設備管理體系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、金屬閥門防腐的具體措施，值得參考。
一、閥門腐蝕的形態
金屬閥門腐蝕有兩種形態，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。金屬材料，石墨、玻璃、陶瓷和混凝土，按腐蝕率大小分4個等級：
腐蝕速度小于0.05mm/a的為優良；
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行。如不銹鋼、鋁、鈦等在氧化環境中產生的一層保護膜，膜下金屬狀態腐蝕均勻。還有一種現象，金屬表面腐蝕剝落，這種腐蝕最危險的。
2、局部腐蝕
局部腐蝕發生在金屬的局部位置上，它的形態有孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、脫層腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、空泡腐蝕、摩振腐蝕、氫蝕等。
點蝕通常發生在鈍化膜或保護膜的金屬上，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，伸入金屬內部，成為蝕孔，它是金屬破壞性和隱患最大的腐蝕形態之一。
縫隙腐蝕發生在焊、鉚、墊片或沉淀物下面等環境，它是孔蝕的一種特殊形態。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部，使晶界呈網狀腐蝕。產生晶間腐蝕除晶界沉淀積雜質外，主要是熱處理和冷加工不當所致。奧氏體不銹鋼的焊接縫兩側容易產生貧鉻區而遭到腐蝕。奧氏體不銹鋼晶間腐蝕是常見的和最危險的腐蝕形態。防止奧氏體不銹鋼閥件產生晶間腐蝕方法有：進行“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，減少碳化鉻的產生。
脫層腐蝕發生在層狀結構中，腐蝕先垂直向內發展，后腐蝕表面平行的物質，在腐蝕物的脹力下，使表面呈層狀剝落。
應力腐蝕發生在腐蝕和拉應力同時作用下產生的破裂。防止應力腐蝕的方法；通過熱處理消除或減少焊接，冷加工中產生的應力，改進不可理的閥門結構，避免應力集中，采用電化學保護、噴刷防蝕涂料。添加緩蝕劑、施加壓應力等措施。
腐蝕疲勞發生在交變應力腐蝕的共同作用的部位，使金屬破裂?？蛇M行熱處理消除或減少應力，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力和氫擴散現象。
選擇性腐蝕發生在不同成分和雜質的材料中，在一定環境中，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生的一種腐蝕形態，是閥門常見的一種腐蝕，這種腐蝕以發生在密封面為多。防止方法：選用耐腐蝕、耐磨損的材料，改進結構設計，采用陰極保護等。
空泡腐蝕又稱空蝕和氣蝕，是磨損腐蝕的一種特殊形態。它是流體中產生的氣泡，在破滅時產生的沖擊波，壓力可高達400個大氣壓，使金屬保護膜破壞，甚至撕裂金屬粒子。然后再腐蝕成膜，這種過程不斷反復，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，彈性保護層和陰極保護等。
摩振腐蝕是相互接觸的兩部件同時承受載荷，接觸面由于振動和滑動引起的破壞。摩振腐蝕發生在螺栓連接處，閥桿與關閉件連接處、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，選用硬質合金，以及用噴瓦處理或冷加工提高表面硬度方法防護。
腐蝕是化學反映中產生的氫原子擴散到金屬內部引起的破壞，其形態有氫鼓泡、氫脆和氫蝕。
強鋼和含有非金屬的鋼易容易發生氫鼓泡。石油中含有硫化物、氫化物時容易產生氫鼓泡。采用無空穴的鎮靜鋼代替有空穴的沸騰鋼，取用橡膠和塑料保護，加緩蝕劑等可防止鼓泡。
強鋼中晶格高度變性，氫原子進入后，4晶格應變更大，引起金融脆化。應選用含鎳和鉛的合金鋼，避免選用氫脆性大的高強鋼，焊接、電鍍、酸洗中避免或減少氫脆現象。高溫、高壓下氫進入金屬內，與一種組合會元素產生化學反應而破壞，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，絕大多數非金屬材料是非電導體，一般不會產生電化學腐蝕，而是純粹的化學或物理作用的腐蝕，這是與金屬腐蝕的主要區別。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；非金屬內部腐蝕為常見現象，而金屬腐蝕則以表面腐蝕為主。
金屬材料與介質接觸后，溶液或氣體會逐漸擴散到材料的內部，使非金屬發生一系列腐蝕變化，根據非金屬材料的種類和品種的不同，其腐蝕的形態各有不同。腐蝕的形態有溶解、溶脹、氣泡、軟化、會有分解、變色、變質、老化、硬化、斷裂等現象出現。但是，從全面觀點來看，非金屬腐蝕性能大大地優于金屬材料，而非金屬材料的強度，耐溫性能卻低于金屬材料。
二、金屬閥門的防腐措施
電化學腐蝕以各種形態腐蝕金屬，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、金屬內部組織微小的差別，也會產生電位差，使腐蝕加劇。有的金屬本身是不耐蝕的，但它腐蝕后能產生非常好的保護膜，即鈍化膜，可以阻止介質的腐蝕。由此可見，要達到金屬閥門防腐的目的，一是要消除電化學腐蝕；二是當電化學腐蝕消除不了；要能使金屬表面產生鈍化膜；三是選用沒有電化學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、根據介質選用耐蝕材料
在“閥門的選用”一節中，我們介紹了閥門常用材料所適用的介質，只不過是一般的介紹，在生產實際中，介質的腐蝕是非常的復雜的，即使在用一介質中使用的閥門材料一樣，介質的濃度、溫度、壓力不同，介質對材料腐蝕也不一樣。介質溫度每升高10℃，腐蝕速度約增加1~3倍。介質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，當濃度超過96%時，腐蝕急劇上升。而碳鋼相反，在硫酸濃度為50%左右時腐蝕最嚴重，當濃度增加到6%以上時，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，但在中、低濃度的硝酸中腐蝕反而嚴重。不銹鋼雖說對稀硝酸耐蝕性很強，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根據具體情況，分析各種影響腐蝕因素，按有關防腐手冊選用材料。
2、采用非金屬材料
非金屬耐腐蝕性優良，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。即保證了閥門強度，又保證了閥門不受腐蝕。夾管閥也是根據橡膠的優良耐腐蝕性能和優異變性能而設計出來的?，F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中使用。當然，它們的強度和耐熱性都較低，應用的范圍受到限制。柔性石墨的出現，使非金屬進入了高溫領域，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
涂料是應用最廣泛的一種防腐手段，在閥門產品上更是一種不可缺少的防腐材料和識別標志。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，隔絕介質和大氣，達到防腐目的。涂料主要用于水、鹽水、海水、大氣等腐蝕不太強的環境中。閥門內腔常用防腐漆涂刷，防止水、空氣等介質對閥門腐蝕。閥門噴刷涂料，一般在半年至一年一次。
4、添加緩蝕劑
在腐蝕介質和腐蝕物中加入少量其他特殊物質，能夠大大地減緩金屬腐蝕的速度，這種特殊物質稱為緩蝕劑。
緩蝕劑控制腐蝕的機理，是它促進了電池的極化。緩蝕劑主要用于介質和填料處。介質中添加緩蝕劑，可使設備和閥門的腐蝕減緩，如鉻鎳不銹鋼在不含氧的硫酸中，很大的溶度范圍內成火化態，腐蝕較嚴重，但加入少量硫酸銅或硝酸等氧化劑，可使不銹鋼轉變鈍態，表面生成一層保護膜，阻止介質的的浸蝕，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，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，但這種方法在實施中困難很多，不可普通推廣，酯適于特殊的需要。
為了保護閥桿，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，實際上，鋅也是一種緩蝕劑，它能首先與石棉中的氯化物結合，使氯化物與閥桿金屬接觸機會大為減少，從而達到防腐目的。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、電化學保護
電化學保護有陽極保護和陰極保護兩種。所謂陽極保護，就是以保護金屬為陽極導入外加直電流，使陽極電位向正的方向增加，當增加到一定值時，金屬陽極表面生成一層致密的保護膜，即為鈍化膜，這時金屬陰極的腐蝕急劇減少。陽極保護適于容易鈍化的金屬。所謂陰極保護，就是將被保護金屬作陰極，外加直流電，使其電位向負的方向降低，為其達到一定電位值時，腐蝕電流速度減少，金屬得到保護。此外，陰極保護可用電極電位比被保護金屬更負的金屬來保護被保護金屬。如用鋅保護鐵，鋅被腐蝕，鋅叫做犧牲金屬。在生產實踐中，陽極保護采用較少，陰極保護應用較多。大型的閥門和重要閥門采用這種陰極保護法，是一種經濟簡便又行之有效的方法。石棉填料中添加鋅，保護閥桿也屬于陰極保護法。
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，改善金屬的機械能能。表面處理的閥門上應用廣泛。
閥門連接螺銓常用鍍鋅、鍍鉻、氧化（發藍）處理提高耐大氣、耐介質腐蝕的能力。其他緊固件除采用上述方法處理外，還根據情況采用磷化等表面處理。
密封面以及口徑不大的關閉件，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，積累了豐富的生產經驗，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。不同額表面處理應適于不同的閥桿材質和工作環境，在大氣、水蒸氣介質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）；在硫化氫大氣環境中的閥采用電鍍高磷鎳鍍層有較好的防護性能；38CrMoAlA采用離子和氣體氮化也可耐蝕，但不宜采用硬鉻鍍層；2Cr13經過調質后能耐氨氣腐蝕，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；經過氣體氮化38CrMoAlA材料具有優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的新技術之一。是國家重點推廣項目。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預處理的基本表面，形成噴涂層，或同時對基本表面加熱，使涂層在基體表面再次熔融，形成噴焊層的表面強化工藝方法。大多數金屬及其合金、金屬氧化物陶瓷、金屬陶瓷復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；利用熱噴涂可修復零部件。
8、控制腐蝕環境
所謂環境，有廣義和狹義兩種，廣義的環境系指閥門安裝處四周的環境和它內部流通介質；狹義的環境系指閥門安裝處四周的條件。大多數環境無法控制，生產流程也不可任意變動。只有在不會對產品、工藝等造成有損害的情況下，可以采用控制環境的方法，如鍋爐水去氧、煉油工藝中家堿調節PH值等。從這個觀點出發，上述添加緩蝕劑、電化學保護等也屬控制腐蝕環境。
大氣中充滿了灰塵、水蒸氣、煙霧，特別在生產環境中，如煙鹵、設備散發出的有毒氣體和微粉，都會對閥門產生不同程度的腐蝕。操作人員應按操作規程中的規定，定期清洗、吹掃閥門，定期加油，這是控制環境腐蝕有效措施。閥桿安裝保護罩、地閥設置地井、閥門表面噴刷油漆等，這都是防止含有腐蝕的物質侵蝕閥門的方法。環境溫度升高和空氣污染，特別對封閉的環境下的設備和閥門，會加速其腐蝕。應盡量采用敞開式廠房或采用通風、降溫措施，減緩環境腐蝕。
9、改進加工工藝和閥門結構形式
閥門的防腐保護是從設計就開始考慮的問題，一個結構設計合理、工藝方法正確的閥門產品。無疑地對減緩閥門的腐蝕是有好的效果的。
因此，設計和制造部門應對那些結構設計不合理，工藝方法不正確，容易引起腐蝕的部件，應進行改進，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境。
因此，閥桿與關閉件連接處，盡量不采用里、螺紋連接形式；閥門焊接應用雙面對焊并連續焊接好，點焊和搭焊容易產生腐蝕，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，容易腐蝕閥門，除在使用閥門時不倒裝和注意排放沉積介質外，在制造閥門零件時，應盡量避免免凹陷結構，閥門盡量設置排泄孔。
不同金屬接觸會構成點偶，促進陽極金屬腐蝕，選用材料時，應不免金屬電位差距大而又不能產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生應力腐蝕，應注意改善加工方法，焊接后要盡量采用退火處理等相應防護措施。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。改進填料和墊片的加工工藝和結構，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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