摘要:介紹了腐蝕現象在離心機設計和應用中容易忽視的一些問題,提出了幾種腐蝕現象的影響及其危害,並從結構設計和其它防護方面進行了分析,以供相關人士探討。
近年來,我國國民經濟持續發展,新技術新工藝呈出不窮,離心機的應用範圍不斷拓展,更加廣泛;不過,在離心機生產這一過程中,大多數廠家更多關心的是離心機的分離性能、強度要求,對腐蝕因素的影響往往重視不夠,從而帶來了一些負面的影響,本文就此問題作一些分析,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明,離心機是一種高速旋轉的設備,其安全要求與壓力容器同樣重要,大多數離心機生產企業在設計、選型和應用中,更多考慮了均勻腐蝕對強度零件的影響,疏忽了結構設計,加工工藝等對腐蝕環境的適應性,導致了一些嚴重的後果。不僅零件出現腐蝕傾向,污染被分離物料;更嚴重的甚至造成機毀人亡。
1.離心機環境
離心機根據功能、結構的不同可分為不同的類型,但不論是過濾型、分離型還是沉降型,就其基本結構而言,都具有以下一些共同的特點:
（1）轉鼓為高速旋轉件;
（2）以轉鼓為主體構成分離空間;
（3）轉鼓呈異形結構;
（4）待分離物料為流體;
（5）轉鼓內還存在其他一些金屬或非金屬聯接件或配合件。
轉鼓的這幾個特點,說明了離心機的核心零件是一個複合應力件,它的異形幾何形狀,導致了零件的應力分佈多區;多零件的配合,又使形成電偶對的機會成為可能,這都是設計時值得注意的一些情況。
2.可能的腐蝕現象
金屬腐蝕形態主要分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類,前者因為表觀現象容易發現,而且在大多數手冊資料數據中都表述比較清楚,在此不作詳述,僅對後者進行一些探討。
局部腐蝕只發生在局部,是一個極其嚴重、危害較大的一種破壞,如孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕,磨損腐蝕等等,在離心機中,局部腐蝕普遍存在,應著重從其形成機理方面加以分析,採取措施.加以克服。圖1～3是一組腐蝕和試驗掛片。圖1零件由於鍛造組織不均勻,在大氣環境中就已形成輕微的表面腐蝕;圖2轉鼓零件在分離環境中已嚴重鏽蝕,這是一種複合腐蝕現象;圖3是材料在標準浸泡液中的掛片試驗情況。
2.1孔蝕
孔蝕是一種高度腐蝕的現象,主要存在於易鈍化的金屬中,如不鏽鋼等,由於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,造成孔蝕。孔蝕形成后.由於離心力的作用,將加速孔內電偶的動態過程,從而保證孔腐蝕的持續性,直至穿孔,這與靜態下的孔蝕現象完全不同。離心機在很多工況下處於連續運行狀態,一旦形成孔蝕缺陷,將會導致嚴重後果。嚴重孔蝕缺陷形成到一定程度,很大程度上影響受力件的強度,對於塑性材料,在高速離心力場影響下,會產生瞬間拉裂,對離心機造成嚴重破壞。
2.2晶間腐蝕
晶間腐蝕會造成零件失去強度和延伸性,引起零件脆斷,它是一種從表面沿晶粒邊界向內發展,外表面沒有腐蝕跡象的危害性損害。這種腐蝕,在日常維護保養中,很難發現異常,但當腐蝕到一定程度,改變了零件的內部組織,導致零件理化特性的嚴重衰減,產生突然爆裂或斷裂,後果十分嚴重。
2.3磨損腐蝕
磨損腐蝕即零件表面同時遭受磨損和腐蝕破壞。在離心機正常運轉中,由於物料中含有固體微粒或機械雜質,在接觸零件表面處形成相對運動,產生磨損。由於磨損面處改變了成形金屬纖維的分佈,可能產生連續纖維的斷裂,造成極性的變化和電負性的改變,形成局部的腐蝕環境,產生腐蝕。這種形態,主要是以磨損為主,能很容易觀察出來。
2.4應力腐蝕
應力腐蝕是在腐蝕性環境中,由於受一定的拉應力作用而引起的損害。它具備以下特徵:殘餘拉應力、外加拉應力、腐蝕性滲透環境、局部缺陷。這種腐蝕形象,主要是由於應力分佈不同產生的電位差異,在電解質液的作用下,形成電流,產生離子運動,從而導致腐蝕。這種腐蝕,有時也不易用眼觀察到。圖4是不同熱處理狀態下的試樣在人造海水中浸泡2天的情況
上述四種腐蝕是對離心機影響極其嚴重的,可能導致嚴重後果。
3措施
3.1應對措施
不同的物料及分離要求,需要選用不同的機型。機型及主參數確定后,根據不同材料在不同環境中的耐腐蝕性能,綜合其理化特性,性價比等諸多因素,從基本面上確定強度零件材料。從材料本身來看,它針對的目標物料是安全的。因此,離心機選材應遵循下列原則:
（1）沒有絕對的萬能防腐材料,必須充分了解應用環境,區分應用環境的屬性,是中性、酸性還是鹼性;是氧化性還是還原性等,要針對性地選。如不鏽鋼不適合濃硫酸,碳鋼卻適合。
不鏽鋼是在空氣和其它適應性環境下被鈍化后在其表面形成穩定保護層才不銹。碳鋼在氧化性環境中被氧化,其表面形成一層氧化膜,也處於不銹狀態。不鏽鋼在還原性環境,如鹵族液中,由於鹵族離子如Cl-,滲透能力很強,它會破壞在不鏽鋼表面形成的氧化膜,從而導致不鏽鋼零件的腐蝕。
（2）在同一應用環境中,儘可能選同一種材料或平衡電位相近的材料,避免造成電偶對環境。不同的材料具有不同的平衡電位,而電位差的存在,當處於貫通流場中必然形成電池,形成了腐蝕環境。
（3）綜合性價比,特別要重視加工工藝性的影響。離心機是一種高速旋轉的設備,在正常工作狀態下,轉鼓零件會產生較大的離心力,因此要求這些零件具有較好的塑性和強度。選材時,除價格因素外,必須重視其綜合性能,如冷加工特性和熱加工特性。
3.2結構設計
一個優秀的設計能延長設備使用壽命,確保設備的安全性。關於離心機結構設計,最容易加速腐蝕的設計缺陷是應力集中傾向和縫隙環境,有時儘管金屬浸泡溶液中,但由於設計環境合理,造成的腐蝕?化學狀態發生了變化（pH和電位下降）,將引起嚴重的縫隙腐蝕,因此設計上應注意:
（1）盡量避免縫隙的產生;如結構設計需要,儘可能避免縫隙成為死角,促進氧濃度的平衡,防止氧濃差的存在,減少腐蝕的損害。
（2）同一環境中,盡量採用同一種材料和同一種成型工藝;主要目的是防止電偶對的產生,避免形成腐蝕性環境。
（3）保證零件的組織均勻性或增加壓應力;選用經濟合理的加工方法,增強零件的防腐蝕能力。
（4）避免形成死角,確保流體暢通流動。防止形成氧濃差的腐蝕性環境。
（5）設計合理結構和合理加工方法。結構設計中,儘可能保證布料和流體流動的均勻性和穩定性。加工中要保證表面的光滑和避免應力集中和殘餘應力存在。
3.3表面防護措施
控制腐蝕的一個基本思路就是隔絕腐蝕環境。在離心機設計中,經常採用表面處理的辦法,如法蘭、鍍鋅、鍍鉻、化學鍍層、複合襯裡等辦法,這些措施在許多環境中是有效的;但對於旋轉零件,還必須注意一個重要的現象:基體材料與鍍層是兩種材料,其線膨脹係數是不同的,這些結構將在旋轉件彈性變形時產生不一樣的變形量,從而造成大量微裂紋的產生和複合面的剝離;若前述現象的存在,將加速腐蝕形成。因此,對於旋轉零件的表面防護方法,應謹慎採用。
3.4緩蝕劑
離心機本身涉及多學科,要使用好離心機,除上述一些措施外,還應該注意研究其應用環境。緩蝕劑的應用,在實際應用中,也大量採用。對某些惡劣環境,採用適當的緩蝕劑就能使零件達到適用的程度,只要工藝許可,緩蝕劑的採用,應該是離心機應用的一條有效之路。
3.5正確的工藝方法
設計正確,選材合理,只是解決離心機腐蝕的前提條件;加工工藝的正確應用也在一定程度上影響離心機的防腐能力。加工方法通常會在零件或設備上留下許多缺陷.如錯位、局部應力等;錯位可能造成縫隙;裝夾定位方法不合理可能導致零件偏心;不合理走刀可能產生表面粗糙;還有裝配不適當、焊接、熱處理方法或措施不合理、緊固螺栓用力不均等均會造成局部應力集中。因此,尋找正確的工藝方法也是防止腐蝕的一條有效途徑。
離心機的腐蝕問題是一個綜合的複雜問題,由於離心機的工作環境與一般資料及手冊在靜態中獲取的數據有較大差異。因此,在參照有關資料時,除上述分析外,還應考慮溶液中的溶氧、溫度、高速流體以及分離區的流態變化等諸多因素的影響,採用適當措施,確保離心機安全可靠運行。
