随着人类工业近百年的发展,真空泵已经成为一种非常成熟的技术和产品。然而,由于酸性气体腐蚀,真空泵的使用寿命大大缩短,已成为工业生产中的一个严重问题。
那么,为什么真空泵的耐腐蚀性这么难呢?
1、腐蚀有很多种,包括化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀
真空泵大多由金属材料制成,但金属的耐腐蚀性是一个天然的弱点。根据《腐蚀手册》的规定,腐蚀是材料在环境作用下所造成的损伤,具有多种类型。在泵的工作环境中,金属材料会受到各种化学、电化学、物理等交叉腐蚀,而且腐蚀的种类很多。
物理腐蚀主要是指在高速液体和压力变化的环境中发生的空化现象。当气泡破裂时,冲击波压力会撕裂金属颗粒,导致设备变形。
2、泵内高流速加速腐蚀
腐蚀手册中有一个经典案例。采用碳钢管道输送浓度为7%的硫酸,管道流速为0.0007~0.0026m/s。碳钢管道可以长期耐腐蚀,而碳钢泵可以输送同样的硫酸,泵的使用寿命只有72小时,因为碳钢泵的流量已经达到了23.08m/s(1500rpm),高流量会大大加快腐蚀速度!因此,在查阅腐蚀手册时,耐酸性好的材料只指静态浸泡条件下的腐蚀速率,这与真空泵高流量条件下的腐蚀速率有很大区别!
3、泵内加热会加速腐蚀
真空泵长时间运行后,其机械操作会产生热量,抽出来的气体也会带来热量。在某些情况下,泵腔内的工作流体也会产生汽化热,因此真空泵的温升是不可避免的。以灰铸铁的硫酸腐蚀为例,随着温度的升高,灰铸铁的硫酸腐蚀速率增加了一倍。
即使是耐腐蚀性能优异的316L不锈钢,随着盐酸温度的升高,盐酸对316L不锈钢的腐蚀速率也会加快。
4、浓度的变化也会影响腐蚀效率
在相同的温度下,介质浓度的变化会加速或减慢腐蚀速率。减速的主要原因是某些金属会产生钝化膜。另一方面,钝化膜对金属的腐蚀防护也有很大的局限性。它必须在一定的浓度范围内,或者是某种酸。例如,随着硫酸浓度的增加,灰铸铁的耐蚀性增强,而随着盐酸浓度的增加,316L不锈钢的耐蚀性减弱。
5、操作条件的复杂性
我们上面提到的只是抗腐蚀的一些基本困难。它们只是多种腐蚀的基本条件,高流速、高温度和高浓度都会加速腐蚀。然而,在实际应用中,我们经常会发现要泵送的气体中所含的介质与每个化工单元的工作条件不同。