【硫化機真空泵】真空泵耐腐蝕的理論基礎和市場產品局限性分析

時間：2021-04-01

不銹鋼真空泵耐腐蝕的理論基礎和市場產品局限性

真空泵耐腐蝕為什么這么難？

一、腐蝕種類多種多樣，化學、電化學腐蝕和物理腐蝕并存

首先，真空泵大多是用金屬材料制作而成，而金屬耐腐蝕卻是**的弱勢，引用《腐蝕手冊》的話來說，腐蝕是材料在環(huán)境的作用下引發(fā)的破壞，其種類多種多樣。在泵運行環(huán)境下，金屬材料要受到化學、電化學、物理多種交叉腐蝕，而且一個都不少。

▲泵用金屬材料需要面對的腐蝕種類

物理腐蝕指的主要是氣蝕，氣蝕發(fā)生在高流速液體，并有壓力變化的環(huán)境中。氣泡破滅時產生沖擊波壓力，可以撕裂金屬粒子，引發(fā)設備變形。無論您選用哪一種材料的真空泵，如果前期選型出現(xiàn)錯誤的話，選擇抽氣量過大的真空泵，或者后期使用過程中操作不當，都會出現(xiàn)氣蝕！

二、泵內介質高流速加速腐蝕

《腐蝕手冊》有個經典案例，用碳鋼管道輸送濃度為7%的硫酸，管道流速為0.0007~0.0026m/s，碳鋼管道可以長期耐受腐蝕，而碳鋼泵輸送同樣的硫酸，泵的使用壽命僅僅為72小時，因為碳鋼泵流速已經高達23.08m/s (1500rpm），高流速會較大的加速腐蝕速率！所以，當你查詢《腐蝕手冊》時，某一種材料耐酸性較好，也僅僅是指在靜態(tài)浸泡條件下的腐蝕速率，與真空泵高流速工況條件的腐蝕速率，還是存在相當大的差異的！

三、泵內升溫會加速腐蝕

真空泵長期運行后，自身的機械運轉會產生熱能，抽取的氣體也會帶來熱量，某些情況下，泵腔內部的工作液也會產生汽化熱，所以，真空泵升溫也是不可避免的。我們以硫酸對灰鑄鐵腐蝕為例，每增加10℃，硫酸腐蝕灰鑄鐵速率增加一倍。

而即使是耐腐蝕性優(yōu)秀的不銹鋼316L，隨著鹽酸溫度的增加，鹽酸對不銹鋼316L的腐蝕速率也起到一個加速的作用

四、濃度變化也會影響腐蝕效率

在溫度不變的情況下，介質濃度的變化對腐蝕速率可能是加速或減速。減速主要原因是有的金屬會產生鈍化膜，從另一個方面來說，金屬靠鈍化膜防腐是有很大局限性的，必須在一定濃度范圍之內，或者是某一類酸，比如，硫酸濃度增加，灰鑄鐵耐腐蝕性是增強的，而鹽酸濃度增加，不銹鋼316L的耐腐蝕性反而變弱，如下圖：

五、工況條件的復雜性

**講到得還只是一些耐腐蝕的基本困難，它們還僅僅是腐蝕種類多、高流速、溫度和濃度加速腐蝕的基本條件，但在實際應用中，我們往往發(fā)現(xiàn)你要抽的氣體含有的介質，每一家化工單位的工況都與眾不同，包羅萬象，各有特色，下面一張圖比較符合我剛剛入行學做方案時的感受：

問題是，有時候醫(yī)藥廠往往是需要轉產的，今年做這個產品，明年可能開始轉產另外一個，工況條件發(fā)生很大變化，耐腐蝕安全余量小的真空泵往往無法適用與新產品新工況，有時候**（老板）提出的要求又要耐酸、又要耐堿、又要耐**溶劑，又要耐磨、又要便宜、又要耐用還好修，還要適應未來工況的變化，想啥好事兒呢？

所以，我們去年幾個月的主要工作，就是搜集國內所有耐腐蝕真空泵的**，經過深入了解和學習之后，我們發(fā)現(xiàn)真空泵耐腐蝕技術實際上分為幾個流派，分別是襯涂鍍、**級合金、復合材料三大門派：

一、襯、涂、鍍技術的特點：

襯、涂、鍍技術主要思路就像鋼鐵俠一樣，血量不高的人體裝上一層耐腐蝕護甲。用陶瓷做襯層、涂料做涂層、哈氏合金做滲層，這種工藝在液環(huán)泵、螺桿泵、往復泵、羅茨泵上應用較多。襯、涂、鍍技術經歷了百家爭鳴，百家齊放的階段，最后實踐證明，這種護甲型耐腐蝕技術確實管用，但也有一定的局限性，就是防護周期較短，耐腐蝕安全余量有限。有的客戶反映，半年之后防護層就消耗掉了，需要回廠再做襯層，但有的客戶需要生產保持連續(xù)性和穩(wěn)定性，還是希望耐腐蝕壽命再長一些。

二、**級合金技術特點：

**級合金耐腐蝕技術，主要是利用鈦合金、哈氏合金、雙相鋼這幾種**級合金打造一臺**級合金真空泵，在液環(huán)泵、螺桿泵、羅茨泵應用較多。它的特點就是耐腐蝕安全余量高，從里到外全都是耐腐蝕的**級合金，相當于變形金剛一樣，從里到外都是真金白銀，所以，它是土豪**的?。?！

因為這些**級合金實在是太貴了，謹慎選擇！因為即使是**級合金，也存在自身的弱點，我們引用論壇大神的一段觀點：

鈦金屬材料廣泛應用于氯堿、氯酸鹽、鹽酸等車間部門，是由于鈦耐腐蝕性強，化學性質穩(wěn)定，幾乎不與任何物質反應，機械性能也相當優(yōu)異。

但唯*不能用于干氯氣場合。在干氯氣條件下，即使低溫**0度的條件下，氯氣和鈦金屬也會發(fā)生劇烈的化學反應，生成四氯化鈦，四氯化鈦再分解成二氯化鈦，反應劇烈時出現(xiàn)鈦金屬燃燒現(xiàn)象。氯堿部門，以前呈出現(xiàn)過氯氣換熱器中的列管被燃燒掉的事故。

比較奇妙的是當氯氣中含水量**0.5%時，兩者根本不反應，鈦材料表現(xiàn)的相當穩(wěn)定，這也是為什么鈦料廣泛應用于氯堿、氯酸鹽、鹽酸部門的原因。

并且鈦材料較輕，強度大，使用的鈦設備壁厚通常較鋼材、不銹鋼等材料要小很多，在航天上也被廣泛應用。

雙相鋼作為一種添加了特殊添加物的新型合金，自身造價在**級合金里面，是非常親民的了，這幾年在很多廠家也有應用，目前也在等待市場的使用反饋。

三、復合材料特點：

復合材料耐酸具有天生的優(yōu)勢，因為它本身不受化學腐蝕和電化學腐蝕的困擾，它往往與酸不發(fā)生反應，但是它是不耐堿的，有的復合材料還會被**溶劑溶解，發(fā)生溶脹、溶縮、失重、增重或喪失強度的問題，所以復合材料的選擇也是比較嚴苛的。

除此之外，還有難點，就是復合材料的強度；

例如，聚丙烯材料的拉伸強度在20M~30MPa之間，彎曲強度在25M~50MPa之間。如果要想把PP用在工程結構件上，就必須使用玻璃纖維進行增強。玻纖增強改性PP，通過玻璃纖維增強的PP產品的機械性能能夠得到成倍甚至數(shù)倍的提高。具體來說，拉伸強度達到了65MPa~90MPa，彎曲強度達到了70MPa~120MPa。

但是，這還遠遠不夠，要知道，泵用金屬的拉伸強度都在200-550MPa之間，所以，我們花費二十多年，將一種纖維增強塑料的強度做了三次升級，它是一種玻璃纖維和酚醛樹脂的復合材料，升級后的強度達到了315MPa，比泵用灰鑄鐵強度要高，比泵用不銹鋼強度低，可以應用于真空泵的正常運行。

在解決材料強度問題之后，我們又做了大量浸泡實驗，在鹽酸、硫酸、硝酸、芐醇、甲苯、對二甲苯、氯乙酸乙酯、氯化芐、四氫呋喃等各種酸類、**溶劑中，做了長期的浸泡，之后測試材料的強度變化，觀察是否出現(xiàn)溶脹、失強等現(xiàn)象，如下圖：

在材料滿足了耐酸、強度的要求后，進一步的工作就是較大化的用復合材料制作一臺真空泵，我們實現(xiàn)了90%以上配件都使用同一種材料的目標，這樣做的好處是，材料同種同源，制作配件時材料應力相同，各種配件契合度較好，制作工藝較為方便，而且讓真空泵具有了較大化的耐腐蝕安全控件，如下圖：

在很多客戶多年的信任和幫助下，這種纖維增強塑料真空泵經過了實踐的檢驗，在各種工況條件下，表現(xiàn)出了優(yōu)秀的耐腐蝕性能，平均使用周期3-5年，較長使用周期有的客戶甚至用到了8年以上，我們將幾種經典的工況條件的使用案例，放在下面作為參考

▲氯化氫、二甲苯、甲苯 - 使用8年

▲硫酸 - 使用10年

▲醋酸濃度80% - 使用8年

可能有的朋友會說，還有水噴射泵啊，用很多年都沒問題的，耐腐蝕**好的，說的也沒錯，但真空泵效率是有分層和排序的，我們以11KW真空泵做一個橫向的對比，你會發(fā)現(xiàn)各種類型的真空泵分別從多個層面覆蓋了整個市場需求，既有干式泵與液環(huán)泵的干濕搭配，適用于含水分或不含水分的工況；既有螺桿泵這種要求清潔氣源的，也有水噴射、液環(huán)泵這種不怕灰塵，胃口好不挑食的；既有螺桿泵占地小，真空度高，也有羅茨泵搭配液環(huán)泵、往復泵、水噴射實現(xiàn)高真空的，但占地面積大，兩者在價格也是高低搭配；

所以說，只用一款真空泵滿足整個耐腐蝕真空泵市場需求是不現(xiàn)實的，每一款泵存在都有它的道理，都有市場對它的需求；而耐腐蝕真空泵也是在傳統(tǒng)真空泵基礎上設計優(yōu)化而來的，耐腐蝕真空泵不可能跳出三界之外，不在五行之中；而水噴射一方面受到國家環(huán)保政策的限制，很多園區(qū)禁止使用，另一方面，水噴射的工作原理是一個汽水混合的文丘里結構，冬季水噴射泵運行1個小時之后，水箱工作液溫度**35℃左右，真空度便以肉眼可見的速度迅速降低至0.07~0.08MPa左右；而夏季較快，僅僅運行20-30分鐘，真空度也快速降低，而想想中國南方漫長夏季高溫，對一部分要求長時間高真空的客戶來說，就很難接受。

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