在腐蚀性介质工况下的阀门,防腐蚀是最关键,如果不能正确地选择阀门的金属材料,易造成事故甚至引发灾难。认为不锈钢是“万能材料”,不论什么介质和环境条件都捧出不锈钢,这是不正确的,也是很危险的。下面针对一些常用化工介质介绍阀门选材的要点,在选材时切不可随意和盲目,应多查阅相关资料或借鉴成熟经验。
1. 硫酸介质
硫酸是强腐蚀介质之一,是用途非常广泛的重要工业原料。不同浓度和温度的硫酸对材料的腐蚀差别较大,对于浓度在80%以上、温度小于80℃的浓硫酸,碳钢和铸铁有较好的耐蚀性,但它不适合高速流动的硫酸,不适用作阀门的材料;普通不锈钢如304不锈钢(0Cr18Ni9)、316Ti不锈钢(0Cr18Ni12Mo2Ti)对硫酸介质也用途有限。因此输送硫酸的阀门通常采用高硅铸铁(铸造及加工难度大)、高合金不锈钢(20号合金)制造。氟塑料具有较好的耐硫酸性能,采用衬氟阀门(F46)是一种更为经济的选择。如果压力过大,温度升高,塑料阀就不适用,只能选择比它贵得多的陶瓷球阀了。
2. 盐酸介质
绝大多数金属材料都不耐盐酸腐蚀(包括各种不锈钢材料),含钼高硅铁也仅可用于50℃、30%以下盐酸。和金属材料相反,绝大多数非金属材料对盐酸都有良好的耐腐蚀性,所以内衬橡胶泵和塑料泵(如聚丙烯、氟塑料等)是输送盐酸的最好选择。但这样的介质如果温度超过了150℃,或者压力大于1.6MPa时,塑料材质(包括聚丙烯、氟塑料甚至是聚四氟乙烯)将不适用了,可以使用陶瓷球阀。这种阀门的优点是自润滑性,扭矩力小,不老化,寿命比一般的阀门要长得多;它的缺点就是,价格比塑料阀门高得多。
3. 硝酸介质
一般金属大多在硝酸中被迅速腐蚀破坏,不锈钢是应用最广的耐硝酸材料,对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性,值得一提的是含钼的不锈钢(如316、316L)对硝酸的耐蚀性不仅不优于普通不锈钢(如304、321),有时甚至不如普通不绣钢。而对于高温硝酸,通常采用钛及钛合金材料。
4. 醋酸介质
醋酸是有机酸中腐蚀性最强的物质之一,普通钢铁在一切浓度和温度的醋酸中都会严重腐蚀,不锈钢是优良的耐醋酸材料,含钼的316不锈钢还能适用于高温和稀醋酸蒸气。对于高温高浓醋酸或含有其他腐蚀介质等苛刻要求,可选用高合金不锈钢或氟塑料材质阀门。
5. 碱(氢氧化钠)
钢铁广泛应用于80℃以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液,也有许多石化工厂在100℃、75%以下时仍采用普通钢铁,虽然腐蚀增加,但经济性好。普通不锈钢对碱液的耐蚀性与铸铁相比没有明显优点,只要介质中容许少量铁分掺入,不推荐采用不锈钢。对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。
6. 氨(氢氧化氨)
大多数金属和非金属在液氨及氨水(氢氧化氨)中的腐蚀都很轻微,只有铜和铜合金不宜使用。
7. 氯气(液氯)
大多数金属阀抗氯气的腐蚀都是很有限的,尤其是氯气带水的情况,包括各种合金阀门,这种情况下,聚四氟乙烯阀门是个很不错的选择,但是生产氯碱的化工厂会发现:聚四氟乙烯阀用的时间稍微一长,扭矩力增大,聚四氟乙烯老化的问题就会凸显出来了,这种情况下发生的泄漏就是致命的了。可以考虑用衬聚四氟乙烯陶瓷球芯替换原来的普通衬聚四氟乙烯阀门,利用陶瓷的自润滑性和聚四氟乙烯的耐腐蚀性会有完美的效果。
8. 盐水(海水)
普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀率不太高,一般须采用涂料保护;各类不锈钢也有很低的均匀腐蚀率,但可能因氯离子而引起局部性腐蚀,通常采用316不锈钢较好。
9. 醇类、酮类、酯类、醚类
常见的醇类介质有甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇等,酮类介质有丙酮、丁酮等,酯类介质有各种甲酯、乙酯等,醚类介质有甲醚、乙醚、丁醚等,它们基本没有腐蚀性,常用材料均可适用,具体选用时还应根据介质的属性和相关要求做出合理选择。另外值得注意的是酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性,在选择密封材料时避免出错。
10. 某酸性介质阀门选用工程应用
a. 闸阀
阀体、阀盖(ASTM A216-WCB);闸板(ASTM A216-WCB/CR13、OVER-LAY-NC、ASTM A217-CA15(10英寸及以下NC);阀杆(ASTM A182-F6a-NC);手轮(球墨铸铁);填料(316+石墨)。
b. 截止阀
阀体、阀盖(ASTM A216-WCB);阀瓣(ASTM A182-F6a);阀杆(ASTMA182-F6a-NC);手轮(球墨铸铁);填料(316+石墨)。
c. 止回阀
阀体、阀盖(ASTM A216-WCB);阀瓣[ASTM A217-CA15-NC(4in及以下)&ASTM A216-WCB/ER410-NC];摇杆(ASTM A216-WCB)。
d. 某海水管道阀体材料的替换
国外某10"NPS海水管道,阀门原设计为ASMECL150,RF法兰,阀体为A216 WCB,Epoxy-Phenol Novolac Coating(环氧酚醛树脂涂料)Int.Coated,API Trim No.8,手轮操作。
由于阀门制造商提出无法生产这种内涂敷环氧酚醛树脂涂料阀门,把阀体和阀杆材料换成了SS A351 VF8M BODY,SS316 TRIM。新换的材料价格较贵。另外,由于管子和法兰螺栓螺母为碳钢,如果用这种不锈钢阀体,还需单独采购阀体与法兰螺栓螺母隔离的配套元件,防止异种钢之间的腐蚀。