酸性氣體工況環(huán)境下隔膜泵液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

摘 要：本文首先簡要介紹了酸腐蝕的基本原理，接著對酸性環(huán)境中的隔膜泵液壓系統(tǒng)做了分部介紹，逐一對隔膜泵液壓系統(tǒng)可能發(fā)生的腐蝕做了分析，概述了腐蝕給隔膜泵液壓系統(tǒng)帶來的危害和影響，對液壓系統(tǒng)防腐的解決措施進行了系統(tǒng)概述，最后簡要總結了液壓系統(tǒng)酸腐蝕的類型和應對腐蝕的設計原則。

關鍵詞：酸性；環(huán)境；隔膜泵；液壓系統(tǒng)

中圖分類號： TH137 文獻標志碼：A

0 引言

引起腐蝕的最一般條件是：（1）大氣中含有SO2、H2S、Cl2和HCI；（2）液體中含有鹽，特別是氯化物中的陰離子；（3）源和源托材料不同，且處于潮濕環(huán)境中；（4）源的強輻射引起的空氣電離。酸性氣體環(huán)境中對隔膜泵液壓系統(tǒng)最大的隱患是酸腐蝕，酸腐蝕其性質是析氫電化學腐蝕，從熱力學看，增加溶液酸度會加速陰極反應，提高腐蝕率，但腐蝕率還和氫過電位有關，溶液的氧化性也影響金屬的腐蝕，氧化性增加，通常使腐蝕加速，但超過極限值可使金屬發(fā)生鈍化而抑制腐蝕，腐蝕產物也有一定影響，可溶性金屬鹽會催化陽極反應，不溶性腐蝕產物形成保護層會抑制腐蝕。

1 對液壓系統(tǒng)的影響分析

酸性氣體工況環(huán)境下液壓系統(tǒng)酸腐蝕屬于電化學腐蝕、濕腐蝕。而且隨著季節(jié)不同、環(huán)境溫度變化和空氣濕度變化其腐蝕率會發(fā)生變化，其主要影響是，對金屬件的破壞和對儀器儀表精準度的影響等。液壓設備結構如圖1所示。本項目液壓系統(tǒng)主要包括自動補排油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、超壓保護及排氣系統(tǒng)、控制儀表系統(tǒng)及液壓油箱。

1.1 自動補排油系統(tǒng)

1.1.1 功用

自動補排油系統(tǒng)的功能是控制隔膜室中的油量及橡膠隔膜的運動位置，其原理如圖2所示。

1.1.2 結構概述

自動補排油系統(tǒng)主要由二位三通電磁閥、兩位兩通閥組、蓄能器、氣源調節(jié)裝置、截止閥、單向閥、儀表及管件等組成。

1.2 沖洗系統(tǒng)

1.2.1 功用

沖洗系統(tǒng)用來給隔膜泵液力端油缸進行冷卻和潤滑，進而起到延長活塞密封圈使用壽命的作用，其原理如圖3所示。

1.2.2 結構概述

沖洗系統(tǒng)設計為環(huán)路結構，保證油液供應均勻性，從而達到充分的冷卻效果。沖洗系統(tǒng)主要由吸油過濾器、油泵電機組、檢測儀表和管件等構成。

1.3超壓保護系統(tǒng)

1.3.1功用

當隔膜泵液力端超壓后，液力端液壓油經超壓保護系統(tǒng)卸荷，從而保護液力端零部件不受損壞，其原理如圖4所示。

1.3.2結構概述

超壓保護系統(tǒng)采用雙單向閥串聯(lián)結構與液力端相聯(lián)接結構。主要零部件有：單向閥、蓄能器、壓力表、排油管、回油管等。

1.4腐蝕分析

對于以上液壓分系統(tǒng)在酸性氣體工況環(huán)境下，可能發(fā)生的腐蝕分析如下：

1.4.1點蝕

點蝕是一種腐蝕后出現(xiàn)微小蝕孔的局部腐蝕形式，嚴重的點蝕會造成零件穿孔或突發(fā)性失效。例如液壓管路發(fā)生點蝕后將會引起管路泄露，降低液壓系統(tǒng)效率，焊接處發(fā)生點蝕將會引發(fā)開焊，破壞零部件強度等不良后果。點蝕與零部件表面缺陷有關，如，晶間結構不均勻、位錯表面露頭、表面夾雜物或表面刻痕等。

1.4.2縫隙腐蝕

縫隙腐蝕是發(fā)生在金屬與金屬或金屬與非金屬結合縫隙內的一種局部腐蝕，通常在縫隙中有溶液存在。縫隙腐蝕常發(fā)生在鉚釘、螺栓連接、法蘭、墊圈、密封等處。如圖5所示實例，發(fā)生縫隙腐蝕的縫隙寬度沒有明確的尺寸界限，通常為幾微米寬。在寬的溝槽或縫隙內由于介質流動性好，較少發(fā)生縫隙腐蝕。減少縫隙腐蝕的方法如下：

（1）在結構上避免出現(xiàn)縫隙，或使縫隙盡可能敞開。

（2）油箱要便于清除沉雜物。

（3）在縫隙腐蝕敏感區(qū)域覆蓋一層抗縫隙腐蝕性能好的合金。

（4）在陰極表面的周圍涂上油漆。

（5）采用抑制劑。

（6）避免或減少采用金屬/非金屬的連接。

1.4.3晶間腐蝕

發(fā)生在晶界上的局部腐蝕現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。晶間腐蝕由于會使晶間處晶粒間的結合力降低，造成材料強度下降，但表面尚保持完整、均勻甚至光滑，因此潛在的危害較大。隔膜泵液壓系統(tǒng)中在焊接處，如果后期處理不完全，C元素對不銹鋼的敏化有重要影響。

1.4.4應力腐蝕

應力腐蝕（SCC）通常的結果是造成材料斷裂。在腐蝕過程中，當材料受應力作用時，發(fā)生的腐蝕過程，造成應力腐蝕開裂的應力遠低于材料在無腐蝕介質存在時正常的斷裂應力，其根源在于材料內微裂紋的擴展。應力腐蝕開裂失效與材料所處的環(huán)境有關。液壓系統(tǒng)不銹鋼管路焊接處如果夾雜有碳化物，碳元素對不銹鋼的敏化有重要影響。

1.4.5 腐蝕疲勞

腐蝕疲勞是指在腐蝕與循環(huán)應力的聯(lián)合作用下引起材料疲勞強度下降的現(xiàn)象。液壓系統(tǒng)中的軸承和彈簧是典型的受循環(huán)應力作用的部件。處于酸性環(huán)境中，受高壓力往復作用的兩位兩通閥如圖6所示，從而導致裂紋的擴展直至斷裂。

1.4.6 磨蝕

磨蝕發(fā)生在有相對流動的場合中，是金屬腐蝕與流體機械協(xié)同作用的一種過程。磨蝕程度受流速、流態(tài)、表面鈍化膜的強度和氣體中的固體顆粒成分、大小、硬度等影響，在酸性環(huán)境中腐蝕性氣體處于液壓系統(tǒng)外部，所以在液壓零部件外部會發(fā)生不同程度的磨蝕。

1.4.7 氣蝕

金屬表面因受到氣泡破裂所帶來的高壓反復沖擊，產生金屬碎片，這些活化的金屬暴露在酸性氣體中，又重新受到酸性氣體的腐蝕，如圖7所示，被初始腐蝕的零件周圍其他零部件隨著腐蝕擴散重新受到酸性氣體的腐蝕。。

綜上，無論發(fā)生哪種類型的腐蝕都會對液壓系統(tǒng)造成不同程度的腐蝕，腐蝕的后果如下：endprint

（1）液壓系統(tǒng)流量、壓力發(fā)生變化，無法保證原始設計參數(shù)結果準確性。

（2）液壓系統(tǒng)效率降低。

（3）零部件失效。

（4）儀表參數(shù)顯示不準確。

（5）傳感器控制參數(shù)偏離設定值，引發(fā)系統(tǒng)設備誤動作。

（6）整套設備運行穩(wěn)定性和可靠性不能保證。

2 解決措施

對于酸腐蝕的應對措施可通過兩方面來考慮，一方面通過用戶車間凈化處理，另一方面對液壓系統(tǒng)進行防腐設計。

2.1 工廠凈化處理

玻璃鋼酸霧凈化塔對于腐蝕性氣體的治理，目前多采用液體吸收法治理，酸霧凈化塔，廣泛應用于各種化工、電工電子、冶金、工業(yè)生產等多種領域的氣體凈化工藝。

2.2 液壓系統(tǒng)防腐設計

無論液壓元器件還是儀器儀表，防腐設計主要從材料方面入手解決。另外，對腐蝕性介質應選用像不銹鋼之類的彈性元件或敏感元件。

2.2.1 防腐材料

常用的防腐材料有不銹鋼、哈氏合金、蒙乃爾合金、鈦、鉭等，這是最簡單、最直觀的處理方法。

2.2.2 液壓元器件及儀表防腐

提高液壓元器件及儀表抗腐蝕性能的方法有以下幾種方法：

（1）隔離：采用隔離介質，避免液壓元件或儀表直接接觸腐蝕環(huán)境，在隔膜泵液壓系統(tǒng)設計中該方法成本較高，一般不推薦采用。

（2）采用防護層：如噴涂、電鍍、襯里、氧化、磷化和鈍化處理、表面合金化等。防護層涂鍍可對整套液壓系統(tǒng)外表面做優(yōu)化處理，達到防腐目的，減緩液壓元器件及儀表失效，進而增加液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性。

在儀表防腐中，合理選用耐蝕儀表防腐材料是提高儀表防腐能力根本性的途徑，一般來說，儀表中使用的耐蝕金屬材料有兩類，一類是通用材料，即并非為儀表專用，而是在機械制造中通用的材料，如耐蝕鑄鐵、耐蝕鑄鋼、不銹鋼和耐熱鋼、耐蝕結構鋼、耐蝕有色金屬和合金等；另一類是儀表專用合金材料，這類材料一般都具有某些特殊性能，如彈性、磁性、電阻、膨脹性能等，它們統(tǒng)稱儀表材料，而兼有耐蝕性能的儀表材料稱為耐蝕儀表材料。

對于無法采用上述防腐方法或采用上述方法仍不足以滿足防腐要求時，則必須使用抗蝕儀表材料，提高儀表材質本身的防腐能力。這也是提高儀表防腐能力根本性的途徑。

結語

（1）酸性氣體工況環(huán)境下隔膜泵液壓系統(tǒng)可能發(fā)生的腐蝕有：點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、磨蝕（沖蝕）、氣蝕等。

（2）主要解決措施以液壓系統(tǒng)防腐設計為主，設計初始，對于各零部件的材料選用、材料性能及關鍵數(shù)據(jù)進行全面分析和掌握；生產制造過程中對零部件裝配面、密封面、焊接口等接口處進行完全清理，防止腐蝕發(fā)生；后期表面處理應選擇合適的、相容的防腐材料；儀表選用密封可靠、表面處理細致、有防腐產品業(yè)績的生產廠家。

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