低浓度酸性介质输送用往复式活塞泵的防腐研究

吴铁奎（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁 沈阳 110144）



低浓度酸性介质输送用往复式活塞泵的防腐研究

吴铁奎
（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁 沈阳 110144）

摘 要：以输送具有腐蚀性的低浓度酸性介质的往复式活塞泵的防腐问题为研究对象，通过查询相关资料，了解金属腐蚀机理及防腐技术的现状，提出低浓度酸性介质输送用往复式活塞泵的防腐方案，并以磷酸防腐为例，探讨了其防腐工艺、防腐成本等技术问题。这不仅解决了输送低浓度酸性介质的防腐问题，更重要的是实现了往复式活塞泵防腐问题的技术储备。

关键词：酸性介质；往复式活塞泵；腐蚀机理

1　项目介绍

随着往复式活塞泵产品应用领域的拓宽，往复式活塞泵输送介质的种类越来越多，当输送腐蚀性的介质时，为了避免零件损坏，必须将防腐考虑在内。2013年，秘鲁项目提出了海水腐蚀问题；2014年，贵州项目涉及到极端情况下pH=2的酸性介质输送问题，市场提示我们，研究往复式活塞泵防腐技术迫在眉睫。

对往复式活塞泵而言，接触料浆的零件包括进料管、弯管、隔膜室、阀箱、出料管等浆体过流件，常见的腐蚀介质包括酸性介质、海水、含磷矿浆等。本项目主要研究了上述过流件接触低浓度酸性介质时的防腐措施，奠定了防腐泵型的设计基础。

2　项目实施

2.1往复式活塞泵腐蚀机理分析

金属腐蚀主要可分为以下三种类型，化学腐蚀、电化学腐蚀和生物腐蚀。电化学腐蚀是指金属与电解质溶液接触时，通过电极反应，形成原电池而引起的腐蚀；化学腐蚀是指金属在干燥空气或非电解质溶液中直接发生化学反应而引起的腐蚀；生物腐蚀则是由生物如铁细菌、真菌等引起的腐蚀。

往复式活塞泵输送介质一般为含水溶液及其它颗粒物的浆体，所以往复式活塞泵腐蚀的主要原因是电化学腐蚀。

2.2往复式活塞泵防腐方法研究

往复式活塞泵承受的载荷工况十分复杂，对零件强度、刚度的要求比较高，不适合所有过流件都采用那些耐腐蚀的金属或非金属直接制造，如高硅铁等。另一方面，考虑到设备成本问题，一般也不会完全采用高合金不锈钢等耐蚀材料。以性价比较高的金属作为主体，应用相应的金属防腐技术来进行往复式活塞泵零件的设计是一种合理的方案。目前，金属防腐的主要方法共三种：保护层法、缓蚀剂法与电化学保护法。

（1）保护层法：保护层法是最常用的防腐方法，一般是指通过涂层、电镀等方式将金属隔离于其它介质，使之构不成电池。

（2）缓蚀剂法：缓蚀剂法是通过在腐蚀环境中加入缓蚀剂，使有机缓蚀剂分子中的基团或吸附中心吸附在金属表面，形成吸附层以保护金属，或者直接阻滞电解质溶液中的电池反应。由于缓蚀剂在使用过程中无须改变金属构件的物理特性，也不需要专门的设备，同时具有适应性强、经济性低廉等诸多优点，因此能够广泛应用在酸洗冷却水系统金属制品的储运等多种的工业生产过程。

（3）电化学保护法：电化学保护法是通过外部电流作用，使被腐蚀金属的电位发生变化，达到减缓、抑制金属腐蚀目的。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。

由于缓蚀剂法需要向往复式活塞泵所输送的浆体中填写物质，相当于改变了用户的料浆，所以可实施性很小；而电化学保护法所包含的阳极保护是向金属表面通入足够的阳极电流，使金属溶解大为减缓，阴极保护是向腐蚀金属表面通入足够的阴极电流，使金属发生阴极极化，即电位变负以阻止金属溶解。其一般用于设备整机处于腐蚀环境的情况，不适用于只是过流部位接触腐蚀性介质的往复式活塞泵。综合比较，保护层法是往复式活塞泵比较适合的防腐方式。

2.3低浓度酸性介质输送用往复式活塞泵的防腐方案

2.3.1酸性介质特性分析

往复式活塞泵输送的常规酸性介质主要包括硫酸、硝酸、盐酸及磷酸。（1）硫酸。低浓度硫酸不属于强氧化剂，只是具有一定的酸性。对于普通的金属材料而言，稀硫酸对钢和铸铁铁的腐蚀很大，酸浓度为47%左右时，腐蚀率达到最高值；（2）硝酸。强氧化性酸，将强氧化性和强腐蚀性集于一身，一般性金属大多遇到硝酸会被迅速腐蚀和破坏，工业上应用较多的金属只有不锈钢、铝高硅铁等少数几种。其中，不锈钢耐一切浓度的硝酸，价格相对不高，是目前用途最广泛的材料；（3）盐酸。强还原性酸，具有高强度的腐蚀性。世界上绝大多数金属的标准电极电位都低于在氢标准电极电位，所以当金属遇到大量氢离子的盐酸溶液时，金属正离子就会迅速进入溶液，置换出氢离子散发空气中，形成非常强烈的放氢型腐蚀，只有一些贵重金属如金、银和少数合金如镍钼铁合金对盐酸有良好的耐蚀性；（4）磷酸。磷酸也是一种强腐蚀性介质，钢铁不耐磷酸，铁素体和马氏体不锈钢只耐充气的稀酸。

2.3.2堆焊不锈钢防腐

堆焊是指在比较廉价的结构钢厚壁母体上堆焊一层相当厚度的耐蚀不锈钢。该方法以其成本低廉、效果良好等优点被广泛应用，如高压容器的封头、热交换器的厚管板等。其中，平均堆焊率较高的带极堆焊是比较常用的堆焊方法。

不锈钢对于任何浓度的硝酸以及常温下暴露于大气中的稀硫酸均具有耐腐蚀性，在低浓度磷酸中耐腐蚀性也很好，但在盐酸中，由于存在氯离子，耐腐蚀性不良。以不锈钢为焊接材料，通过堆焊至原金属的方式，可达到金属防腐的目的。

2.3.3“衬胶”方式防腐技术

“衬胶”方式防腐技术。指在金属或其它基体表面上帖附橡胶材料，使其形成封闭性、连续性的隔离层，以达到防护腐蚀性介质对金属表面的磨蚀和侵蚀等物化损伤。这种防腐方法成本上非常低廉，同时施工方便，更多的被人们所采纳和认可，以下为几种应对不同腐蚀溶液的衬胶方法：

（1）稀硫酸防腐：天然或合成橡胶衬里可以用于60%以下的稀硫酸，最高使用温度为60℃～65℃；丁基橡胶可以用于70℃、70%～75%硫酸，氟橡胶则可以耐一切浓度的硫酸。

（2）稀硝酸防腐：氟橡胶衬里。其可耐70%以下的硝酸，温度可达到85℃。对于30%以下的硝酸，也可采用丁基橡胶，最高使用温度50℃以上。

（3）稀盐酸防腐：丁腈橡胶等衬里，可用橡胶品种较多，使用温度根据橡胶品种而定。

（4）稀磷酸防腐：各种橡胶衬里。其中，天然橡胶、氯丁和丁基橡胶都使用与65℃、85%以下的磷酸，不会使酸染色；丁苯橡胶具有相同的耐蚀性，但会使酸染色。几种橡胶中，天然橡胶的用途最广泛，价格也比较便宜。

2.3.4低浓度磷酸介质防腐实例

某合同往复式活塞泵输送介质含磷酸浓度为2%，介质最高温度为85℃。其防腐处理可采用如下方案：内表面不需加工的过流件采用丁基橡胶衬里。内表面需要加工的零件（隔膜腔）及隔膜室盖则采用了以309L为过渡层、2209为焊接层的堆焊处理。

结论

本项目以往复式活塞泵零件防腐为出发点，通过查找相关资料，分析了往复式活塞泵的腐蚀机理，并在此基础上提出了酸性介质输送中，金属外壳与耐腐蚀材料相结合的防腐方案。该研究为往复式活塞泵的低浓度酸性防腐设计提供了参考，增加了我们的技术储备。

参考文献

[1]李金贵.腐蚀控制设计手册[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]左景伊，左禹.腐蚀数据与选材手册[M].北京：化学工业出版社，1995.

[3]王娟.表面堆焊与热喷涂技术[M].北京：冶金工业出版社，2004.

中图分类号：TH137

文献标识码：A