水泵对工业和农业业务流程至关重要。大多数这些泵受到极端的环境条件,如可变温度和流速度.抽上来的水可能含有腐蚀性物质污染物,磨料固体和蒸气泡。(用于背景阅读,见了解泵中的腐蚀及其处理方法。)因此,我们必须设计适当的防腐蚀和保护策略,以实现水泵的可靠和经济运行。
泵和阀门材料
水泵材料的选择取决于如下参数:
- 水的pH水平
- 水杂质
- 空气和蒸气夹紧
- 流湍流
- 液体压力
- 液体温度和范围
- 泵造成型(间歇或连续)
- 水的最终用途
在正常应用中,阀门和泵体通常选用铸铁。对于叶轮,根据其适用性选择材料铸件、可加工性、力量、空白磨损抗性,耐磨性和耐腐蚀性。铸铁叶轮偶尔主要是由于其较低的初始成本而使用。它们较差,用于空化,腐蚀和耐磨性。黄铜有时用于蒸汽和水,但不适用于海水应用,因为耐腐蚀性不足。相比之下,青铜具有更好的可加工性和铸造性能。青铜叶轮也具有适度的空化阻力。对于较高的空化损坏和腐蚀损坏(淡水和海水),可以使用磷青铜或镍铝青铜。
玻璃钢(GRP)可用于泵送海水的泵叶轮。不锈钢可以选择高负荷的高速泵,因为它们提高了抗空化能力。这种金属具有中等的耐蚀性和耐磨性。从抗空泡腐蚀的角度来看,不锈钢叶轮的寿命几乎可以比类似的低碳钢叶轮高200%。陶瓷涂层可以减少空泡腐蚀.
腐蚀的风险
海水泵和泵送污染的水面临严重的腐蚀和磨损风险。具有高流畅速度的高速泵也可能面临空化腐蚀风险。流体流动路径的较高温度和限制也增加了空化腐蚀的风险。
腐蚀损伤类型
水泵暴露在空气中电化学以及密切相关的机械降解现象。空化腐蚀,腐蚀腐蚀和乏力虽然电化学反应和化学反应必须同时发生,但它们最初是作为物理机制进行研究的。相反地电偶腐蚀,均匀腐蚀,缝隙腐蚀和斑点主要是作为电化学反应进行的。
广泛的腐蚀,蚀和缝隙腐蚀
泵内均匀或普遍的腐蚀会增加间隙,使泵失去工作效率。磨损碎片可能只会增加磨损的严重性。广泛的腐蚀可能发生在泵的浸湿表面的长度和宽度。这可以通过提供一种保护来最小化涂层.
本地化点腐蚀可能发生在已去除保护涂层的位置。水中高浓度氯化物的存在会导致金属点蚀。例如不锈钢,其中铬氧化物保护层被破坏,电化学反应导致局部凹坑的形成。
局部缝隙腐蚀可能会导致紧密固定的表面,如联轴器法兰.
电流腐蚀
当两种不同的金属(在大多数情况下通过潮湿介质)建立电气连接时,就会开始电偶腐蚀。这个腐蚀速度取决于它们在电化学系列中的位置。例如,如果焊接与母体金属不同,则存在电流腐蚀的风险。(有关更多信息,请参阅电偶系列简介:电偶兼容性和腐蚀。)必须研究用于阀门,管道和泵组件的材料,以评估整个系统中电流腐蚀的风险。
空泡腐蚀
腐蚀和气蚀的结合会对泵的效率和使用寿命产生灾难性的影响。空化是在低压区形成液蒸汽气泡,在高压区液蒸汽气泡在泵叶轮、泵壳等部件表面塌陷的现象。
空化产生的冲击波会在局部加速其他形式的腐蚀。它使金属基片上的氧化物保护膜脱落。另一方面,如果由于点蚀或其他形式的腐蚀,泵内低压区表面已经被腐蚀,那么在更不严重的操作下,就会产生局部湍流,并可能开始出现空化。表面中等硬度的金属更容易发生空化损伤。较软的材料,例如聚氨酯软金属分散了坍塌气泡的能量,从而降低了损坏率。
气蚀强度受各种泵参数的影响,例如:
- 吸嘴低压或真空(低于液体蒸气压的压力会导致蒸汽泡的堆积)
- 水温较高
- 具有压降的吸水速度更高
- 由于弯头或阀门等连接件,吸入管中的压力降低
- 由于污染物的积聚而造成的堵塞
空化的解决方案
解决空化问题可以尝试以下方法:
- 增加吸管内径
- 解决吸入区的瓶颈限制
- 冷却水
- 去除不必要的限制性阀门和配件
- 增加压力增压泵,增加系统吸入压力
- 以较低的转速操作泵(在感应电机的情况下,用较低的电压和频率操作泵电机)
- 使用陶瓷或聚合物涂层(环氧树脂)并确保叶轮表面光滑,从而减少空泡腐蚀
侵蚀腐蚀
由于泵送水中存在固体污染物,通常会发生腐蚀。腐蚀造成的金属损失取决于固体物质的冲击角、固体污染物的性质、表面硬度和流体速度。通过适当的材料选择和在表面上涂覆陶瓷和其他保护涂层,可以将这种损坏降至最低(更多的想法可以在打击空性腐蚀和腐蚀腐蚀.)
微生物学过腐蚀
微生物影响腐蚀(MIC)偶尔会发生在泵的泵中博雷韦尔石油和天然气工业中使用的水和水泵。有些微生物直接引起腐蚀,有些微生物则积极地辅助已有的腐蚀反应。
影响腐蚀的不同类型的生物包括:
- 硫酸盐还原菌
- 硫氧化剂
- 铁氧化剂
在水中存在的铁离子使微生物能够生产氢氧化铁,氧化锰并产生金属沉淀在表面上。例如,钢结构也容易受到影响酸性腐蚀这是由某些有机体在硫还原细菌的协助下引起的。
损坏预防
如果泵送的水携带固体污染物,则流速和速度变得至关重要。在较低的流速下,固体可以沉降下来,从而导致某些位置处的缝隙腐蚀。如果水的流速被设计为更高的值,则可能发生侵蚀和空化,以便必须指定合适的保护涂层。
泵送水的化学变化可能会影响腐蚀速率。温度升高会增加腐蚀速率。当泵长时间停用时,由于截留的水和空气,存在腐蚀加剧的风险。在这种情况下,添加缓蚀剂对泵内的水在长时间停机期间可以考虑。也可以尝试排水。
陶瓷内衬
泵凸缘和阀门和手轮的外表面需要防护涂料,特别是在腐蚀性环境中,例如海水,浸没条件或飞溅易发的条件。陶瓷衬里阀门和管道配件用于腐蚀性环境和更高的温度。对于更高的侵蚀穿金属表面的电阻,混合环氧树脂用陶瓷颗粒可在空化风险较低时使用。
聚氨酯涂料
由于其柔韧性较高,可用于更高的气相抗性,可用于更高的空化抗性,粘合强度保护防腐腐蚀。完美表面的制备是聚合物涂层良好粘合强度背后的主要秘密。一个不加强的弹性体是优选的,因为在喷射速度下被空化气泡轰击时,涂层就像弹簧垫一样。某些聚氨酯配方符合用于饮用水的泵的要求。聚氨酯是柔性的,因此它可以在热膨胀和收缩期间扩展和收缩基底.
聚四氟乙烯和其他涂料
特氟隆聚四氟乙烯(PTFE)涂料作为一种无毒涂料用于制药和食品工业的水泵。具有较高的耐腐蚀性和耐热性。涂层很容易除去。作为固体润滑剂,它还提供了低摩擦表面。
聚酯带有玻璃鳞片增强的涂层也用于阀门和管道配件。
氯丁橡胶涂料和秘密用于泵送和管道的海水系统,其中波浪作用和飞溅的水会腐蚀系统部件。氯丁橡胶具有机械强度和对钢的更强附着力的优点。
热喷雾不锈钢,锌和铝偶尔用于阀门和管道,海水应用中的飞溅区域和高温应用。
当计划涂覆叶轮表面时,应采取预防措施以保留叶片的设计形状,因为任何形状变化都会影响泵送效率和叶轮的寿命。由涂层引起的不平衡也可以在更高的速度下导致振动。
结论
通过在设计阶段采用合适的设计参数,可以最小化水泵的腐蚀风险,并为叶轮,阀门和管道等组件选择合适的材料。防腐蚀涂层减少腐蚀损坏,提高泵系统的泵效率和经济寿命。状态监测和预防性维护将有助于水泵和整体泵送系统的经济运行。