Защитени ли са водните помпи в производството ви срещу корозия?

В и КСп. Инженеринг ревю - брой 3/2021 • 01.06.2021

 

  • В помпите възникват няколко вида корозия, като конвенционалната представлява постоянно влошаване по цялата повърхност на уязвимите метални компоненти

  • В някои случаи използването на въглеродна стомана или чугун се предпочита пред неръждаема стомана поради съображения, свързани с разходи

  • Важно е основата да се подготви преди нанасяне на защитно покритие


В резултат от химични реакции, протичащи между изпомпваната течност и откритите метални повърхности, в помпите възниква корозия. Това води до влошена производителност и увеличени разходи за поддръжка. В екстремни случаи корозията може да причини преждевременна повреда на оборудването.

По отношение на химичните процеси корозията може да се разглежда като резултат от окисляването на металните повърхности. Например желязото лесно ще корозира в присъствието на въздух и влага, образувайки железен оксид (ръжда).

Тя не образува здрава връзка с корозиралия метал и се люспи, като така излага на окисление и незасегнатия метал в по-голяма дълбочина. Неръждаемата стомана и други сплави предлагат по-голяма устойчивост на корозия, тъй като имат защитен слой от хромов или друг оксид, които изграждат здрава химическа връзка с метала.

 

Типове корозия на помпите

В помпите възникват няколко вида корозия. Конвенционалната корозия представлява постоянно влошаване по цялата повърхност на уязвимите метални компоненти.

Този тип корозия е предвидим, което позволява да се прогнозира продължителността на експлоатационния живот на съответния компонент чрез провеждане на изпитвания. Образуването на корозия може да бъде избегнато чрез нанасяне на предпазно покритие на повърхността (метално или неметално) или като се инсталира помпа, в която са вложени материали, неподатливи на ръжда като неръждаема стомана или суперсплави на никелова основа, които са корозионно устойчиви.

Галваничната корозия е електрохимичен процес, който възниква, когато разнородни метали са в контакт помежду си в присъствието на електролитна среда, най-често влага и кислород. Получава се електролитен трансфер на материал между отделните метални повърхности. При това металът или сплавта се разграждат по-бързо в сравнение с конвенционалното им окисление. Металите губят своите механични свойства, което може да бъде особено опасно от конструктивна гледна точка.

Корозията от нараняване на защитното покритие има локално въздействие. След като веднъж металът под покритието е открит, той започва да корозира, като образува неравности с остри ръбове. Това създава допълнителни проблеми, ако флуидът съдържа абразивни частици, а високите скорости на потока дори влошават условията.
Корозивното напукване вследствие на напрежения също има локално изразен ефект и се предизвиква от напреженията върху даден компонент. Комбинацията от механично напрежение и корозия може да доведе до напукване и разрушаване на компонента.

 

Материали, използвани в помпите

Обикновено корпусите на помпите се изработват от чугун поради ниската си цена и лекотата, с която частите могат да бъдат отливани и обработвани. Когато се използва в приложения с вода или водни разтвори със стойности на рН между 6 и 10, чугунът, който съдържа около 4% въглерод, бързо придобива защитен графитен слой. Всъщност по-некачественият чугун с по-високо съдържание на въглерод е по-устойчив на корозия от стоманата.

Неръждаемата стомана съдържа значителен процент хром (най-малко 15%), който образува тънък, инертен оксиден слой на повърхността. За разлика от железния оксид, хромът изгражда здрава връзка с металната повърхност и следователно защитава подлежащия метал в среди, които биха били силно корозивни за чугуна или въглеродната стомана. Други елементи като никел, манган и молибден също могат да бъдат добавени към неръждаема стомана, за да се подобри допълнително корозионната устойчивост. При подходящи условия защитният оксиден слой се самовъзстановява, в случай че бъде надраскан или повреден.

Има четири основни типа неръждаема стомана според кристалната им структура: аустентитна, феритна, мартензитна и дуплексна. Най-често срещаните видове неръждаема стомана, използвани в производството на помпи, са серията 300 от семейството на аустенитните, по-специално 304 и 316. Класът 304 съдържа 18% хром и 8 – 10% никел. Класът 316 също включва 2% молибден и има по-голяма устойчивост на киселини и локализирана корозия.

В някои случаи използването на въглеродна стомана или чугун се предпочита пред неръждаема стомана поради съображения, свързани с разходи. Рисковете, които крие корозията, се приемат и прогнозират сравнително точно и се включват в текущите разходи за поддръжка и подмяна на оборудването. Ако обаче очакваната скорост на корозия е висока и сериозно ограничава експлоатационния живот, тогава помпите от неръждаема стомана, макар и по-скъпи, могат да бъдат рентабилни в дългосрочен план.

За да се справят с разяждащи среди като киселини и основи, особено при повишени температури, “суперсплавите” на никелова основа имат по-висока устойчивост на корозия от неръждаемата стомана. Тези сплави обикновено са известни с търговските си наименования, като например HASTELOY®, INCOLOY®, INCONEL® и MONEL®.

 

Покрития на помпите

Различни компоненти на помпата (валове, втулки, бутала, бутални пръти, работни колела, ограничители) могат да бъдат покрити с метални, неметални и керамични съединения за постигане на повишена устойчивост на корозия и износване. Покритията могат да се използват и за възстановяване на повредени или износени компоненти.

За нанасянето на защитно метално покритие на металните повърхности на помпите се използват няколко различни техники. Термичното спрей нанасяне използва поток разтопени частици, генерирани с помощта на електрическа дъга, плазма или процес на горене, който се прилага върху материала на основата. Друг начин за нанасяне на покритието е отново чрез пръскане в течна форма, но последвано от нагряване до 950°С или по-висока температура за качествено свързване на слоя с повърхността на метала. Друг метод е плазменото наваряване (Plasma Transferred Arc – PTA), което включва процес на заваряване с елементи на термично пръскане и техники за термично свързване на покритието. Лазерното уякчаване е подобно на PTA метода, но при него се използва лазер.

Важно е основата да се подготви преди нанасяне. Недобрата подготовка на основата, върху която се нанася антикорозионната система, може да влоши качеството на нанесените покрития и да съкрати значително планирания период за основна поддръжка. Препоръчителните изисквания за подготовка на основата преди нанасяне на защитни покрития като минимум трябва да се състоят в старателно почистване чрез бластиране.

При някои специфични приложения със силно агресивни среди, каквито са пречиствателните станции, се прилагат специално проектирани системи от покрития за дългосрочна устойчивост и защита на металните повърхности на помпите, тъй като съоръженията осъществяват контакт с отпадъчните води и химическата устойчивост на покритието е изключително важна.

Някои ефективни и широко прилагани метални покрития за нанасяне върху компонентите на помпите, постигащи допълнителна устойчивост на корозия, са сплавите на кобалт, хром и волфрам, които демонстрират висока издръжливост на корозия и износване. Сплавите на никелова основа се характеризират с много добра устойчивост на корозия и високи температури. Никел-хром-молибденовите сплави имат отлична устойчивост на окислителни среди, като киселини, дори при повишени температури, както и висока устойчивост на корозия вследствие на напуквания и деформация на повърхността и корозия, причинена от напрежения на материала. Алуминиевият оксид/титановият диоксид представляват гама от керамични прахове, нанасяни чрез термично пръскане, придаващи устойчивост на износване, както и добра термична и химическа устойчивост. Хромовият оксид подобрява издръжливостта на корозия и износване. Волфрамовият карбид има изключително висока устойчивост на износване (за приложения под 500°C).

Термопластмасите, като PTFE, също служат като защитен слой на металните компоненти. Те обикновено се нанасят като прах и след това се нагряват. По време на последващото охлаждане покритието се втвърдява. Някои термопластични покрития могат да се затоплят отново, за да се коригират и запечатат недостатъци в покритието.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top