低濃度酸性介質輸送用往復式活塞泵的防腐研究

吳鐵奎（中國有色（沈陽）泵業有限公司，遼寧 沈陽 110144）

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低濃度酸性介質輸送用往復式活塞泵的防腐研究

吳鐵奎
（中國有色（沈陽）泵業有限公司，遼寧 沈陽 110144）

摘 要：以輸送具有腐蝕性的低濃度酸性介質的往復式活塞泵的防腐問題為研究對象，通過查詢相關資料，了解金屬腐蝕機理及防腐技術的現狀，提出低濃度酸性介質輸送用往復式活塞泵的防腐方案，并以磷酸防腐為例，探討了其防腐工藝、防腐成本等技術問題。這不僅解決了輸送低濃度酸性介質的防腐問題，更重要的是實現了往復式活塞泵防腐問題的技術儲備。

關鍵詞：酸性介質；往復式活塞泵；腐蝕機理

1　項目介紹

隨著往復式活塞泵產品應用領域的拓寬，往復式活塞泵輸送介質的種類越來越多，當輸送腐蝕性的介質時，為了避免零件損壞，必須將防腐考慮在內。2013年，秘魯項目提出了海水腐蝕問題；2014年，貴州項目涉及到極端情況下pH=2的酸性介質輸送問題，市場提示我們，研究往復式活塞泵防腐技術迫在眉睫。

對往復式活塞泵而言，接觸料漿的零件包括進料管、彎管、隔膜室、閥箱、出料管等漿體過流件，常見的腐蝕介質包括酸性介質、海水、含磷礦漿等。本項目主要研究了上述過流件接觸低濃度酸性介質時的防腐措施，奠定了防腐泵型的設計基礎。

2　項目實施

2.1往復式活塞泵腐蝕機理分析

金屬腐蝕主要可分為以下三種類型，化學腐蝕、電化學腐蝕和生物腐蝕。電化學腐蝕是指金屬與電解質溶液接觸時，通過電極反應，形成原電池而引起的腐蝕；化學腐蝕是指金屬在干燥空氣或非電解質溶液中直接發生化學反應而引起的腐蝕；生物腐蝕則是由生物如鐵細菌、真菌等引起的腐蝕。

往復式活塞泵輸送介質一般為含水溶液及其它顆粒物的漿體，所以往復式活塞泵腐蝕的主要原因是電化學腐蝕。

2.2往復式活塞泵防腐方法研究

往復式活塞泵承受的載荷工況十分復雜，對零件強度、剛度的要求比較高，不適合所有過流件都采用那些耐腐蝕的金屬或非金屬直接制造，如高硅鐵等。另一方面，考慮到設備成本問題，一般也不會完全采用高合金不銹鋼等耐蝕材料。以性價比較高的金屬作為主體，應用相應的金屬防腐技術來進行往復式活塞泵零件的設計是一種合理的方案。目前，金屬防腐的主要方法共三種：保護層法、緩蝕劑法與電化學保護法。

（1）保護層法：保護層法是最常用的防腐方法，一般是指通過涂層、電鍍等方式將金屬隔離于其它介質，使之構不成電池。

（2）緩蝕劑法：緩蝕劑法是通過在腐蝕環境中加入緩蝕劑，使有機緩蝕劑分子中的基團或吸附中心吸附在金屬表面，形成吸附層以保護金屬，或者直接阻滯電解質溶液中的電池反應。由于緩蝕劑在使用過程中無須改變金屬構件的物理特性，也不需要專門的設備，同時具有適應性強、經濟性低廉等諸多優點，因此能夠廣泛應用在酸洗冷卻水系統金屬制品的儲運等多種的工業生產過程。

（3）電化學保護法：電化學保護法是通過外部電流作用，使被腐蝕金屬的電位發生變化，達到減緩、抑制金屬腐蝕目的。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設備的腐蝕。

由于緩蝕劑法需要向往復式活塞泵所輸送的漿體中填寫物質，相當于改變了用戶的料漿，所以可實施性很小；而電化學保護法所包含的陽極保護是向金屬表面通入足夠的陽極電流，使金屬溶解大為減緩，陰極保護是向腐蝕金屬表面通入足夠的陰極電流，使金屬發生陰極極化，即電位變負以阻止金屬溶解。其一般用于設備整機處于腐蝕環境的情況，不適用于只是過流部位接觸腐蝕性介質的往復式活塞泵。綜合比較，保護層法是往復式活塞泵比較適合的防腐方式。

2.3低濃度酸性介質輸送用往復式活塞泵的防腐方案

2.3.1酸性介質特性分析

往復式活塞泵輸送的常規酸性介質主要包括硫酸、硝酸、鹽酸及磷酸。（1）硫酸。低濃度硫酸不屬于強氧化劑，只是具有一定的酸性。對于普通的金屬材料而言，稀硫酸對鋼和鑄鐵鐵的腐蝕很大，酸濃度為47%左右時，腐蝕率達到最高值；（2）硝酸。強氧化性酸，將強氧化性和強腐蝕性集于一身，一般性金屬大多遇到硝酸會被迅速腐蝕和破壞，工業上應用較多的金屬只有不銹鋼、鋁高硅鐵等少數幾種。其中，不銹鋼耐一切濃度的硝酸，價格相對不高，是目前用途最廣泛的材料；（3）鹽酸。強還原性酸，具有高強度的腐蝕性。世界上絕大多數金屬的標準電極電位都低于在氫標準電極電位，所以當金屬遇到大量氫離子的鹽酸溶液時，金屬正離子就會迅速進入溶液，置換出氫離子散發空氣中，形成非常強烈的放氫型腐蝕，只有一些貴重金屬如金、銀和少數合金如鎳鉬鐵合金對鹽酸有良好的耐蝕性；（4）磷酸。磷酸也是一種強腐蝕性介質，鋼鐵不耐磷酸，鐵素體和馬氏體不銹鋼只耐充氣的稀酸。

2.3.2堆焊不銹鋼防腐

堆焊是指在比較廉價的結構鋼厚壁母體上堆焊一層相當厚度的耐蝕不銹鋼。該方法以其成本低廉、效果良好等優點被廣泛應用，如高壓容器的封頭、熱交換器的厚管板等。其中，平均堆焊率較高的帶極堆焊是比較常用的堆焊方法。

不銹鋼對于任何濃度的硝酸以及常溫下暴露于大氣中的稀硫酸均具有耐腐蝕性，在低濃度磷酸中耐腐蝕性也很好，但在鹽酸中，由于存在氯離子，耐腐蝕性不良。以不銹鋼為焊接材料，通過堆焊至原金屬的方式，可達到金屬防腐的目的。

2.3.3“襯膠”方式防腐技術

“襯膠”方式防腐技術。指在金屬或其它基體表面上帖附橡膠材料，使其形成封閉性、連續性的隔離層，以達到防護腐蝕性介質對金屬表面的磨蝕和侵蝕等物化損傷。這種防腐方法成本上非常低廉，同時施工方便，更多的被人們所采納和認可，以下為幾種應對不同腐蝕溶液的襯膠方法：

（1）稀硫酸防腐：天然或合成橡膠襯里可以用于60%以下的稀硫酸，最高使用溫度為60℃～65℃；丁基橡膠可以用于70℃、70%～75%硫酸，氟橡膠則可以耐一切濃度的硫酸。

（2）稀硝酸防腐：氟橡膠襯里。其可耐70%以下的硝酸，溫度可達到85℃。對于30%以下的硝酸，也可采用丁基橡膠，最高使用溫度50℃以上。

（3）稀鹽酸防腐：丁腈橡膠等襯里，可用橡膠品種較多，使用溫度根據橡膠品種而定。

（4）稀磷酸防腐：各種橡膠襯里。其中，天然橡膠、氯丁和丁基橡膠都使用與65℃、85%以下的磷酸，不會使酸染色；丁苯橡膠具有相同的耐蝕性，但會使酸染色。幾種橡膠中，天然橡膠的用途最廣泛，價格也比較便宜。

2.3.4低濃度磷酸介質防腐實例

某合同往復式活塞泵輸送介質含磷酸濃度為2%，介質最高溫度為85℃。其防腐處理可采用如下方案：內表面不需加工的過流件采用丁基橡膠襯里。內表面需要加工的零件（隔膜腔）及隔膜室蓋則采用了以309L為過渡層、2209為焊接層的堆焊處理。

結論

本項目以往復式活塞泵零件防腐為出發點，通過查找相關資料，分析了往復式活塞泵的腐蝕機理，并在此基礎上提出了酸性介質輸送中，金屬外殼與耐腐蝕材料相結合的防腐方案。該研究為往復式活塞泵的低濃度酸性防腐設計提供了參考，增加了我們的技術儲備。

參考文獻

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[2]左景伊，左禹.腐蝕數據與選材手冊[M].北京：化學工業出版社，1995.

[3]王娟.表面堆焊與熱噴涂技術[M].北京：冶金工業出版社，2004.

中圖分類號：TH137

文獻標識碼：A