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如何选择耐腐蚀真空泵?

如何选择耐腐蚀真空泵?


真空泵经过伴随着人类工业近百年的发展,已经是一个非常成熟的技术和产品,但是,真空泵受酸性气体腐蚀而大大缩短使用寿命,一直是严重困扰行业的一个问题。
那么,真空泵耐腐蚀为什么这么难?
一、腐蚀种类多种多样,化学、电化学腐蚀和物理腐蚀并存
首先,真空泵大多是用金属材料制作而成,而金属耐腐蚀却是天然的弱势,引用《腐蚀手册》的话来说,腐蚀是材料在环境的作用下引发的破坏,其种类多种多样。在泵运行环境下,金属材料要受到化学、电化学、物理多种交叉腐蚀,而且一个都不少。
物理腐蚀指的主要是气蚀,气蚀发生在高流速液体,并有压力变化的环境中。气泡破灭时产生冲击波压力,可以撕裂金属粒子,引发设备变形。无论您选用哪一种材料的真空泵,如果前期选型出现错误的话,选择抽气量过大的真空泵,或者后期使用过程中操作不当,都会出现气蚀!
二、泵内介质高流速加速腐蚀
《腐蚀手册》有个经典案例,用碳钢管道输送浓度为7%的硫酸,管道流速为0.0007~0.0026m/s,碳钢管道可以长期耐受腐蚀,而碳钢泵输送同样的硫酸,泵的使用寿命仅仅为72小时,因为碳钢泵流速已经高达23.08m/s (1500rpm),高流速会极大的加速腐蚀速率!所以,当你查询《腐蚀手册》时,某一种材料耐酸性较好,也仅仅是指在静态浸泡条件下的腐蚀速率,与真空泵高流速工况条件的腐蚀速率,还是存在相当大的差异的!
三、泵内升温会加速腐蚀
真空泵长期运行后,自身的机械运转会产生热能,抽取的气体也会带来热量,某些情况下,泵腔内部的工作液也会产生汽化热,所以,真空泵升温也是不可避免的。我们以硫酸对灰铸铁腐蚀为例,每增加10℃,硫酸腐蚀灰铸铁速率增加一倍。
而即使是耐腐蚀性优秀的不锈钢316L,随着盐酸温度的增加,盐酸对不锈钢316L的腐蚀速率也起到一个加速的作用。
四、浓度变化也会影响腐蚀效率
在温度不变的情况下,介质浓度的变化对腐蚀速率可能是加速或减速。减速主要原因是有的金属会产生钝化膜,从另一个方面来说,金属靠钝化膜防腐是有很大局限性的,必须在一定浓度范围之内,或者是某一类酸,比如,硫酸浓度增加,灰铸铁耐腐蚀性是增强的,而盐酸浓度增加,不锈钢316L的耐腐蚀性反而变弱。
五、工况条件的复杂性
前面讲到得还只是一些耐腐蚀的基本困难,它们还仅仅是腐蚀种类多、高流速、温度和浓度加速腐蚀的基本条件,但在实际应用中,我们往往发现你要抽的气体含有的介质,每一家化工单位的工况都与众不同,包罗万象,各有特色。

真空泵耐腐蚀技术实际上分为几个流派,分别是衬涂镀、超级合金、复合材料三大门派:
一、衬、涂、镀技术的特点
衬、涂、镀技术主要思路就像钢铁侠一样,血量不高的人体装上一层耐腐蚀护甲。用陶瓷做衬层、涂料做涂层、哈氏合金做渗层,这种工艺在液环泵、螺杆泵、往复泵、罗茨泵上应用较多。衬、涂、镀技术经历了百家争鸣,百家齐放的阶段,最后实践证明,这种护甲型耐腐蚀技术确实管用,但也有一定的局限性,就是防护周期较短,耐腐蚀安全余量有限。有的客户反映,半年之后防护层就消耗掉了,需要回厂再做衬层,但有的客户需要生产保持连续性和稳定性,还是希望耐腐蚀寿命再长一些。
二、超级合金技术特点:
超级合金耐腐蚀技术,主要是利用钛合金、哈氏合金、双相钢这几种超级合金打造一台超级合金真空泵,在液环泵、螺杆泵、罗茨泵应用较多。它的特点就是耐腐蚀安全余量高,从里到外全都是耐腐蚀的超级合金,相当于变形金刚一样,从里到外都是真金白银,所以,它是土豪专用的!!!
因为这些超级合金实在是太贵了,谨慎选择!因为即使是超级合金,也存在自身的弱点,我们引用论坛大神的一段观点:
钛金属材料广泛应用于氯碱、氯酸盐、盐酸等车间部门,是由于钛耐腐蚀性强,化学性质稳定,几乎不与任何物质反应,机械性能也相当优异。
但唯独不能用于干氯气场合。在干氯气条件下,即使低温低于0度的条件下,氯气和钛金属也会发生剧烈的化学反应,生成四氯化钛,四氯化钛再分解成二氯化钛,反应剧烈时出现钛金属燃烧现象。氯碱部门,以前呈出现过氯气换热器中的列管被燃烧掉的事故。
比较奇妙的是当氯气中含水量高于0.5%时,两者根本不反应,钛材料表现的相当稳定,这也是为什么钛料广泛应用于氯碱、氯酸盐、盐酸部门的原因。
并且钛材料较轻,强度大,使用的钛设备壁厚通常较钢材、不锈钢等材料要小很多,在航天上也被广泛应用。
双相钢作为一种添加了特殊添加物的新型合金,自身造价在超级合金里面,是非常亲民的了,这几年在很多厂家也有应用,目前也在等待市场的使用反馈。
三、复合材料特点:
复合材料耐酸具有天生的优势,因为它本身不受化学腐蚀和电化学腐蚀的困扰,它往往与酸不发生反应,但是它是不耐碱的,有的复合材料还会被有机溶剂溶解,发生溶胀、溶缩、失重、增重或丧失强度的问题,所以复合材料的选择也是比较严苛的。
除此之外,还有难点,就是复合材料的强度;
例如,聚丙烯材料的拉伸强度在20M~30MPa之间,弯曲强度在25M~50MPa之间。如果要想把PP用在工程结构件上,就必须使用玻璃纤维进行增强。玻纤增强改性PP,通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。具体来说,拉伸强度达到了65MPa~90MPa,弯曲强度达到了70MPa~120MPa。
但是,这还远远不够,要知道,泵用金属的拉伸强度都在200-550MPa之间,所以,我们花费二十多年,将一种纤维增强塑料的强度做了三次升级,它是一种玻璃纤维和酚醛树脂的复合材料,升级后的强度达到了315MPa,比泵用灰铸铁强度要高,比泵用不锈钢强度低,可以应用于真空泵的正常运行。



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