
孔蚀是一种高度腐蚀的现象,主要存在于易钝化 的金属中,如不锈钢等,由于表面局部存在的可能缺 陷,溶液中又存在能破坏钝化膜的活性离子(如卤族离 子),钝化膜被局部破坏,从而形成电偶对,造成孔蚀。 孔蚀形成后.由于离心力的作用,将加速孔内电偶的动 态过程,从而保证孔腐蚀的持续性,直至穿孔,这与静 态下的孔蚀现象完全不同。离心机在很多工况下处于 连续运行状态,一旦形成孔蚀缺陷,将会导致严重后 果。严重孔蚀缺陷形成到一定程度,很大程度上影响受 力件的强度,对于塑性材料,在高速离心力场影响下, 会产生瞬间拉裂,对离心机造成严重破坏。
2.2晶间腐蚀
晶间腐蚀会造成零件失去强度和延伸性,引起零 件脆断,它是一种从表面沿晶粒边界向内发展,外表面 没有腐蚀迹象的危害性损害。这种腐蚀,在日常维护保 养中,很难发现异常,但当腐蚀到一定程度,改变了零 件的内部组织,导致零件理化特性的严重衰减,产生突 然爆裂或断裂,后果十分严重。
2.3磨损腐蚀
磨损腐蚀即零件表面同时遭受磨损和腐蚀破坏。 在离心机正常运转中,由于物料中含有固体微粒或机 械杂质,在接触零件表面处形成相对运动,产生磨损。 由于磨损面处改变了成形金属纤维的分布,可能产生 连续纤维的断裂,造成极性的变化和电负性的改变,形 成局部的腐蚀环境,产生腐蚀。这种形态,主要是以磨 损为主,能很容易观察出来。
2.4应力腐蚀
应力腐蚀是在腐蚀性环境中,由于受一定的拉应 力作用而引起的损害。它具备以下特征:残余拉应力、 外加拉应力、腐蚀性渗透环境、局部缺陷。这种腐蚀形象,主要是由于应力分布不同产生的电位差异,在电解 质液的作用下,形成电流,产生离子运动,从而导致腐 蚀。这种腐蚀,有时也不易用眼观察到。图4是不同热 处理状态下的试样在人造海水中浸泡2天的情况。
上述四种腐蚀是对离心机影响极其严重的,可能 导致严重后果。
3 措施
3.1应对措施
不同的物料及分离要求,需要选用不同的机型。机 型及主参数确定后,根据不同材料在不同环境中的耐腐 蚀性能,综合其理化特性,性价比等诸多因素,从基本面 上确定强度零件材料。从材料本身来看,它针对的目标 物料是安全的。因此,离心机选材应遵循下列原则:
(1)没有绝对的万能防腐材料,必须充分了解应 用环境,区分应用环境的属性,是中性、酸性还是碱性; 是氧化性还是还原性等,要针对性地选。如不锈钢不适 合浓硫酸,碳钢却适合。
不锈钢是在空气和其它适应性环境下被钝化后在 其表面形成稳定保护层才不锈。碳钢在氧化性环境中 被氧化,其表面形成一层氧化膜,也处于不锈状态。不 锈钢在还原性环境,如卤族液中,由于卤族离子如Cl-, 渗透能力很强,它会破坏在不锈钢表面形成的氧化膜, 从而导致不锈钢零件的腐蚀。
(2)在同一应用环境中,尽可能选同一种材料或 平衡电位相近的材料,避免造成电偶对环境。不同的材 料具有不同的平衡电位,而电位差的存在,当处于贯通 流场中必然形成电池,形成了腐蚀环境。
(3)综合性价比,特别要重视加工工艺性的影响。 离心机是一种高速旋转的设备,在正常工作状态下,转 鼓零件会产生较大的离心力,因此要求这些零件具有 较好的塑性和强度。选材时,除价格因素外,必须重视 其综合性能,如冷加工特性和热加工特性。
3.2结构设计
一个优秀的设计能延长设备使用寿命,确保设备 的安全性。关于离心机结构设计,最容易加速腐蚀的设计缺陷是应力集中倾向和缝隙环境,有时尽管金属浸 泡溶液中,但由于设计环境合理,造成的腐蚀?化学状态发生 了变化(pH和电位下降),将引起严重的缝隙腐蚀,因此 设计上应注意:
(1)尽量避免缝隙的产生;如结构设计需要,尽可 能避免缝隙成为死角,促进氧浓度的平衡,防止氧浓差 的存在,减少腐蚀的损害。
(2)同一环境中,尽量采用同一种材料和同一种 成型工艺;主要目的是防止电偶对的产生,避免形成腐 蚀性环境。
(3)保证零件的组织均匀性或增加压应力;选用 经济合理的加工方法,增强零件的防腐蚀能力。
(4)避免形成死角,确保流体畅通流动。防止形成 氧浓差的腐蚀性环境。
(5)设计合理结构和合理加工方法。结构设计中, 尽可能保证布料和流体流动的均匀性和稳定性。加工 中要保证表面的光滑和避免应力集中和残余应力存 在。
3.3表面防护措施
控制腐蚀的一个基本思路就是隔绝腐蚀环境。在 离心机设计中,经常采用表面处理的办法,如法兰、镀 锌、镀铬、化学镀层、复合衬里等办法,这些措施在许多 环境中是有效的;但对于旋转零件,还必须注意一个重 要的现象:基体材料与镀层是两种材料,其线膨胀系数 是不同的,这些结构将在旋转件弹性变形时产生不一 样的变形量,从而造成大量微裂纹的产生和复合面的 剥离;若前述现象的存在,将加速腐蚀形成。因此,对于 旋转零件的表面防护方法,应谨慎采用。
3.4缓蚀剂
离心机本身涉及多学科,要使用好离心机,除上述 一些措施外,还应该注意研究其应用环境。缓蚀剂的应 用,在实际应用中,也大量采用。对某些恶劣环境,采用 适当的缓蚀剂就能使零件达到适用的程度,只要工艺 许可,缓蚀剂的采用,应该是离心机应用的一条有效之 路。
3.5正确的工艺方法
设计正确,选材合理,只是解决离心机腐蚀的前提 条件;加工工艺的正确应用也在一定程度上影响离心 机的防腐能力。加工方法通常会在零件或设备上留下 许多缺陷.如错位、局部应力等;错位可能造成缝隙;装 夹定位方法不合理可能导致零件偏心;不合理走刀可 能产生表面粗糙;还有装配不适当、焊接、热处理方法 或措施不合理、紧固螺栓用力不均等均会造成局部应 力集中。因此,寻找正确的工艺方法也是防止腐蚀的一 条有效途径。
离心机的腐蚀问题是一个综合的复杂问题,由于 离心机的工作环境与一般资料及手册在静态中获取的 数据有较大差异。因此,在参照有关资料时,除上述分 析外,还应考虑溶液中的溶氧、温度、高速流体以及分 离区的流态变化等诸多因素的影响,采用适当措施,确 保离心机安全可靠运行。
参考文献:
[1]左景伊,等.腐蚀数据手册与选材手册[M].北京:化学工业出版 社,1995.
[2]余国综.化工容器及设备[M].北京:化学工业出版社,1983.
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