阀门缝隙腐蚀和沉积腐蚀的成因及预防措施探析

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用于控制流体的阀门，是现代工业、电站、城建、海洋工程等流体输送系统中的重要组成部分。阀门的设计应充分考虑多方面的综合因素，需要以使用介质、介质压力、介质温度等工况条件为基础，结合结构设计、材料选择、工艺条件等进行。对于阀门部件在工况中的化学腐蚀、应力腐蚀、冲蚀、磨蚀等腐蚀问题，阀门设计者在设计时都会从各方面进行考虑，而阀门部件中的缝隙腐蚀和沉积腐蚀往往会被大多数设计者所忽视，从而造成设计缺陷。这就导致设计的阀门产品使用寿命得不到保证，甚至会造成严重的质量事故。特别是在天然气开采、海洋工程、船舶制造等工程项 目中，工艺流体中的氯化物、氯离子、泥沙等含量较高，更容易发生缝隙腐蚀。本文着重分析了阀门中缝隙腐蚀和沉积腐蚀的成因，以及防止和减小这类腐蚀的途径 。

1 缝隙腐蚀和沉积腐蚀的成因阀门的承压系统、密封系统等由若干个部件组成。阀体、阀盖、阀瓣等承压部件，由于结构形状的要求不可避免地存在缝隙，各部件之间也不可避免地会存在活动缝隙，若这些缝隙的大小足以使工况介质进入并滞留于其中，就可能加剧缝隙内部的腐蚀。这类腐蚀不但与缝隙内外的氧浓差有关，而且与滞留在缝隙中介质的 pH值的变化也有关。pH值的变化，会造成缝隙中金属阳极过程和阴极过程的动力学发生剧烈改变。

表面上 ，缝隙中介质的阴极去极化剂在进行腐蚀反应过程中会迅速减少，而使腐蚀反应逐渐减弱 ；实际上，缝隙中的阳极反应在缝隙外部的阴极反应作用下仍能继续进行，从而使缝隙中溶液的金属离子浓度增加。腐蚀电流的流通又使缝隙外部的阴离子不断向缝隙中迁移，以达到电荷平衡，最终使缝隙中的金属盐浓度增加。由于缝隙中介质的流通性不是很好，致使这些金属盐在缝隙中难以排除○属盐水解导致缝隙中液体的酸度增加，pH值下降，从而使 阳极过程的极化率降低，并且使阴极产生氢去极化过程 ，使阳极表面生成的氢氧化物和氧化物溶解度增加。这使处于缝隙中的金属总是处于活化状态。这个过程的不断循环，会发生-种自催化溶解过程。缝隙中的阳极与缝隙外部自由表面的阴极之间电位差虽然比较小，但由于腐蚀电流在缝隙中不断作用 ，就有可能造成缝隙中严重的腐蚀。

2 缝隙腐蚀和沉积腐蚀的形态从以往应用于天然气、海水 、工业废水等流体输送系统的阀门来看，阀门中的缝隙腐蚀明显地存在。楔式闸阀、截止阀、止回阀等结构比较简单、过流部件较少的阀门相对于结构比较复杂、过流部件较多的球阀、平板闸阀等，形成的缝隙腐蚀和沉170积腐蚀要少-些。特别是固定球阀和带浮动阀座的平板闸阀，它们的阀座活动部位很有必要进行防缝隙腐蚀和沉积腐蚀的设计。图 1为固定球阀阀座与阀体间的缝隙腐蚀，图 2为固定球阀阀座与阀体间的沉积腐蚀。从图 1和图 2中，我们可以了解阀门的缝隙腐蚀和沉积腐蚀形态，以及对这些活动部位进行防缝隙腐蚀和沉积腐蚀的必要性。

图 1 固定球阀阀座与阀体间的缝隙腐蚀图 2 固定球阀阀座与阀体间的沉积腐蚀3 预防措施3.1 结构的设计(1)在含有氯化物、氯离子、泥沙等流体的工况中使用的阀门，为防止缝隙腐蚀和沉积腐蚀 ，设计时应简化阀门结构，旧能采用较少缝隙的结构形式。在不可避免的情况下，应采用合适的材料对阀门部件间的缝隙进行封堵，在最大程度上防止介质进入缝隙。例如，在轴套上增加隔离介质的密封圈；在固定球阀和平板闸阀的阀座结构设计时，尽量将浮动阀座与阀体之间的密封圈靠近阀座的两端等。

(2)合理设计结构，减小流体流经阀门的湍流性。这样既有利于减少阀门中的缝隙腐蚀 ，同时也能够减少转变为摩擦腐蚀和空化腐蚀的可能性，以旧能消除有害的阴极性接触物和减小阴极性接触物的面积。例如，尽量减少阶台设计 ，阀腔采用流线设计、阶台部位采用圆角过渡等，都可以对阀门的设计结构进行优化。

3.2 材料的选择(1)钝化金属在含 Cl-的介质中对缝隙腐蚀很敏感。设计时，要充分考虑材料的设计应力和阀门的设计结构 ，避免阀门结构中存在应力集中和介质积存的区域。在必须存在缝隙的部位，应选择稳定性、钝性较好的合金材料。如果有 Cl-存在，应选用含镍、钼和钛、铬较高的不锈钢材料。

(2)在海洋工程、舰船制造等项目的海水管系中，还应考虑各部件材料的电极电位，防止产生电耦腐蚀。在这类工况中，应旧能选用同种材料或电位相近的材料。2种材料问的耦合电流密度越大，腐蚀失重越大，即高电位金属材料对低电位金属材料加速腐蚀的倾向就越大。-般情况下，选用的过流材料之间电位差不应超过 20 mV。

3.3 合理的加工工艺阀门大多数是承受内压的承压载体，拉应力是引起承压材料应力腐蚀的主要形式之-，而压应力往往不会引起应力腐蚀，反而有阻止腐蚀的作用。阀门部件之间的加工部位存在不可避免的缝隙时，可以对处于缝隙中的金属表面采取滚压加工工艺，这样既可以改变金属材料表面的应力形式，使金属表面的拉应力变为压应力，又可以使金属表面钝化，提高材料表面的抗腐蚀能力，这对于减少阀门中的缝隙腐蚀和沉积腐蚀有-定的帮助作用。对于铸造阀门的非加工表面可采用喷丸处理的办法，将金属表面的拉应力改变为压应力，这对于材料的防腐也能起到-定的帮助作用。

4 结语上述预防措施已经应用于伊朗高含硫、高氯离子含量天然z。ngne Yanj u堡垒塑 釜气开采项 目的平板闸阀设计中，在海洋采油以及输送海水介质的固定球阀设计中也已经得到应用。在这些阀门的设计过程中，我们在简化阀门结构的基础上，将阀体内腔全部采用流线形设计，以减少流体流经阀腔时的湍流性；过渡段的阶台全部采用不小于 R8的圆角连接；浮动阀座与阀体密封处的 O型密封圈旧能外移，以减小阀座与阀体配合部位的缝隙深度，并对缝隙的大写公差要求进行严格控制；阀体上安装阀座的内孔表面进行了滚压处理。通过这些措施的实施 ，阀门中以往容易发生缝隙腐蚀和沉积腐蚀的部位，未再出现此类腐蚀倾向。