在腐蝕性介質工況下的閥門,防腐蝕是最關鍵,如果不能正確地選擇閥門的金屬材料,易造成事故甚至引發災難。認為不銹鋼是“萬能材料”,不論什么介質和環境條件都捧出不銹鋼,這是不正確的,也是很危險的。下面針對一些常用化工介質介紹閥門選材的要點,在選材時切不可隨意和盲目,應多查閱相關資料或借鑒成熟經驗。
1. 硫酸介質
硫酸是強腐蝕介質之一,是用途非常廣泛的重要工業原料。不同濃度和溫度的硫酸對材料的腐蝕差別較大,對于濃度在80%以上、溫度小于80℃的濃硫酸,碳鋼和鑄鐵有較好的耐蝕性,但它不適合高速流動的硫酸,不適用作閥門的材料;普通不銹鋼如304不銹鋼(0Cr18Ni9)、316Ti不銹鋼(0Cr18Ni12Mo2Ti)對硫酸介質也用途有限。因此輸送硫酸的閥門通常采用高硅鑄鐵(鑄造及加工難度大)、高合金不銹鋼(20號合金)制造。氟塑料具有較好的耐硫酸性能,采用襯氟閥門(F46)是一種更為經濟的選擇。如果壓力過大,溫度升高,塑料閥就不適用,只能選擇比它貴得多的陶瓷球閥了。
2. 鹽酸介質
絕大多數金屬材料都不耐鹽酸腐蝕(包括各種不銹鋼材料),含鉬高硅鐵也僅可用于50℃、30%以下鹽酸。和金屬材料相反,絕大多數非金屬材料對鹽酸都有良好的耐腐蝕性,所以內襯橡膠泵和塑料泵(如聚丙烯、氟塑料等)是輸送鹽酸的最好選擇。但這樣的介質如果溫度超過了150℃,或者壓力大于1.6MPa時,塑料材質(包括聚丙烯、氟塑料甚至是聚四氟乙烯)將不適用了,可以使用陶瓷球閥。這種閥門的優點是自潤滑性,扭矩力小,不老化,壽命比一般的閥門要長得多;它的缺點就是,價格比塑料閥門高得多。
3. 硝酸介質
一般金屬大多在硝酸中被迅速腐蝕破壞,不銹鋼是應用最廣的耐硝酸材料,對常溫下一切濃度的硝酸都有良好的耐蝕性,值得一提的是含鉬的不銹鋼(如316、316L)對硝酸的耐蝕性不僅不優于普通不銹鋼(如304、321),有時甚至不如普通不繡鋼。而對于高溫硝酸,通常采用鈦及鈦合金材料。
4. 醋酸介質
醋酸是有機酸中腐蝕性最強的物質之一,普通鋼鐵在一切濃度和溫度的醋酸中都會嚴重腐蝕,不銹鋼是優良的耐醋酸材料,含鉬的316不銹鋼還能適用于高溫和稀醋酸蒸氣。對于高溫高濃醋酸或含有其他腐蝕介質等苛刻要求,可選用高合金不銹鋼或氟塑料材質閥門。
5. 堿(氫氧化鈉)
鋼鐵廣泛應用于80℃以下、30%濃度內的氫氧化鈉溶液,也有許多石化工廠在100℃、75%以下時仍采用普通鋼鐵,雖然腐蝕增加,但經濟性好。普通不銹鋼對堿液的耐蝕性與鑄鐵相比沒有明顯優點,只要介質中容許少量鐵分摻入,不推薦采用不銹鋼。對于高溫堿液多采用鈦及鈦合金或者高合金不銹鋼。
6. 氨(氫氧化氨)
大多數金屬和非金屬在液氨及氨水(氫氧化氨)中的腐蝕都很輕微,只有銅和銅合金不宜使用。
7. 氯氣(液氯)
大多數金屬閥抗氯氣的腐蝕都是很有限的,尤其是氯氣帶水的情況,包括各種合金閥門,這種情況下,聚四氟乙烯閥門是個很不錯的選擇,但是生產氯堿的化工廠會發現:聚四氟乙烯閥用的時間稍微一長,扭矩力增大,聚四氟乙烯老化的問題就會凸顯出來了,這種情況下發生的泄漏就是致命的了。可以考慮用襯聚四氟乙烯陶瓷球芯替換原來的普通襯聚四氟乙烯閥門,利用陶瓷的自潤滑性和聚四氟乙烯的耐腐蝕性會有完美的效果。
8. 鹽水(海水)
普通鋼鐵在氯化鈉溶液和海水、咸水中腐蝕率不太高,一般須采用涂料保護;各類不銹鋼也有很低的均勻腐蝕率,但可能因氯離子而引起局部性腐蝕,通常采用316不銹鋼較好。
9. 醇類、酮類、酯類、醚類
常見的醇類介質有甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇等,酮類介質有丙酮、丁酮等,酯類介質有各種甲酯、乙酯等,醚類介質有甲醚、乙醚、丁醚等,它們基本沒有腐蝕性,常用材料均可適用,具體選用時還應根據介質的屬性和相關要求做出合理選擇。另外值得注意的是酮、酯、醚對多種橡膠有溶解性,在選擇密封材料時避免出錯。
10. 某酸性介質閥門選用工程應用
a. 閘閥
閥體、閥蓋(ASTM A216-WCB);閘板(ASTM A216-WCB/CR13、OVER-LAY-NC、ASTM A217-CA15(10英寸及以下NC);閥桿(ASTM A182-F6a-NC);手輪(球墨鑄鐵);填料(316+石墨)。
b. 截止閥
閥體、閥蓋(ASTM A216-WCB);閥瓣(ASTM A182-F6a);閥桿(ASTMA182-F6a-NC);手輪(球墨鑄鐵);填料(316+石墨)。
c. 止回閥
閥體、閥蓋(ASTM A216-WCB);閥瓣[ASTM A217-CA15-NC(4in及以下)&ASTM A216-WCB/ER410-NC];搖桿(ASTM A216-WCB)。
d. 某海水管道閥體材料的替換
國外某10"NPS海水管道,閥門原設計為ASMECL150,RF法蘭,閥體為A216 WCB,Epoxy-Phenol Novolac Coating(環氧酚醛樹脂涂料)Int.Coated,API Trim No.8,手輪操作。
由于閥門制造商提出無法生產這種內涂敷環氧酚醛樹脂涂料閥門,把閥體和閥桿材料換成了SS A351 VF8M BODY,SS316 TRIM。新換的材料價格較貴。另外,由于管子和法蘭螺栓螺母為碳鋼,如果用這種不銹鋼閥體,還需單獨采購閥體與法蘭螺栓螺母隔離的配套元件,防止異種鋼之間的腐蝕。