淄博華舜耐腐蝕真空泵有限公司

滿滿全是干貨!真空泵耐腐蝕問題的分析!如果你在選擇耐腐蝕真空泵,可參考!

   論壇里經常有行業圈的朋友提問真空泵耐腐蝕的問題,我全都都看了一遍,僅僅是它們的網頁鏈接,就排滿了兩頁紙,我將每一頁認真看過之后,受益匪淺,學習了很多東西。我們是專業研究真空泵腐蝕問題的團隊,歷經了20多年的積累和實踐,所以,今天在這里打算給大家寫點干貨,幫助受到真空泵腐蝕問題困擾的朋友們解決一部分問題。

   

   為啥說解決一部分問題,因為世界上沒有一種材料是十全十美的,說一種材料能抗各種強酸、強堿,還能抗溶劑,還能耐高溫、耐磨,材料強度還超高,那真是吹牛了。所以,針對各種工況特點,選對的不選貴的,科學合理的選擇適合自己工況的真空泵才是王道。再者,耐腐蝕這個事兒,理論和實踐是存在明顯差異,每家使用單位應用情況也各不相同,各個制造廠家也各有自己的優點和立場??傊?,我們公正客觀的分析,求同存異,百家齊鳴,下面有說的不對的,請各位多包涵!行業內的朋友有其它意見的,請斧正賜教!

    真空泵經過伴隨著人類工業近百年的發展,已經是一個非常成熟的技術和產品,但是,真空泵受酸性氣體腐蝕而大大縮短使用壽命,一直是嚴重困擾行業的一個問題。

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▲真空泵葉輪受腐蝕損毀


那么,真空泵耐腐蝕為什么這么難?

一、腐蝕種類多種多樣,化學、電化學腐蝕和物理腐蝕并存

首先,真空泵大多是用金屬材料制作而成,而金屬耐腐蝕卻是天然的弱勢,引用《腐蝕手冊》的話來說,腐蝕是材料在環境的作用下引發的破壞,其種類多種多樣。在泵運行環境下,金屬材料要受到化學、電化學、物理多種交叉腐蝕,而且一個都不少。

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▲泵用金屬材料需要面對的腐蝕種類

    物理腐蝕指的主要是氣蝕,氣蝕發生在高流速液體,并有壓力變化的環境中。氣泡破滅時產生沖擊波壓力,可以撕裂金屬粒子,引發設備變形。無論您選用哪一種材料的真空泵,如果前期選型出現錯誤的話,選擇抽氣量過大的真空泵,或者后期使用過程中操作不當,都會出現氣蝕!

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二、泵內介質高流速加速腐蝕

    《腐蝕手冊》有個經典案例,用碳鋼管道輸送濃度為7%的硫酸,管道流速為0.0007~0.0026m/s,碳鋼管道可以長期耐受腐蝕,而碳鋼泵輸送同樣的硫酸,泵的使用壽命僅僅為72小時,因為碳鋼泵流速已經高達23.08m/s (1500rpm),高流速會極大的加速腐蝕速率!所以,當你查詢《腐蝕手冊》時,某一種材料耐酸性較好,也僅僅是指在靜態浸泡條件下的腐蝕速率,與真空泵高流速工況條件的腐蝕速率,還是存在相當大的差異的!

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三、泵內升溫會加速腐蝕

    真空泵長期運行后,自身的機械運轉會產生熱能,抽取的氣體也會帶來熱量,某些情況下,泵腔內部的工作液也會產生汽化熱,所以,真空泵升溫也是不可避免的。我們以硫酸對灰鑄鐵腐蝕為例,每增加10℃,硫酸腐蝕灰鑄鐵速率增加一倍。

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而即使是耐腐蝕性優秀的不銹鋼316L,隨著鹽酸溫度的增加,鹽酸對不銹鋼316L的腐蝕速率也起到一個加速的作用,如下圖:

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四、濃度變化也會影響腐蝕效率

    在溫度不變的情況下,介質濃度的變化對腐蝕速率可能是加速或減速。減速主要原因是有的金屬會產生鈍化膜,從另一個方面來說,金屬靠鈍化膜防腐是有很大局限性的,必須在一定濃度范圍之內,或者是某一類酸,比如,硫酸濃度增加,灰鑄鐵耐腐蝕性是增強的,而鹽酸濃度增加,不銹鋼316L的耐腐蝕性反而變弱,如下圖:

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五、工況條件的復雜性

    前面講到得還只是一些耐腐蝕的基本困難,它們還僅僅是腐蝕種類多、高流速、溫度和濃度加速腐蝕的基本條件,但在實際應用中,我們往往發現你要抽的氣體含有的介質,每一家化工單位的工況都與眾不同,包羅萬象,各有特色,下面一張圖比較符合我剛剛入行學做方案時的感受:

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    問題是,有時候醫藥廠往往是需要轉產的,今年做這個產品,明年可能開始轉產另外一個,工況條件發生很大變化,耐腐蝕安全余量小的真空泵往往無法適用與新產品新工況,有時候領導(老板)提出的要求又要耐酸、又要耐堿、又要耐有機溶劑,又要耐磨、又要便宜、又要耐用還好修,還要適應未來工況的變化,想啥好事兒呢?

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    所以,我們去年幾個月的主要工作,就是搜集國內所有耐腐蝕真空泵的專利,經過深入了解和學習之后,我們發現真空泵耐腐蝕技術實際上分為幾個流派,分別是襯涂鍍、超級合金、復合材料三大門派:

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一、襯、涂、鍍技術的特點:

    襯、涂、鍍技術主要思路就像鋼鐵俠一樣,血量不高的人體裝上一層耐腐蝕護甲。用陶瓷做襯層、涂料做涂層、哈氏合金做滲層,這種工藝在液環泵、螺桿泵、往復泵、羅茨泵上應用較多。襯、涂、鍍技術經歷了百家爭鳴,百家齊放的階段,最后實踐證明,這種護甲型耐腐蝕技術確實管用,但也有一定的局限性,就是防護周期較短,耐腐蝕安全余量有限。有的客戶反映,半年之后防護層就消耗掉了,需要回廠再做襯層,但有的客戶需要生產保持連續性和穩定性,還是希望耐腐蝕壽命再長一些。

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二、超級合金技術特點:

    超級合金耐腐蝕技術,主要是利用鈦合金、哈氏合金、雙相鋼這幾種超級合金打造一臺超級合金真空泵,在液環泵、螺桿泵、羅茨泵應用較多。它的特點就是耐腐蝕安全余量高,從里到外全都是耐腐蝕的超級合金,相當于變形金剛一樣,從里到外都是真金白銀,所以,它是土豪專用的?。?!

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這些超級合金實在是太貴了,因為即使是超級合金,也存在自身的弱點,請謹慎選擇:

    鈦金屬材料廣泛應用于氯堿、氯酸鹽、鹽酸等車間部門,是由于鈦耐腐蝕性強,化學性質穩定,幾乎不與任何物質反應,機械性能也相當優異。

    但唯獨不能用于干氯氣場合。在干氯氣條件下,即使低溫低于0度的條件下,氯氣和鈦金屬也會發生劇烈的化學反應,生成四氯化鈦,四氯化鈦再分解成二氯化鈦,反應劇烈時出現鈦金屬燃燒現象。氯堿部門,以前呈出現過氯氣換熱器中的列管被燃燒掉的事故。

    比較奇妙的是當氯氣中含水量高于0.5%時,兩者根本不反應,鈦材料表現的相當穩定,這也是為什么鈦料廣泛應用于氯堿、氯酸鹽、鹽酸部門的原因。

    并且鈦材料較輕,強度大,使用的鈦設備壁厚通常較鋼材、不銹鋼等材料要小很多,在航天上也被廣泛應用。

雙相鋼作為一種添加了特殊添加物的新型合金,自身造價在超級合金里面,是非常親民的了,這幾年在很多廠家也有應用,目前也在等待市場的使用反饋,它具有以下特點:

1. 市場價格相比鈦合金、哈氏合金,比較親民

2. 耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高

3. 具有優良的耐孔蝕性能

三、復合材料特點:

    復合材料耐酸具有天生的優勢,因為它本身不受化學腐蝕和電化學腐蝕的困擾,它往往與酸不發生反應,但是它是不耐堿的,有的復合材料還會被有機溶劑溶解,發生溶脹、溶縮、失重、增重或喪失強度的問題,所以復合材料的選擇也是比較嚴苛的。

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除此之外,還有難點,就是復合材料的強度;

    例如,聚丙烯材料的拉伸強度在20M~30MPa之間,彎曲強度在25M~50MPa之間。如果要想把PP用在工程結構件上,就必須使用玻璃纖維進行增強。玻纖增強改性PP,通過玻璃纖維增強的PP產品的機械性能能夠得到成倍甚至數倍的提高。具體來說,拉伸強度達到了65MPa~90MPa,彎曲強度達到了70MPa~120MPa。

    但是,這還遠遠不夠,要知道,泵用金屬的拉伸強度都在200-550MPa之間,所以,我們花費二十多年,將一種纖維增強塑料的強度做了三次升級,它是一種玻璃纖維和酚醛樹脂的復合材料,升級后的強度達到了315MPa,比泵用灰鑄鐵強度要高,比泵用不銹鋼強度低,可以應用于真空泵的正常運行。

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    在解決材料強度問題之后,我們又做了大量浸泡實驗,在鹽酸、硫酸、硝酸、芐醇、甲苯、對二甲苯、氯乙酸乙酯、氯化芐、四氫呋喃等各種酸類、有機溶劑中,做了長期的浸泡,之后測試材料的強度變化,觀察是否出現溶脹、失強等現象,如下圖:

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    在材料滿足了耐酸、強度的要求后,進一步的工作就是最大化的用復合材料制作一臺真空泵,我們實現了90%以上配件都使用同一種材料的目標,這樣做的好處是,材料同種同源,制作配件時材料應力相同,各種配件契合度較好,制作工藝較為方便,而且讓真空泵具有了最大化的耐腐蝕安全控件,如下圖:

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    在很多客戶多年的信任和幫助下,這種纖維增強塑料真空泵經過了實踐的檢驗,在各種工況條件下,表現出了優秀的耐腐蝕性能,平均使用周期3-5年,最長使用周期有的客戶甚至用到了8年以上,我們將幾種經典的工況條件的使用案例,放在下面作為參考

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▲氯化氫、二甲苯、甲苯 - 使用8年

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▲硫酸 - 使用10年

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▲醋酸 濃度80% - 使用8年


    如果有為真空泵腐蝕問題頭疼的朋友,工況條件可以發我郵箱,做個針對性的方案,huashun.pump@foxmail.com,或者加我微信huashunbengye-oneway,大家交流一下,為大家提供更多的選擇和解決方案。

PS:感謝各位論友的支持,在這里再補充兩點:

       第一,如果您的工況條件含有溴素、氫氟酸,我們的產品也是耐不住它們的腐蝕的,我們有個臺州客戶,試用了市場上所有的材質的真空泵,結果全都撲街,最后實在沒辦法,電話聯系設計院,從源頭上更改工況條件,避免這種工況腐蝕條件;

       第二,可能有的朋友會說,還有水噴射泵啊,用很多年都沒問題的,耐腐蝕超好的,說的也沒錯,但真空泵效率是有分層和排序的,我們以11KW真空泵做一個橫向的對比,你會發現各種類型的真空泵分別從多個層面覆蓋了整個市場需求,

既有干式泵與液環泵的干濕搭配,適用于含水分或不含水分的工況;

既有螺桿泵這種要求清潔氣源的,也有水噴射、液環泵這種不怕灰塵,胃口好不挑食的;

既有螺桿泵占地小,真空度高,也有羅茨泵搭配液環泵、往復泵、水噴射實現高真空的,但占地面積大,兩者在價格也是高低搭配;

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       所以說,只用一款真空泵滿足整個耐腐蝕真空泵市場需求是不現實的,每一款泵存在都有它的道理,都有市場對它的需求;而耐腐蝕真空泵也是在傳統真空泵基礎上設計優化而來的,耐腐蝕真空泵不可能跳出三界之外,不在五行之中;而水噴射一方面受到國家環保政策的限制,很多園區禁止使用,另一方面,水噴射的工作原理是一個汽水混合的文丘里結構,冬季水噴射泵運行1個小時之后,水箱工作液溫度高于35℃左右,真空度便以肉眼可見的速度迅速降低至0.07~0.08MPa左右; 而夏季更快,僅僅運行20-30分鐘,真空度也快速降低,而想想中國南方漫長夏季高溫,對一部分要求長時間高真空的客戶來說,就很難接受。