離心機(jī)應(yīng)用中的腐蝕問(wèn)題
技術(shù)支持
近年來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，新技術(shù)新工藝層出不窮，離心機(jī)的應(yīng)用范圍不斷拓展，更加廣泛。不過(guò)，在離心機(jī)生產(chǎn)這一過(guò)程中，大多數(shù)廠家更多關(guān)心的是離心機(jī)的分離性能、強(qiáng)度要求，對(duì)腐蝕因素的影響往往重視不夠，從而帶來(lái)了一些負(fù)面的影響，本文就此問(wèn)題作一些分析，供大家探討。
眾所周知，腐蝕的危害是極其巨大的，世界上有許多事例可以說(shuō)明。離心機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，其安全要求與壓力容器同樣重要，大多數(shù)離心機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計(jì)、選型和應(yīng)用中，更多考慮了均勻腐蝕對(duì)強(qiáng)度零件的影響，疏忽了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工工藝等對(duì)腐蝕環(huán)境的適應(yīng)性，導(dǎo)致了一些嚴(yán)重的后果。不僅零件出現(xiàn)腐蝕傾向，污染被分離物料；更嚴(yán)重的甚至造成機(jī)毀人亡。
1 離心機(jī)特點(diǎn)
離心機(jī)根據(jù)功能、結(jié)構(gòu)的不同可分為不同的類型，但不論是過(guò)濾型、分離型還是沉降型，就其基本結(jié)構(gòu)而言，都具有以下一些共同的特點(diǎn)：
（1）轉(zhuǎn)鼓為高速旋轉(zhuǎn)件。
（2）以轉(zhuǎn)鼓為主體構(gòu)成分離空間。
（3）轉(zhuǎn)鼓呈異形結(jié)構(gòu)。
（4）待分離物料為流體。
（5）轉(zhuǎn)鼓內(nèi)還存在其他一些金屬或非金屬聯(lián)接件或配合件。
轉(zhuǎn)鼓的這幾個(gè)特點(diǎn)，說(shuō)明了離心機(jī)的核心零件是一個(gè)復(fù)合應(yīng)力件，它的異形幾何形狀，導(dǎo)致了零件的應(yīng)力分布多區(qū)；多零件的配合，又使形成電偶對(duì)的機(jī)會(huì)成為可能，這都是設(shè)計(jì)時(shí)值得注意的一些情況。
2 可能的腐蝕現(xiàn)象
金屬腐蝕形態(tài)主要分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類，前者因?yàn)楸碛^現(xiàn)象容易發(fā)現(xiàn)，而且在大多數(shù)手冊(cè)資料數(shù)據(jù)中都表述比較清楚，在此不作詳述，僅對(duì)后者進(jìn)行一些探討。
局部腐蝕只發(fā)生在局部，是一個(gè)極其嚴(yán)重、危害較大的一種破壞，如孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、磨損腐蝕等。在離心機(jī)中，局部腐蝕普遍存在，應(yīng)著重從其形成機(jī)理方面加以分析，采取措施，加以克服。
2.1 孔蝕
孔蝕是一種高度腐蝕的現(xiàn)象，主要存在于易鈍化的金屬中，如不銹鋼等。由于表面局部存在的可能缺陷，溶液中又存在能破壞鈍化膜的活性離子（如鹵族離子），鈍化膜被局部破壞，從而形成電偶對(duì)，造成孔蝕。孔蝕形成后，由于離心力的作用，將加速孔內(nèi)電偶的動(dòng)態(tài)過(guò)程，從而保證孔腐蝕的持續(xù)性，直至穿孔，這與靜態(tài)下的孔蝕現(xiàn)象完全不同。離心機(jī)在很多工況下處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，一旦形成孔蝕缺陷，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。嚴(yán)重孔蝕缺陷形成到一定程度，很大程度上影響受力件的強(qiáng)度，對(duì)于塑性材料，在高速離心力場(chǎng)影響下，會(huì)產(chǎn)生瞬間拉裂，對(duì)離心機(jī)造成嚴(yán)重破壞。
2.2 晶間腐蝕
晶間腐蝕會(huì)造成零件失去強(qiáng)度和延伸性，引起零件脆斷，它是一種從表面沿晶粒邊界向內(nèi)發(fā)展，外表面沒(méi)有腐蝕跡象的危害性損害。這種腐蝕，在日常維護(hù)保養(yǎng)中，很難發(fā)現(xiàn)異常，但當(dāng)腐蝕到一定程度，改變了零件的內(nèi)部組織，導(dǎo)致零件理化特性的嚴(yán)重衰減，產(chǎn)生突然爆裂或斷裂，后果十分嚴(yán)重。
2.3 磨損腐蝕
磨損腐蝕即零件表面同時(shí)遭受磨損和腐蝕破壞。在離心機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于物料中含有固體微?；驒C(jī)械雜質(zhì)，在接觸零件表面處形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生磨損。由于磨損面處改變了成形金屬纖維的分布，可能產(chǎn)生連續(xù)纖維的斷裂，造成極性的變化和電負(fù)性的改變，形成局部的腐蝕環(huán)境，產(chǎn)生腐蝕。這種形態(tài)，主要是以磨損為主，能很容易觀察出來(lái)。
2.4 應(yīng)力腐蝕
應(yīng)力腐蝕是在腐蝕性環(huán)境中，由于受一定的拉應(yīng)力作用而引起的損害。它具備以下特征：殘余拉應(yīng)力、外加拉應(yīng)力、腐蝕性滲透環(huán)境、局部缺陷。這種腐蝕形象，主要是由于應(yīng)力分布不同產(chǎn)生的電位差異，在電解質(zhì)液的作用下，形成電流，產(chǎn)生離子運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致腐蝕。這種腐蝕，有時(shí)也不易用眼觀察到。
上述四種腐蝕是對(duì)離心機(jī)影響極其嚴(yán)重的，可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。
3 措施
3.1 應(yīng)對(duì)措施
不同的物料及分離要求，需要選用不同的機(jī)型。機(jī)型及主要參數(shù)確定后，根據(jù)不同材料在不同環(huán)境中的耐腐蝕性能，綜合其理化特性，性價(jià)比等諸多因素，從基本面上確定強(qiáng)度零件材料。從材料本身來(lái)看，它針對(duì)的目標(biāo)物料是安全的。因此，離心機(jī)選材應(yīng)遵循下列原則：
（1）沒(méi)有絕對(duì)的萬(wàn)能防腐材料，必須充分了解應(yīng)用環(huán)境，區(qū)分應(yīng)用環(huán)境的屬性，是中性、酸性還是堿性；是氧化性還是還原性等，要針對(duì)性地選。如不銹鋼不適合濃硫酸，碳鋼卻適合。
不銹鋼是在空氣和其它適應(yīng)性環(huán)境下被鈍化后在其表面形成穩(wěn)定保護(hù)層才不銹。碳鋼在氧化性環(huán)境中被氧化，其表面形成一層氧化膜，也處于不銹狀態(tài)。不銹鋼在還原性環(huán)境，如鹵族液中，由于鹵族離子如Cl-，滲透能力很強(qiáng)，它會(huì)破壞在不銹鋼表面形成的氧化膜，從而導(dǎo)致不銹鋼零件的腐蝕。
（2）在同一應(yīng)用環(huán)境中，盡可能選同一種材料或平衡電位相近的材料，避免造成電偶對(duì)環(huán)境。不同的材料具有不同的平衡電位，而電位差的存在，當(dāng)處于貫通流場(chǎng)中必然形成電池，形成了腐蝕環(huán)境。
（3）綜合性價(jià)比，特別要重視加工工藝性的影響。離心機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，在正常工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)鼓零件會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，因此要求這些零件具有較好的塑性和強(qiáng)度。選材時(shí)，除價(jià)格因素外，必須重視其綜合性能，如冷加工特性和熱加工特性。
3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，確保設(shè)備的安全性。關(guān)于離心機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，容易加速腐蝕的設(shè)計(jì)缺陷是應(yīng)力集中傾向和縫隙環(huán)境，有時(shí)盡管金屬浸泡溶液中，但由于設(shè)計(jì)環(huán)境合理，造成的腐蝕率較?。蝗粜纬煽p隙，促使內(nèi)部溶液的化學(xué)和電化學(xué)狀態(tài)發(fā)生了變化（pH和電位下降），將引起嚴(yán)重的縫隙腐蝕，因此設(shè)計(jì)上應(yīng)注意：
（1）盡量避免縫隙的產(chǎn)生。如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，盡可能避免縫隙成為死角，促進(jìn)氧濃度的平衡，防止氧濃度差的存在，減少腐蝕的損害。
（2）同一環(huán)境中，盡量采用同一種材料和同一種成型工藝。主要目的是防止電偶對(duì)的產(chǎn)生，避免形成腐蝕性環(huán)境。
（3）保證零件的組織均勻性或增加壓應(yīng)力。選用經(jīng)濟(jì)合理的加工方法，增強(qiáng)零件的防腐蝕能力。
（4）避免形成死角，確保流體暢通流動(dòng)。防止形成氧濃度差的腐蝕性環(huán)境。
（5）設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)和合理加工方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡可能保證物料和流體流動(dòng)的均勻性和穩(wěn)定性。加工中要保證表面的光滑和避免應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力存在。
3.3 表面防護(hù)措施
控制腐蝕的一個(gè)基本思路就是隔絕腐蝕環(huán)境。在離心機(jī)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常采用表面處理的方法，如法蘭、鍍鋅、鍍鉻、化學(xué)鍍層、復(fù)合襯里等辦法，這些措施在許多環(huán)境中是有效的。但對(duì)于旋轉(zhuǎn)零件，還必須注意一個(gè)重要的現(xiàn)象：基體材料與鍍層是兩種材料，其線膨脹系數(shù)是不同的，這些結(jié)構(gòu)將在旋轉(zhuǎn)件彈性變形時(shí)產(chǎn)生不一樣的變形量，從而造成大量微裂紋的產(chǎn)生和復(fù)合面的剝離。若前述現(xiàn)象的存在，將加速腐蝕形成。因此，對(duì)于旋轉(zhuǎn)零件的表面防護(hù)方法，應(yīng)謹(jǐn)慎采用。
3.4 緩蝕劑
離心機(jī)本身涉及多學(xué)科，要使用好離心機(jī)，除上述一些措施外，還應(yīng)該注意研究其應(yīng)用環(huán)境。緩蝕劑的應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中，也大量采用。對(duì)某些惡劣環(huán)境，采用適當(dāng)?shù)木徫g劑就能使零件達(dá)到適用的程度，只要工藝許可，緩蝕劑的采用，應(yīng)該是離心機(jī)應(yīng)用的一條有效之路。
3.5 正確的工藝方法
設(shè)計(jì)正確，選材合理，只是解決離心機(jī)腐蝕的前提條件。加工工藝的正確應(yīng)用也在一定程度上影響離心機(jī)的防腐能力。加工方法通常會(huì)在零件或設(shè)備上留下許多缺陷，如錯(cuò)位、局部應(yīng)力等。錯(cuò)位可能造成縫隙；裝夾定位方法不合理可能導(dǎo)致零件偏心；不合理走刀可能產(chǎn)生表面粗糙；還有裝配不適當(dāng)、焊接、熱處理方法或措施不合理、緊固螺栓用力不均等均會(huì)造成局部應(yīng)力集中。因此，尋找正確的工藝方法也是防止腐蝕的一條有效途徑。
離心機(jī)的腐蝕問(wèn)題是一個(gè)綜合的復(fù)雜問(wèn)題，由于離心機(jī)的工作環(huán)境與一般資料及手冊(cè)在靜態(tài)中獲取的數(shù)據(jù)有較大差異。因此，在參照有關(guān)資料時(shí)，除上述分析外，還應(yīng)考慮溶液中的溶氧、溫度、高速流體以及分離區(qū)的流態(tài)變化等諸多因素的影響，采用適當(dāng)措施，確保離心機(jī)安全可靠運(yùn)行。
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