ความรู้พื้นฐานและข้อควรระวังเกี่ยวกับการกัดกร่อนของวาล์ว

การกัดกร่อนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดที่ทำให้เกิดวาล์วความเสียหาย ดังนั้นในวาล์วการป้องกันและป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วถือเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณา

วาล์วรูปแบบการกัดกร่อน
การกัดกร่อนของโลหะส่วนใหญ่เกิดจากการกัดกร่อนทางเคมีและการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมี ส่วนการกัดกร่อนของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะมักเกิดจากการกระทำทางเคมีและทางกายภาพโดยตรง
1. การกัดกร่อนทางเคมี
ภายใต้เงื่อนไขที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ตัวกลางโดยรอบจะทำปฏิกิริยากับโลหะโดยตรงและทำลายโลหะ เช่น การกัดกร่อนของโลหะจากก๊าซแห้งอุณหภูมิสูงและสารละลายที่ไม่เป็นอิเล็กโทรไลต์
2. การกัดกร่อนแบบกัลวานิก
โลหะสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ ทำให้เกิดการไหลของอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้ตัวโลหะเสียหายจากการกระทำทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งเป็นรูปแบบหลักของการกัดกร่อน
การกัดกร่อนของสารละลายเกลือกรด-ด่างทั่วไป การกัดกร่อนในบรรยากาศ การกัดกร่อนของดิน การกัดกร่อนของน้ำทะเล การกัดกร่อนของจุลินทรีย์ การกัดกร่อนแบบหลุม และการกัดกร่อนแบบรอยแยกของสเตนเลส ฯลฯ ล้วนเป็นการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าไม่เพียงแต่เกิดขึ้นระหว่างสารสองชนิดที่มีบทบาททางเคมีเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความต่างศักย์เนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้นของสารละลาย ความแตกต่างของความเข้มข้นของออกซิเจนโดยรอบ ความแตกต่างเล็กน้อยในโครงสร้างของสาร ฯลฯ และได้รับพลังการกัดกร่อน ทำให้โลหะที่มีศักย์ต่ำและตำแหน่งของแผ่นกันความร้อนแห้งสูญเสียไป

อัตราการกัดกร่อนของวาล์ว
อัตราการกัดกร่อนสามารถแบ่งได้เป็น 6 ระดับ:
(1) ทนทานต่อการกัดกร่อนอย่างสมบูรณ์: อัตราการกัดกร่อนน้อยกว่า 0.001 มม./ปี
(2) ทนทานต่อการกัดกร่อนอย่างยิ่ง: อัตราการกัดกร่อน 0.001 ถึง 0.01 มม./ปี
(3) ความต้านทานการกัดกร่อน: อัตราการกัดกร่อน 0.01 ถึง 0.1 มม./ปี
(4) ยังคงทนต่อการกัดกร่อน: อัตราการกัดกร่อน 0.1 ถึง 1.0 มม./ปี
(5) ความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ: อัตราการกัดกร่อน 1.0 ถึง 10 มม./ปี
(6) ไม่ทนต่อการกัดกร่อน: อัตราการกัดกร่อนมากกว่า 10 มม./ปี

มาตรการป้องกันการกัดกร่อน 9 ประการ
1. เลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนตามชนิดของสารกัดกร่อน
ในการผลิตจริง การกัดกร่อนของตัวกลางมีความซับซ้อนมาก แม้ว่าวัสดุวาล์วที่ใช้ในตัวกลางเดียวกันจะเหมือนกัน แต่ความเข้มข้น อุณหภูมิ และความดันของตัวกลางก็แตกต่างกัน และการกัดกร่อนของตัวกลางต่อวัสดุก็ไม่เท่ากัน ทุกๆ อุณหภูมิตัวกลางที่เพิ่มขึ้น 10°C อัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1-3 เท่า
ความเข้มข้นของสารตัวกลางมีอิทธิพลอย่างมากต่อการกัดกร่อนของวัสดุวาล์ว เช่น ตะกั่วที่อยู่ในกรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้นต่ำ การกัดกร่อนจะน้อยมาก และเมื่อความเข้มข้นเกิน 96% การกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าคาร์บอนจะเกิดการกัดกร่อนที่รุนแรงที่สุดเมื่อความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกอยู่ที่ประมาณ 50% และเมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นมากกว่า 60% การกัดกร่อนจะลดลงอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น อะลูมิเนียมมีฤทธิ์กัดกร่อนสูงมากในกรดไนตริกเข้มข้นที่มีความเข้มข้นมากกว่า 80% แต่จะกัดกร่อนอย่างรุนแรงในกรดไนตริกเข้มข้นปานกลางและต่ำ และสแตนเลสมีความทนทานต่อกรดไนตริกเจือจางได้ดี แต่กรดไนตริกเข้มข้นมากกว่า 95% จะกัดกร่อนรุนแรงขึ้น
จากตัวอย่างข้างต้น จะเห็นได้ว่าการเลือกวัสดุวาล์วที่ถูกต้องควรขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ วิเคราะห์ปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการกัดกร่อน และเลือกวัสดุตามคู่มือป้องกันการกัดกร่อนที่เกี่ยวข้อง
2. ใช้วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ
ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะนั้นยอดเยี่ยม ตราบใดที่อุณหภูมิและแรงดันของวาล์วเป็นไปตามข้อกำหนดของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ก็ไม่เพียงแต่ช่วยแก้ปัญหาการกัดกร่อนได้เท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดโลหะมีค่าได้อีกด้วย ตัววาล์ว ฝาวาล์ว ซับใน พื้นผิวซีล และวัสดุที่ไม่ใช่โลหะอื่นๆ ที่นิยมใช้กันทั่วไป
พลาสติก เช่น PTFE และคลอรีนโพลีอีเทอร์ รวมถึงยางธรรมชาติ นีโอพรีน ยางไนไตรล์ และยางอื่นๆ ถูกนำมาใช้เป็นวัสดุบุวาล์ว ส่วนฝาวาล์วหลักทำจากเหล็กหล่อและเหล็กกล้าคาร์บอน ไม่เพียงแต่ช่วยเสริมความแข็งแรงของวาล์วเท่านั้น แต่ยังช่วยป้องกันวาล์วไม่ให้สึกกร่อนอีกด้วย
ปัจจุบันมีการใช้พลาสติกมากขึ้น เช่น ไนลอนและ PTFE และใช้ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ในการผลิตพื้นผิวซีลและวงแหวนซีลแบบต่างๆ ซึ่งใช้กับวาล์วต่างๆ วัสดุที่ไม่ใช่โลหะเหล่านี้ที่ใช้เป็นพื้นผิวซีลไม่เพียงแต่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีเท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพการซีลที่ดีอีกด้วย ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้กับสื่อที่มีอนุภาค แน่นอนว่าวัสดุเหล่านี้มีความแข็งแรงน้อยกว่าและทนความร้อนได้น้อยกว่า และขอบเขตการใช้งานยังมีจำกัด
3. การเคลือบพื้นผิวโลหะ
(1) การเชื่อมต่อวาล์ว: การเชื่อมต่อวาล์วแบบเกลียวมักได้รับการชุบสังกะสี ชุบโครเมียม และออกซิเดชัน (สีน้ำเงิน) เพื่อเพิ่มความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนจากบรรยากาศและระดับกลาง นอกจากวิธีการที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ตัวยึดอื่นๆ ยังได้รับการเคลือบผิว เช่น การชุบฟอสเฟต ตามสภาพการใช้งาน
(2) การปิดผนึกพื้นผิวและชิ้นส่วนปิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก: กระบวนการพื้นผิว เช่น การไนไตรดิ้งและโบรอนไนซ์ ใช้เพื่อปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อนและความทนทานต่อการสึกหรอ
(3) การป้องกันการกัดกร่อนของก้าน: การไนไตรด์ โบรอนไนเซชัน การชุบโครเมียม การชุบนิกเกิล และกระบวนการบำบัดพื้นผิวอื่นๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานการเสียดสี
การบำบัดพื้นผิวที่แตกต่างกันควรเหมาะกับวัสดุก้านและสภาพแวดล้อมการทำงานที่แตกต่างกัน ในบรรยากาศ ตัวกลางไอน้ำและก้านสัมผัสการบรรจุแร่ใยหิน สามารถใช้การชุบโครเมียมแข็ง กระบวนการไนไตรด์ด้วยแก๊ส (สแตนเลสไม่ควรใช้กระบวนการไนไตรด์ด้วยไอออน): ในสภาพแวดล้อมบรรยากาศไฮโดรเจนซัลไฟด์ การใช้ไฟฟ้าชุบ การเคลือบนิกเกิลฟอสฟอรัสสูงมีประสิทธิภาพในการป้องกันที่ดีกว่า 38CrMOAIA ยังสามารถทนต่อการกัดกร่อนโดยการไนไตรด์ด้วยไอออนและแก๊สได้ แต่การเคลือบโครเมียมแข็งไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน 2Cr13 สามารถทนต่อการกัดกร่อนจากแอมโมเนียหลังจากการดับและการอบคืนตัว และเหล็กกล้าคาร์บอนที่ใช้ไนไตรด์ด้วยแก๊สยังสามารถทนต่อการกัดกร่อนจากแอมโมเนียได้ ในขณะที่ชั้นการชุบฟอสฟอรัส-นิกเกิลทั้งหมดไม่สามารถทนต่อการกัดกร่อนจากแอมโมเนียได้ และวัสดุไนไตรด์ด้วยแก๊ส 38CrMOAIA มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมและประสิทธิภาพที่ครอบคลุม และส่วนใหญ่ใช้ในการทำก้านวาล์ว
(4) ตัววาล์วและพวงมาลัยขนาดเล็ก: มักชุบโครเมียมเพื่อปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อนและตกแต่งวาล์ว
4. การพ่นความร้อน
การพ่นความร้อนเป็นวิธีการเตรียมสารเคลือบชนิดหนึ่ง และได้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีใหม่สำหรับการปกป้องพื้นผิววัสดุ เป็นวิธีการเพิ่มความแข็งแรงของพื้นผิวที่ใช้แหล่งความร้อนที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง (เช่น เปลวไฟจากการเผาไหม้ของแก๊ส อาร์กไฟฟ้า อาร์กพลาสมา ความร้อนไฟฟ้า การระเบิดของแก๊ส ฯลฯ) เพื่อให้ความร้อนและหลอมละลายวัสดุโลหะหรืออโลหะ จากนั้นจึงพ่นลงบนพื้นผิวเบสที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้นในรูปแบบการทำให้เป็นละอองเพื่อสร้างชั้นเคลือบ หรือให้ความร้อนกับพื้นผิวเบสไปพร้อมๆ กัน เพื่อให้สารเคลือบหลอมละลายบนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์อีกครั้ง เพื่อสร้างชั้นเชื่อมพ่นเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของพื้นผิว
โลหะและโลหะผสม เซรามิกโลหะออกไซด์ เซอร์เมทคอมโพสิต และสารประกอบโลหะแข็งส่วนใหญ่สามารถเคลือบบนพื้นผิวโลหะหรืออโลหะได้ด้วยวิธีพ่นความร้อนเพียงหนึ่งหรือหลายวิธี ซึ่งสามารถเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน ความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง และคุณสมบัติอื่นๆ ของพื้นผิว และยืดอายุการใช้งาน การพ่นความร้อนเป็นการเคลือบฟังก์ชันพิเศษที่มีฉนวนกันความร้อน ฉนวน (หรือกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติ) การปิดผนึกแบบเจียร การหล่อลื่นด้วยตนเอง การแผ่รังสีความร้อน การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า และคุณสมบัติพิเศษอื่นๆ การใช้การพ่นความร้อนสามารถซ่อมแซมชิ้นส่วนได้
5. สเปรย์พ่นสี
การเคลือบเป็นวิธีการป้องกันการกัดกร่อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย และเป็นวัสดุป้องกันการกัดกร่อนที่ขาดไม่ได้และเป็นเครื่องหมายระบุบนผลิตภัณฑ์วาล์ว การเคลือบยังเป็นวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งมักทำจากเรซินสังเคราะห์ สารละลายยาง น้ำมันพืช ตัวทำละลาย ฯลฯ เคลือบผิวโลหะ ป้องกันตัวกลางและบรรยากาศ และบรรลุวัตถุประสงค์ในการป้องกันการกัดกร่อน
สารเคลือบส่วนใหญ่ใช้ในน้ำ น้ำเค็ม น้ำทะเล บรรยากาศ และสภาพแวดล้อมอื่นๆ ที่ไม่กัดกร่อนมากเกินไป โพรงด้านในของวาล์วมักทาสีป้องกันการกัดกร่อนเพื่อป้องกันน้ำ อากาศ และสารอื่นๆ ไม่ให้กัดกร่อนวาล์ว
6. เติมสารยับยั้งการกัดกร่อน
กลไกที่สารยับยั้งการกัดกร่อนควบคุมการกัดกร่อนคือการส่งเสริมการเกิดขั้วของแบตเตอรี่ สารยับยั้งการกัดกร่อนส่วนใหญ่ใช้ในวัสดุและสารตัวเติม การเติมสารยับยั้งการกัดกร่อนลงในวัสดุสามารถชะลอการกัดกร่อนของอุปกรณ์และวาล์วได้ เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม-นิกเกิลในกรดซัลฟิวริกปราศจากออกซิเจน ซึ่งมีช่วงการละลายสูงในสภาวะเผา การกัดกร่อนจะรุนแรงขึ้น แต่การเติมคอปเปอร์ซัลเฟตหรือกรดไนตริกและสารออกซิไดซ์อื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย สามารถทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมอยู่ในสภาวะทื่อ พื้นผิวของฟิล์มป้องกันช่วยป้องกันการกัดกร่อนของวัสดุ ส่วนในกรดไฮโดรคลอริก หากเติมสารออกซิไดซ์ในปริมาณเล็กน้อย การกัดกร่อนของไทเทเนียมก็จะลดลง
การทดสอบแรงดันวาล์วมักใช้เป็นตัวกลางในการทดสอบแรงดัน ซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนได้ง่ายวาล์วและการเติมโซเดียมไนไตรต์ปริมาณเล็กน้อยลงในน้ำสามารถป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วจากน้ำได้ ใยหินที่บรรจุอยู่มีคลอไรด์ ซึ่งกัดกร่อนก้านวาล์วอย่างมาก และสามารถลดปริมาณคลอไรด์ได้หากใช้วิธีล้างด้วยไอน้ำ แต่วิธีนี้ค่อนข้างยากต่อการใช้งานและไม่เป็นที่นิยมใช้กันทั่วไป จึงเหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะทางเท่านั้น
เพื่อปกป้องก้านวาล์วและป้องกันการกัดกร่อนของบรรจุภัณฑ์ใยหิน ในบรรจุภัณฑ์ใยหิน สารยับยั้งการกัดกร่อนและโลหะเสียสละจะถูกเคลือบบนก้านวาล์ว สารยับยั้งการกัดกร่อนประกอบด้วยโซเดียมไนไตรต์และโซเดียมโครเมต ซึ่งสามารถสร้างฟิล์มพาสซีเวชันบนพื้นผิวของก้านวาล์วและปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของก้านวาล์ว และตัวทำละลายสามารถทำให้สารยับยั้งการกัดกร่อนละลายอย่างช้าๆ และมีบทบาทในการหล่อลื่น ในความเป็นจริง สังกะสียังเป็นสารยับยั้งการกัดกร่อน ซึ่งสามารถรวมตัวกับคลอไรด์ในใยหินก่อน ดังนั้นจึงลดโอกาสการสัมผัสระหว่างคลอไรด์และโลหะก้านอย่างมาก เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการป้องกันการกัดกร่อน
7. การป้องกันไฟฟ้าเคมี
การป้องกันด้วยไฟฟ้าเคมีมีสองประเภท ได้แก่ การป้องกันแบบแอโนดและการป้องกันแบบแคโทด หากใช้สังกะสีเพื่อป้องกันเหล็ก สังกะสีจะเกิดการกัดกร่อน สังกะสีจะถูกเรียกว่าโลหะเสียสละ ในทางปฏิบัติ การป้องกันแบบแอโนดจะใช้น้อยลง แต่การป้องกันแบบแคโทดจะใช้มากขึ้น วิธีการป้องกันแบบแคโทดนี้ใช้สำหรับวาล์วขนาดใหญ่และวาล์วสำคัญๆ ซึ่งเป็นวิธีการที่ประหยัด ง่าย และมีประสิทธิภาพ โดยสังกะสีจะถูกเติมลงในใยหินที่บรรจุอยู่ภายในเพื่อป้องกันก้านวาล์ว
8. ควบคุมสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน
สิ่งที่เรียกว่าสภาพแวดล้อมนั้นมีสองประเภทคือ ความหมายกว้างและความหมายแคบ โดยความหมายกว้างของสภาพแวดล้อมนั้นหมายถึงสภาพแวดล้อมรอบ ๆ สถานที่ติดตั้งวาล์วและตัวกลางการหมุนเวียนภายใน และความหมายแคบของสภาพแวดล้อมนั้นหมายถึงเงื่อนไขรอบ ๆ สถานที่ติดตั้งวาล์ว
สภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ไม่สามารถควบคุมได้ และกระบวนการผลิตไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามอำเภอใจ เฉพาะในกรณีที่ไม่มีความเสียหายต่อผลิตภัณฑ์และกระบวนการ จึงสามารถใช้วิธีการควบคุมสภาพแวดล้อมได้ เช่น การกำจัดออกซิเจนในน้ำหม้อไอน้ำ การเติมด่างในกระบวนการกลั่นน้ำมันเพื่อปรับค่า pH เป็นต้น ด้วยเหตุนี้ การเติมสารยับยั้งการกัดกร่อนและสารป้องกันไฟฟ้าเคมีที่กล่าวถึงข้างต้น จึงเป็นวิธีหนึ่งในการควบคุมสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนเช่นกัน
บรรยากาศเต็มไปด้วยฝุ่น ไอน้ำ และควัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมการผลิต เช่น น้ำเกลือควัน ก๊าซพิษ และผงละเอียดที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์ ซึ่งจะทำให้เกิดการกัดกร่อนวาล์วในระดับที่แตกต่างกัน ผู้ปฏิบัติงานควรทำความสะอาดและไล่อากาศออกจากวาล์วอย่างสม่ำเสมอ รวมถึงเติมน้ำมันเชื้อเพลิงตามข้อกำหนดของขั้นตอนการปฏิบัติงาน ซึ่งเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อม การติดตั้งฝาครอบป้องกันบนก้านวาล์ว การวางบ่อน้ำบนวาล์ว และการพ่นสีบนพื้นผิวของวาล์ว ล้วนเป็นวิธีการป้องกันสารกัดกร่อนไม่ให้กัดกร่อนวาล์ว.
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโดยรอบและมลพิษทางอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์และวาล์วในสภาพแวดล้อมปิด จะเร่งการกัดกร่อน ดังนั้นควรใช้โรงงานแบบเปิดหรือใช้มาตรการระบายอากาศและระบายความร้อนให้มากที่สุด เพื่อชะลอการกัดกร่อนของสิ่งแวดล้อม
9. ปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผลและโครงสร้างวาล์ว
การป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วเป็นปัญหาที่ได้รับการพิจารณาตั้งแต่เริ่มต้นการออกแบบ และผลิตภัณฑ์วาล์วที่มีการออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมและวิธีการผลิตที่ถูกต้องจะส่งผลดีต่อการชะลอการกัดกร่อนของวาล์วอย่างแน่นอน ดังนั้น ฝ่ายออกแบบและผลิตจึงควรปรับปรุงชิ้นส่วนที่ไม่เหมาะสมในการออกแบบโครงสร้าง วิธีการผลิตที่ไม่ถูกต้อง และชิ้นส่วนที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนได้ง่าย เพื่อให้สามารถปรับให้เข้ากับข้อกำหนดของสภาพการทำงานที่หลากหลาย