أهمية علاج سطح الصمام
كمكون رئيسي للتحكم في تدفق السوائل في نظام خطوط الأنابيب ، يلعب المعالجة السطحية للصمام دورًا حيويًا. يمكن أن يحسن المعالجة السطحية الجيدة من مقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل للصمام ، وتعزيز أداء الختم للصمام ، وتمديد عمر خدمة الصمام. في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا تحسين جودة مظهر الصمام لتلبية احتياجات بيئات العمل المختلفة والمستخدمين.
طرق معالجة سطح الصمام الشائعة
1
التعريف والمبدأ: الطلاء الكهربائي هو وسيلة لإيداع طبقة من المعدن أو سبيكة على سطح الصمام باستخدام مبدأ التحليل الكهربائي. باستخدام الصمام ككاثود ووضعه في إلكتروليت يحتوي على أيونات معدنية ليتم مطلي ، بعد تشغيل الطاقة ، يتم تقليل أيونات المعادن إلى ذرات معدنية بواسطة الإلكترونات على سطح الصمام ، وتشكل طلاءًا موحدًا وكثيفًا تدريجياً.
طلاء الكروم: طبقة طلاء الكروم لها صلابة عالية ومقاومة جيدة للارتداء ، ولها مقاومة تآكل ممتازة وخصائص زخرفية. يمكن أن تشكل طبقة طلاء الكروم فيلمًا وقائيًا صلبًا على سطح الصمام ، مما يمنع الصمام بشكل فعال من التآكل والتآكل. علاوة على ذلك ، فإن الصمام المطلي بالكروم له مظهر مشرق وجميل وغالبًا ما يتم استخدامه في بعض المناسبات مع متطلبات عالية للمظهر ، مثل بناء المياه والتصريف ، ومعدات الحمام الراقية ، إلخ.
مع وضع طلاء الكروم الصلب كمثال ، يتضمن تدفق العملية التخلص من الشحن → التخليل → الطلاء قبل copper → طلاء الكروم → بعد العلاج ، ولكل رابط تأثير حاسم على جودة الطلاء. في حقل الفضاء الفضائي ، بعد مطلي صمام سبيكة التيتانيوم بالكروم الصلب ، يتم زيادة صلابة السطح من HV300 إلى HV1000 ، ويتم زيادة مقاومة التآكل بمقدار 5 مرات ، مما يحل بشكل فعال مشكلة التآكل في الصمام في نظام وقود الطيران.
مثال التطبيق: في نظام خطوط الأنابيب في صناعة الأغذية والمشروبات ، غالبًا ما تستخدم الصمامات المطلية بالنيكل أو المطلية بالكروم. وذلك لأن صناعة الأغذية والمشروبات لديها متطلبات عالية للغاية للنظافة. سطح الطبقات المطلية بالنيكل المطلية بالكروم سلس ، وليس من السهل تجميع النطاق ، وسهلة التنظيف. يمكن أن يمنع بشكل فعال سطح الصمام من التآكل من خلال المواد الحمضية أو المكونات الأخرى في الطعام ، وفي الوقت نفسه تلبي متطلبات صناعة المواد الغذائية للمظهر النظيف والجميل للمعدات.
2. الطلاء الكيميائي
التعريف والمبدأ: الطلاء الكيميائي هو طريقة طلاء تستخدم عامل تقليل لتقليل أيونات المعادن في المحلول وإيداعها على سطح الصمام دون تيار خارجي. يعتمد على تفاعل كيميائي محدد لتقليل أيونات المعادن إلى عنصر معدني تحت الإجراء الحفاز لسطح الصمام لتشكيل طلاء.
الميزات والمزايا: طلاء الطلاء الكيميائي موحد ، ويمكن الحصول على طلاء سمك موحد بغض النظر عن مدى تعقيد شكل الصمام. علاوة على ذلك ، لا يتطلب الطلاء الكيميائي مصدر طاقة خارجي ، وأن العملية بسيطة نسبيًا ، وهي مناسبة لصمامات المواد المختلفة.
يمكن لعلاج فيلم التحويل الكيميائي أن يولد فيلم أكسيد كثيف على سطح الصمام. يمكن أن يحقق علاج الأنود من صمامات الألومنيوم سمكًا يصل إلى 25μm ، ويزداد مقاومة التآكل بمقدار 10 مرات. في نظام الإمداد بالمياه والصرف الصحي ، عززت صمامات الألومنيوم التي عولجت مع الأنود مقاومة كبيرة لتآكل أيون كلوريد.
على الرغم من أن علاج تخميل الكرومات محدود بسبب القضايا البيئية ، في بعض المجالات العسكرية ، فإن فيلم التخميل بلون قوس قزح ، إلا أنه لا يزال يحتل مكانًا له مقاومة تآكل ممتازة (اختبار رذاذ الملح المحايد أكبر من أو يساوي 500 ساعة).
بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطلاء الذي يتكون من الطلاء الكيميائي له مقاومة جيدة للتآكل ومقاومة التآكل. بعض طبقات سبيكة الطلاء الكيميائي لها أيضًا خصائص فيزيائية وكيميائية خاصة. على سبيل المثال ، تتمتع طبقة سبيكة الفوسفور الكيميائية بالصلابة عالية الصلابة ومقاومة جيدة للتآكل ، ويمكن أن تحل محل الكروم الصلب الكهربائي في بعض الحالات.
مثال التطبيق: في بعض خطوط الأنابيب عالية الحرارة ، التي تحتوي على وسائط تآكل في صناعة البتروكيماويات ، يتم التعامل مع بعض الصمامات بسبائك كيميائية من الفوسفور. يمكن أن تمكن طريقة المعالجة هذه الصمام من الحفاظ على الأداء الجيد في بيئات العمل القاسية ، مما يمنع بشكل فعال سطح الصمام من التآكل والتآكل ، ويمتد عمر خدمة الصمام ، وتقليل حوادث الإنتاج وتكاليف الصيانة الناجمة عن تلف الصمام.
3. الرش الحراري
التعريف والمبدأ: الرش الحراري هو تسخين المعادن أو المسحوق غير المعدني إلى حالة من المنصهر أو شبه المنصهر من خلال مصدر حرارة ، ثم قم برشه على سطح الصمام بمساعدة تدفق الهواء عالي السرعة لتشكيل طبقة ذات خصائص محددة. تشمل مصادر الحرارة الشائعة اللهب ، القوس الكهربائي ، قوس البلازما ، إلخ.
يذوب الرش الحراري مادة الطلاء ويرشها على سطح الصمام من خلال مصدر حرارة عالية درجة الحرارة لتشكيل طبقة رابطة معدنية. يمكن التحكم في مسامية طلاء السيراميك من أكسيد الزركونيوم الذي يتم تحضيره بواسطة رش البلازما أقل من 3 ٪. في خط أنابيب غاز المداخن عالية درجة الحرارة لتوليد طاقة حرق النفايات ، فإن الصمام الذي يستخدم هذا الطلاء لديه تخفيض في درجة حرارة السطح البالغ 50 درجة وتمديد عمر يتجول من 4 مرات.
يتمتع طلاء كربيد التنغستن الذي أعدته تقنية برش اللهب الأسرع من الصوت (HVOF) بصلابة تصل إلى HV1300. يتم استخدامه على صمامات الخانق عالية الضغط لاستخراج الغاز الصخري ، ويتم زيادة عمر الخدمة من 3 أشهر إلى 18 شهرًا.
مواد الطلاء والخصائص
الطلاء المعدني:مثل رش الزنك والألومنيوم وغيرها من الطلاء المعدني ، لديهم مقاومة جيدة للتآكل والتوصيل. يمكن أن يشكل طلاء الزنك فيلمًا وقائيًا كثيفًا لأكسيد الزنك في البيئة الجوية ، والذي يلعب دور حماية كاثودي لركيزة الصمام ؛ يحتوي طلاء الألومنيوم على مقاومة عالية لدرجة الحرارة ومقاومة الأكسدة ، ويمكن أن يحمي الصمام بشكل فعال في بعض بيئات درجة الحرارة العالية.
طلاء السيراميك:تتمتع المواد السيراميكية بمزايا صلابة عالية ، ومقاومة جيدة للارتداء ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، والاستقرار الكيميائي القوي. رش الطلاء الخزفي يمكن أن يحسن بشكل كبير من مقاومة التآكل ومقاومة التآكل ومقاومة درجة الحرارة العالية للصمامات. على سبيل المثال ، في بعض خطوط الأنابيب التي تنقل المسحوق ، يتم تآكل الصمامات بسهولة وارتداءها بواسطة مواد الجسيمات. يمكن أن تقاوم الصمامات التي تم رشها بالطلاء السيراميك التآكل بشكل فعال وضمان مدة الختم وخدمة الصمامات.
مثال على التطبيق:في نظام خط أنابيب الغلاية في صناعة الطاقة ، نظرًا لأن الصمام يحتاج إلى تحمل درجة الحرارة العالية والضغط العالي والتآكل المتوسط الذي يحتوي على الرماد المتطاير والجزيئات الأخرى ، يتم استخدام الصمامات ذات الطلاءات الخزفية الحرارية أو الطلاءات المركبة للسيراميك المعدنية.
يمكن أن تحافظ هذه الطلاءات على أداء مستقر في درجات حرارة عالية ، وتمنع التآكل والتآكل فعليًا على سطح الصمام ، وتحسين موثوقية وكفاءة التشغيل في الصمام ، وتقليل تواتر الصيانة والاستبدال ، وتقليل تكلفة توليد الطاقة.
4. الطلاء
التعريف والمبدأ:الطلاء هو طريقة لتطبيق الطلاء على سطح الصمام لتشكيل فيلم واقٍ من خلال التجفيف والمعالجة والعمليات الأخرى. تشكل المواد المكونة للأفلام في الطلاء فيلمًا مستمرًا على سطح الصمام ، والذي يلعب دور العزلة والحماية والزينة.
أنواع الطلاء والخصائص
الطلاء المضاد للتآكل:الطلاء المضاد للتآكل مع راتنج الايبوكسي والبولي يوريثان وغيرها من المواد الرئيسية لتشكيل الأفلام لها مقاومة جيدة للتآكل والالتصاق والخصائص الميكانيكية. يمكن أن تشكل فيلمًا وقائيًا صعبًا على سطح الصمام ، ويقاوم بشكل فعال تآكل الوسائط المسببة للتآكل مثل الأحماض والقلويات والأملاح. على سبيل المثال ، في أنظمة خطوط الأنابيب لبعض محطات معالجة مياه الصرف الصحي ، عادة ما تكون الصمامات مغلفة بطلاءات مضادة للتآكل من راتنج الايبوكسي لمنع المواد الضارة في مياه الصرف الصحي من تآكل الصمامات.
الطلاء المقاوم للدرجات الحرارة العالية:يستخدم هذا النوع من الطلاء مواد مقاومة للدرجات الحرارة العالية مثل السيليكون مثل مواد تشكيل الأفلام ، والتي يمكن أن تحافظ على أداء مستقر في ظل ظروف درجة حرارة عالية ويمنع أكسدة وتشوه سطح الصمام. في أنظمة خطوط الأنابيب لبعض أفران درجات الحرارة العالية ، يمكن أن تعمل الصمامات المغلفة ذات الطلاءات المقاومة للدرجات الحرارة العالية بشكل طبيعي في ظل ظروف درجات حرارة عالية الأجل ، مما يطيل عمر خدمة الصمامات.
مثال على التطبيق:في بناء أنظمة HVAC ، عادة ما تكون الصمامات مغلفة بطلاء مضاد للتآكل بألوان مختلفة. من ناحية ، يمكن للطلاء المضاد للتآكل حماية الصمامات من التآكل بواسطة مواد مثل بخار الماء والأكسجين في الهواء.
من ناحية أخرى ، يمكن استخدام ألوان مختلفة من الطلاء لتمييز الأنابيب والصمامات مع وظائف مختلفة ، وهي مريحة للتثبيت والصيانة والإدارة. في الوقت نفسه ، يمكن لبعض الطلاءات ذات الوظائف الخاصة ، مثل الطلاءات المحاكاة للحريق ، تحسين سلامة الصمامات في حالات الطوارئ مثل الحرائق.
5. علاج النترايد
التعريف والمبدأ:معالجة النتردة هي عملية معالجة الحرارة التي تتسلل إلى ذرات النيتروجين في سطح الصمام لتشكيل طبقة النيتريد ذات الصلابة العالية ومقاومة التآكل الجيدة ومقاومة التآكل القوية. في ظل درجة حرارة معينة وظروف متوسطة ، تشكل ذرات النيتروجين النيتريدات مع عناصر معدنية في مادة الصمام ، وبالتالي تغيير بنية وأداء سطح الصمام.
تحسين الأداء بعد العلاج:بعد معالجة النيتراغ ، يتم تحسين صلابة سطح الصمام بشكل كبير ، تصل عمومًا إلى HV900-1200 ، وهو أعلى بكثير من صلابة الفولاذ العادي. هذا يجعل الصمام لديه مقاومة جيدة للارتداء ومقاومة التآكل ، ويمكن أن يقاوم الضغط العالي وظروف العمل الأكثر قسوة. في الوقت نفسه ، تتمتع طبقة النيتريد أيضًا بمقاومة جيدة للتآكل ، والتي يمكن أن تمنع الصمام بشكل فعال من فشل التآكل في بعض الوسائط المسببة للتآكل.
مثال على التطبيق:في النظام الهيدروليكي في حقل الفضاء ، يحتاج الصمام إلى الحفاظ على أداء جيد تحت الضغط العالي وظروف عمل عالية التردد.
يمكن أن تلبي صمامات النترايد هذه المتطلبات. يمكن أن تضمن صلابةها العالية ومقاومة التآكل أن الصمامات ليس من السهل ارتداءها أثناء الفتح والإغلاق المتكرر. يمكن أن تتكيف مقاومة التآكل الجيدة مع الآثار الطويلة الأجل للوسائط مثل الزيت الهيدروليكي ، وتضمن موثوقية واستقرار الصمامات ، وضمان التشغيل الآمن لمعدات الطيران.
علاج سطح الصمام في بيئات خاصة
البيئة البحرية
تواجه تحديات التآكل:تحتوي البيئة البحرية على كمية كبيرة من الملح والماء والعديد من الكائنات الحية الدقيقة ، والتي تتآكل للغاية للصمامات. يمكن أن تدمر أيونات الكلوريد فيلم التخميل بسهولة على سطح الصمام ، مما تسبب في ظواهر التآكل المحلية مثل التآكل وتآكل الشق. في الوقت نفسه ، سيؤدي التأثير المتنوع لمياه البحر أيضًا إلى تسريع التآكل وتآكل سطح الصمام.
طرق معالجة السطح المعمول بها: من أجل التعامل مع تآكل البيئة البحرية ، عادة ما تعتمد الصمامات مجموعة من طرق المعالجة السطحية المتعددة.
أولاً ، يتم رش الصمام حرارياً باستخدام طلاء الزنك أو الألومنيوم ، ويتم استخدام حماية الأنود الذبيحة للزنك والألومنيوم لتوفير حماية الكاثودية لركيزة الصمام.
بعد ذلك ، يتم تطبيق طبقة من الطلاء المضاد للتآكل عالي الأداء ، مثل طلاء البولي يوريثان المضاد للتآكل ، على سطح طلاء الرش الحراري لزيادة تحسين مقاومة التآكل وقدرة على نقص الصمام.
بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للصمامات في بعض الأجزاء الرئيسية ، يمكن استخدام سبيكة الفوسفور الكهربية والطلاءات الأخرى مع مقاومة تآكل أفضل ، ويمكن إجراء معالجة الختم لمنع مياه البحر من الاختراق إلى مسام الطلاء وتحسين الأداء الوقائي للصمام.
حالة التطبيق:في نظام خطوط الأنابيب لمنصات حفر النفط في الخارج ، يجب أن تتعرض الصمامات للبيئة البحرية لفترة طويلة. يمكن أن تقاوم الصمامات ذات الرش الحراري للطلاء من الزنك والألومين مع الطلاء المضاد للتآكل بشكل فعال تآكل وتآكل مياه البحر ، وضمان تشغيل الصمامات المستقرة على المدى الطويل في البيئات البحرية القاسية ، وتقليل حوادث السلامة والخسائر الاقتصادية التي تسببها التآكل وتسرب الصمامات.
ارتفاع درجة الحرارة وبيئة الضغط العالي
اختيار المواد ومتطلبات المعالجة السطحية:في بيئات درجة الحرارة العالية والضغط العالي ، يجب أن لا تحمل الصمامات ضغوطًا ضخمة فحسب ، بل تقاوم أيضًا أكسدة درجة الحرارة العالية والتعب الحراري. لذلك ، عادة ما تكون مواد الصمامات مصنوعة من فولاذ سبيكة مقاومة لدرجات الحرارة العالية ، مثل الفولاذ سبائك الكروم-موليبدينوم.
بالنسبة للمعالجة السطحية لمثل هذه الصمامات ، بالإضافة إلى استخدام الطلاءات المقاومة للدرجات عالية للطلاء ، غالبًا ما يتم استخدام المعالجة بالطلاء أو النترنج أو المعالجة البورون لزيادة تحسين الصلابة ومقاومة التآكل ومقاومة درجة الحرارة العالية لسطح الصمام.
يمكن أن تشكل علاج النيتريغ طبقة من النيتريد ذات صلابة عالية واستقرار جيد على سطح الصمام ، مما يؤدي بشكل فعال إلى تحسين مقاومة الصمام للتعب الحراري وأكسدة درجة الحرارة العالية ؛ يمكن أن تشكل علاج البورايد طبقة بوريد ذات صلابة أعلى على سطح الصمام ، مما يحسن بشكل كبير مقاومة ارتداء الصمام ومقاومة التآكل عالية الحرارة.
حالة التطبيق:في معدات درجات الحرارة العالية والضغط العالي مثل مفاعلات الهدرجة في صناعة البتروكيماويات ، تحتاج الصمامات إلى العمل في درجات حرارة تصل إلى مئات الدرجات المئوية وضغوط عشرات من الضخم. يمكن أن تحافظ صمامات الصلب الصلب من كروم أوليبدينوم التي عولجت على النترايد أو البور إلى الأداء الجيد في ظل هذه الظروف القاسية ، وضمان ختم وموثوقية الصمام ، وتوفير الحماية للتشغيل الآمن والمستقر لعملية الإنتاج البتروكيميائية.