ความรู้พื้นฐานและข้อควรระวังเกี่ยวกับการกัดกร่อนของวาล์ว

การกัดกร่อนเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดที่ก่อให้เกิดความเสียหายวาล์วความเสียหาย ดังนั้น ในวาล์วการป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณา

วาล์วรูปแบบการกัดกร่อน
การกัดกร่อนของโลหะส่วนใหญ่เกิดจากการกัดกร่อนทางเคมีและการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมี ในขณะที่การกัดกร่อนของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะโดยทั่วไปเกิดจากการกระทำทางเคมีและทางกายภาพโดยตรง
1. การกัดกร่อนทางเคมี
ภายใต้สภาวะที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น สื่อกลางโดยรอบจะทำปฏิกิริยากับโลหะโดยตรงและทำลายโลหะ เช่น การกัดกร่อนของโลหะด้วยก๊าซแห้งอุณหภูมิสูงและสารละลายที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเคมี
2. การกัดกร่อนแบบกัลวานิก
โลหะสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ ส่งผลให้เกิดการไหลของอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้โลหะเกิดความเสียหายจากปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งเป็นรูปแบบหลักของการกัดกร่อน
การกัดกร่อนจากสารละลายเกลือกรด-เบสทั่วไป การกัดกร่อนในบรรยากาศ การกัดกร่อนในดิน การกัดกร่อนในน้ำทะเล การกัดกร่อนจากจุลินทรีย์ การกัดกร่อนแบบเป็นหลุม และการกัดกร่อนตามรอยแตกของสแตนเลส ฯลฯ ล้วนเป็นการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าไม่เพียงแต่เกิดขึ้นระหว่างสารสองชนิดที่สามารถมีบทบาททางเคมีได้เท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้นของสารละลาย ความแตกต่างของความเข้มข้นของออกซิเจนโดยรอบ ความแตกต่างเล็กน้อยในโครงสร้างของสาร ฯลฯ และทำให้เกิดพลังในการกัดกร่อน ส่งผลให้โลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำและอยู่ในตำแหน่งที่แห้งและทนต่อแสงแดดเกิดการกัดกร่อน

อัตราการกัดกร่อนของวาล์ว
อัตราการกัดกร่อนสามารถแบ่งออกได้เป็นหกระดับ:
(1) ทนต่อการกัดกร่อนอย่างสมบูรณ์: อัตราการกัดกร่อนน้อยกว่า 0.001 มม./ปี
(2) ทนต่อการกัดกร่อนอย่างมาก: 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

มาตรการป้องกันการกัดกร่อนเก้าประการ
1. เลือกใช้วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนตามลักษณะของสารกัดกร่อน
ในกระบวนการผลิตจริง การกัดกร่อนของตัวกลางมีความซับซ้อนมาก แม้ว่าวัสดุของวาล์วที่ใช้จะเป็นชนิดเดียวกัน แต่ความเข้มข้น อุณหภูมิ และความดันของตัวกลางนั้นแตกต่างกัน และการกัดกร่อนของตัวกลางต่อวัสดุก็ไม่เหมือนกัน โดยทุกๆ อุณหภูมิของตัวกลางที่เพิ่มขึ้น 10 องศาเซลเซียส อัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1-3 เท่า
ความเข้มข้นของสารละลายมีผลอย่างมากต่อการกัดกร่อนของวัสดุวาล์ว เช่น ตะกั่วในกรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้นต่ำ การกัดกร่อนจะน้อยมาก แต่เมื่อความเข้มข้นเกิน 96% การกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าคาร์บอนจะมีการกัดกร่อนรุนแรงที่สุดเมื่อความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกอยู่ที่ประมาณ 50% และเมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเกิน 60% การกัดกร่อนจะลดลงอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมจะกัดกร่อนมากในกรดไนตริกเข้มข้นที่มีความเข้มข้นมากกว่า 80% แต่จะกัดกร่อนอย่างรุนแรงในกรดไนตริกที่มีความเข้มข้นปานกลางและต่ำ และเหล็กกล้าไร้สนิมจะทนต่อกรดไนตริกเจือจางได้ดีมาก แต่จะเกิดการกัดกร่อนรุนแรงในกรดไนตริกที่มีความเข้มข้นมากกว่า 95%
จากตัวอย่างข้างต้น จะเห็นได้ว่าการเลือกวัสดุสำหรับวาล์วที่ถูกต้องควรพิจารณาจากสถานการณ์เฉพาะ วิเคราะห์ปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่อการกัดกร่อน และเลือกวัสดุตามคู่มือการป้องกันการกัดกร่อนที่เกี่ยวข้อง
2. ใช้วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ
วัสดุที่ไม่ใช่โลหะมีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยม ตราบใดที่อุณหภูมิและความดันของวาล์วเป็นไปตามข้อกำหนดของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ก็ไม่เพียงแต่จะแก้ปัญหาการกัดกร่อนได้เท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดโลหะมีค่าได้อีกด้วย วัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตตัววาล์ว ฝาครอบ วาล์วบุภายใน พื้นผิวซีล และส่วนอื่นๆ
พลาสติก เช่น PTFE และโพลีอีเทอร์คลอรีน รวมถึงยางธรรมชาติ นีโอพรีน ยางไนไตรล์ และยางชนิดอื่นๆ ถูกนำมาใช้สำหรับบุภายในวาล์ว ส่วนตัววาล์วหลักทำจากเหล็กหล่อและเหล็กกล้าคาร์บอน ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยให้วาล์วมีความแข็งแรง แต่ยังช่วยป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วอีกด้วย
ปัจจุบันมีการใช้พลาสติก เช่น ไนลอนและ PTFE มากขึ้นเรื่อยๆ รวมถึงยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ ในการผลิตพื้นผิวซีลและแหวนซีลต่างๆ ซึ่งใช้กับวาล์วหลายชนิด วัสดุที่ไม่ใช่โลหะเหล่านี้ที่ใช้เป็นพื้นผิวซีลไม่เพียงแต่ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี แต่ยังมีประสิทธิภาพในการซีลที่ดี ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในตัวกลางที่มีอนุภาค อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้มีความแข็งแรงและทนความร้อนน้อยกว่า และขอบเขตการใช้งานจึงมีจำกัด
3. การปรับสภาพพื้นผิวโลหะ
(1) การเชื่อมต่อวาล์ว: โดยทั่วไปแล้ว ข้อต่อวาล์วแบบเกลียวจะได้รับการเคลือบสังกะสี ชุบโครเมียม และออกซิเดชั่น (สีน้ำเงิน) เพื่อเพิ่มความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของบรรยากาศและตัวกลาง นอกจากวิธีการที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ตัวยึดอื่นๆ ยังได้รับการเคลือบผิวด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การเคลือบฟอสเฟต ตามสถานการณ์
(2) พื้นผิวปิดผนึกและชิ้นส่วนปิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก: ใช้กระบวนการพื้นผิว เช่น การไนไตรดิ้งและการโบโรไนซิ่ง เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการสึกหรอ
(3) การป้องกันการกัดกร่อนของลำต้น: การไนไตรดิ้ง การโบโรไนเซชั่น การชุบโครเมียม การชุบนิกเกิล และกระบวนการปรับสภาพพื้นผิวอื่นๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานการสึกหรอ
การเคลือบผิวที่แตกต่างกันควรเหมาะสมกับวัสดุของก้านวาล์วและสภาพแวดล้อมการทำงานที่แตกต่างกัน ในสภาวะที่มีบรรยากาศ ไอน้ำ และบรรจุภัณฑ์แอสเบสตอส ก้านวาล์วสามารถใช้การชุบโครมแข็งหรือกระบวนการไนไตรดิ้งด้วยแก๊ส (เหล็กกล้าไร้สนิมไม่ควรใช้กระบวนการไนไตรดิ้งด้วยไอออน): ในสภาพแวดล้อมที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์ การเคลือบด้วยนิกเกิลฟอสฟอรัสสูงโดยการชุบด้วยไฟฟ้ามีประสิทธิภาพในการป้องกันที่ดีกว่า; 38CrMOAIA ยังสามารถทนต่อการกัดกร่อนได้ด้วยการไนไตรดิ้งด้วยไอออนและแก๊ส แต่การเคลือบโครมแข็งไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน; 2Cr13 สามารถทนต่อการกัดกร่อนของแอมโมเนียได้หลังจากการชุบแข็งและการอบคืนตัว และเหล็กกล้าคาร์บอนที่ใช้ไนไตรดิ้งด้วยแก๊สก็สามารถทนต่อการกัดกร่อนของแอมโมเนียได้เช่นกัน ในขณะที่ชั้นเคลือบนิกเกิลฟอสฟอรัสทั้งหมดไม่ทนต่อการกัดกร่อนของแอมโมเนีย และวัสดุ 38CrMOAIA ที่ผ่านกระบวนการไนไตรดิ้งด้วยแก๊สมีคุณสมบัติในการทนต่อการกัดกร่อนและประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยม และส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตก้านวาล์ว
(4) ตัววาล์วขนาดเล็กและล้อหมุน: มักจะชุบโครเมียมเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและตกแต่งวาล์ว
4. การพ่นเคลือบด้วยความร้อน
การพ่นเคลือบด้วยความร้อนเป็นกระบวนการเตรียมสารเคลือบชนิดหนึ่ง และได้กลายเป็นเทคโนโลยีใหม่ชนิดหนึ่งสำหรับการปกป้องพื้นผิววัสดุ เป็นวิธีการเสริมความแข็งแรงของพื้นผิวโดยใช้แหล่งความร้อนที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง (เช่น เปลวไฟจากการเผาไหม้ของแก๊ส อาร์คไฟฟ้า อาร์คพลาสมา ความร้อนจากไฟฟ้า การระเบิดของแก๊ส ฯลฯ) เพื่อให้ความร้อนและหลอมโลหะหรือวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ แล้วพ่นลงบนพื้นผิวที่เตรียมไว้แล้วในรูปแบบของละอองเพื่อสร้างสารเคลือบ หรือให้ความร้อนกับพื้นผิวไปพร้อมกัน เพื่อให้สารเคลือบหลอมละลายอีกครั้งบนพื้นผิวของวัสดุรองรับ ทำให้เกิดกระบวนการเสริมความแข็งแรงของพื้นผิวด้วยการเชื่อมแบบพ่น
โลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ เซรามิกออกไซด์โลหะ วัสดุคอมโพสิตเซอร์เมต และสารประกอบโลหะแข็ง สามารถเคลือบลงบนพื้นผิวโลหะหรืออโลหะได้ด้วยวิธีการพ่นเคลือบด้วยความร้อนแบบหนึ่งหรือหลายวิธี ซึ่งสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของพื้นผิว ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง และคุณสมบัติอื่นๆ และยืดอายุการใช้งานได้ การเคลือบด้วยความร้อนแบบพิเศษที่มีคุณสมบัติพิเศษ เช่น ฉนวนกันความร้อน ฉนวน (หรือไฟฟ้าผิดปกติ) การปิดผนึกที่สามารถเจียรได้ การหล่อลื่นในตัว การแผ่รังสีความร้อน การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และคุณสมบัติอื่นๆ การใช้การพ่นเคลือบด้วยความร้อนสามารถใช้ในการซ่อมแซมชิ้นส่วนได้
5. สีสเปรย์
การเคลือบผิวเป็นวิธีการป้องกันการกัดกร่อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย และเป็นวัสดุป้องกันการกัดกร่อนและเครื่องหมายระบุตัวตนที่ขาดไม่ได้ในผลิตภัณฑ์วาล์ว การเคลือบผิวเป็นวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งโดยทั่วไปทำจากเรซินสังเคราะห์ สารละลายยาง น้ำมันพืช ตัวทำละลาย ฯลฯ โดยจะเคลือบผิวโลหะเพื่อป้องกันตัวกลางและบรรยากาศ และบรรลุวัตถุประสงค์ในการป้องกันการกัดกร่อน
โดยทั่วไปแล้ว สารเคลือบจะใช้ในน้ำ น้ำเค็ม น้ำทะเล บรรยากาศ และสภาพแวดล้อมอื่นๆ ที่ไม่กัดกร่อนมากนัก โดยปกติแล้ว ช่องภายในของวาล์วจะถูกทาสีด้วยสีกันสนิมเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำ อากาศ และสารอื่นๆ กัดกร่อนวาล์ว
6. เติมสารยับยั้งการกัดกร่อน
กลไกที่สารยับยั้งการกัดกร่อนควบคุมการกัดกร่อนคือการส่งเสริมการเกิดขั้วของแบตเตอรี่ สารยับยั้งการกัดกร่อนส่วนใหญ่ใช้ในตัวกลางและสารเติมแต่ง การเติมสารยับยั้งการกัดกร่อนลงในตัวกลางสามารถชะลอการกัดกร่อนของอุปกรณ์และวาล์วได้ เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม-นิกเกิลในกรดซัลฟิวริกที่ปราศจากออกซิเจน ซึ่งมีช่วงการละลายกว้างและอยู่ในสภาวะเผาไหม้ การกัดกร่อนจึงรุนแรงมากขึ้น แต่การเติมคอปเปอร์ซัลเฟตหรือกรดไนตริกและสารออกซิไดซ์อื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย สามารถทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมอยู่ในสภาวะที่ไม่กัดกร่อน มีฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวเพื่อป้องกันการกัดกร่อนจากตัวกลาง ในกรดไฮโดรคลอริก หากเติมสารออกซิไดซ์ในปริมาณเล็กน้อย การกัดกร่อนของไทเทเนียมสามารถลดลงได้
การทดสอบแรงดันวาล์ว มักใช้เป็นตัวกลางในการทดสอบแรงดัน ซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนได้ง่ายวาล์วและการเติมโซเดียมไนไตรต์ปริมาณเล็กน้อยลงในน้ำสามารถป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วจากน้ำได้ วัสดุอุดวาล์วที่ทำจากใยหินมีคลอไรด์เป็นส่วนประกอบ ซึ่งกัดกร่อนก้านวาล์วอย่างมาก และสามารถลดปริมาณคลอไรด์ได้หากใช้วิธีการล้างด้วยไอน้ำ แต่วิธีนี้ทำได้ยากมากและไม่สามารถนำมาใช้ได้ทั่วไป จึงเหมาะสำหรับกรณีพิเศษเท่านั้น
เพื่อปกป้องก้านวาล์วและป้องกันการกัดกร่อนของซีลแอสเบสตอส ในซีลแอสเบสตอสจึงมีการเคลือบสารยับยั้งการกัดกร่อนและโลหะเสียสละไว้บนก้านวาล์ว โดยสารยับยั้งการกัดกร่อนประกอบด้วยโซเดียมไนไตรต์และโซเดียมโครเมต ซึ่งสามารถสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวของก้านวาล์วและเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของก้านวาล์ว และตัวทำละลายจะช่วยให้สารยับยั้งการกัดกร่อนละลายอย่างช้าๆ และทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่น ที่จริงแล้ว สังกะสีก็เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนเช่นกัน ซึ่งสามารถรวมตัวกับคลอไรด์ในแอสเบสตอสก่อน ทำให้โอกาสที่คลอไรด์จะสัมผัสกับโลหะของก้านวาล์วลดลงอย่างมาก เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการป้องกันการกัดกร่อน
7. การป้องกันทางไฟฟ้าเคมี
การป้องกันทางไฟฟ้าเคมีมีสองประเภท ได้แก่ การป้องกันแบบแอโนดและการป้องกันแบบแคโทด หากใช้สังกะสีในการป้องกันเหล็ก สังกะสีจะเกิดการกัดกร่อน จึงเรียกสังกะสีว่าโลหะเสียสละ ในทางปฏิบัติการผลิต การป้องกันแบบแอโนดใช้น้อยกว่า การป้องกันแบบแคโทดใช้มากกว่า วิธีการป้องกันแบบแคโทดนี้ใช้กับวาล์วขนาดใหญ่และวาล์วสำคัญ ซึ่งเป็นวิธีที่ประหยัด เรียบง่าย และมีประสิทธิภาพ และมีการเติมสังกะสีลงในวัสดุอุดรอยรั่วแอสเบสตอสเพื่อป้องกันก้านวาล์ว
8. ควบคุมสภาพแวดล้อมที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน
คำว่า "สภาพแวดล้อม" มีสองประเภท คือ ความหมายกว้างและความหมายแคบ ความหมายกว้างของสภาพแวดล้อมหมายถึง สภาพแวดล้อมรอบๆ บริเวณที่ติดตั้งวาล์วและตัวกลางในการไหลเวียนภายใน ส่วนความหมายแคบของสภาพแวดล้อมหมายถึง สภาวะต่างๆ รอบๆ บริเวณที่ติดตั้งวาล์ว
สภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ควบคุมไม่ได้ และกระบวนการผลิตไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามอำเภอใจ การควบคุมสภาพแวดล้อมจึงทำได้ก็ต่อเมื่อไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อผลิตภัณฑ์และกระบวนการ เช่น การกำจัดออกซิเจนในน้ำหม้อไอน้ำ การเติมด่างในกระบวนการกลั่นน้ำมันเพื่อปรับค่า pH เป็นต้น จากมุมมองนี้ การเติมสารยับยั้งการกัดกร่อนและการป้องกันทางไฟฟ้าเคมีที่กล่าวมาข้างต้นก็เป็นอีกวิธีหนึ่งในการควบคุมสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนเช่นกัน
บรรยากาศโดยรอบเต็มไปด้วยฝุ่นละออง ไอน้ำ และควัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมการผลิต เช่น ควันน้ำเกลือ ก๊าซพิษ และผงละเอียดที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์ ซึ่งจะทำให้เกิดการกัดกร่อนวาล์วในระดับต่างๆ ผู้ปฏิบัติงานควรทำความสะอาดและไล่อากาศออกจากวาล์วอย่างสม่ำเสมอ และเติมน้ำมันเชื้อเพลิงเป็นประจำตามข้อกำหนดของขั้นตอนการปฏิบัติงาน ซึ่งเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมการกัดกร่อนจากสิ่งแวดล้อม การติดตั้งฝาครอบป้องกันบนก้านวาล์ว การติดตั้งบ่อกราวด์บนวาล์วกราวด์ และการพ่นสีบนพื้นผิวของวาล์ว ล้วนเป็นวิธีการป้องกันสารกัดกร่อนไม่ให้กัดกร่อนวาล์ววาล์ว.
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิแวดล้อมและมลภาวะทางอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์และวาล์วในสภาพแวดล้อมปิด จะเร่งการกัดกร่อน ดังนั้นจึงควรใช้โรงงานแบบเปิดหรือมาตรการระบายอากาศและระบายความร้อนให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อชะลอการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อม
9. ปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผลและโครงสร้างวาล์ว
การป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วปัญหาการกัดกร่อนได้รับการพิจารณาตั้งแต่เริ่มต้นการออกแบบ และผลิตภัณฑ์วาล์วที่มีการออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมและวิธีการผลิตที่ถูกต้องจะช่วยลดการกัดกร่อนของวาล์วได้อย่างแน่นอน ดังนั้น ฝ่ายออกแบบและฝ่ายผลิตควรปรับปรุงชิ้นส่วนที่มีการออกแบบโครงสร้างที่ไม่เหมาะสม วิธีการผลิตที่ไม่ถูกต้อง และมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนได้ง่าย เพื่อให้เหมาะสมกับความต้องการของสภาพการทำงานต่างๆ