ความรู้พื้นฐานและข้อควรระวังในการกัดกร่อนวาล์ว

การกัดกร่อนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดที่ทำให้เกิดวาล์วความเสียหาย ดังนั้นในวาล์วการป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วถือเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณา

วาล์วรูปแบบการกัดกร่อน
การกัดกร่อนของโลหะส่วนใหญ่เกิดจากการกัดกร่อนทางเคมีและการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมี ส่วนการกัดกร่อนของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะโดยทั่วไปเกิดจากการกระทำทางเคมีและทางกายภาพโดยตรง
1. การกัดกร่อนทางเคมี
ภายใต้เงื่อนไขที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ตัวกลางโดยรอบจะทำปฏิกิริยากับโลหะโดยตรงและทำลายโลหะ เช่น การกัดกร่อนของโลหะจากก๊าซแห้งอุณหภูมิสูงและสารละลายที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
2. การกัดกร่อนแบบกัลวานิก
โลหะสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ ส่งผลให้มีการไหลของอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้ตัวโลหะได้รับความเสียหายจากการกระทำทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งเป็นรูปแบบหลักของการกัดกร่อน
การกัดกร่อนของสารละลายเกลือกรด-เบสทั่วไป การกัดกร่อนในบรรยากาศ การกัดกร่อนของดิน การกัดกร่อนของน้ำทะเล การกัดกร่อนของจุลินทรีย์ การกัดกร่อนแบบหลุม และการกัดกร่อนตามรอยแยกของสแตนเลส เป็นต้น ล้วนเป็นการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าไม่เพียงเกิดขึ้นระหว่างสารสองชนิดที่สามารถทำหน้าที่ทางเคมีได้เท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าเนื่องมาจากความต่างของความเข้มข้นของสารละลาย ความต่างของความเข้มข้นของออกซิเจนโดยรอบ ความแตกต่างเล็กน้อยในโครงสร้างของสาร เป็นต้น และยังได้รับพลังของการกัดกร่อน ทำให้โลหะที่มีศักยภาพต่ำและตำแหน่งของแผ่นดวงอาทิตย์แห้งสูญเสียไป

อัตราการกัดกร่อนของวาล์ว
อัตราการกัดกร่อนสามารถแบ่งได้เป็น 6 ระดับ:
(1) ทนทานต่อการกัดกร่อนอย่างสมบูรณ์: อัตราการกัดกร่อนน้อยกว่า 0.001 มม./ปี
(2) ทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ อัตราการกัดกร่อน 0.001 ถึง 0.01 มม./ปี
(3) ความต้านทานการกัดกร่อน อัตราการกัดกร่อน 0.01 ถึง 0.1 มม./ปี
(4) ทนต่อการกัดกร่อนได้: 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. เลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนตามสื่อที่กัดกร่อน
ในการผลิตจริง การกัดกร่อนของตัวกลางมีความซับซ้อนมาก แม้ว่าวัสดุวาล์วที่ใช้ในตัวกลางเดียวกันจะเหมือนกัน แต่ความเข้มข้น อุณหภูมิ และแรงดันของตัวกลางจะแตกต่างกัน และการกัดกร่อนของตัวกลางต่อวัสดุจะไม่เหมือนกัน สำหรับอุณหภูมิตัวกลางที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10°C อัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1~3 เท่า
ความเข้มข้นของตัวกลางมีอิทธิพลอย่างมากต่อการกัดกร่อนของวัสดุวาล์ว เช่น ตะกั่วอยู่ในกรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้นเล็กน้อย การกัดกร่อนจะน้อยมาก และเมื่อความเข้มข้นเกิน 96% การกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าคาร์บอนมีการกัดกร่อนที่รุนแรงที่สุดเมื่อความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกอยู่ที่ประมาณ 50% และเมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 60% การกัดกร่อนจะลดลงอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น อะลูมิเนียมกัดกร่อนได้มากในกรดไนตริกเข้มข้นที่มีความเข้มข้นมากกว่า 80% แต่จะกัดกร่อนอย่างรุนแรงในกรดไนตริกเข้มข้นปานกลางและต่ำ และสแตนเลสมีความทนทานต่อกรดไนตริกเจือจางมาก แต่จะรุนแรงขึ้นในกรดไนตริกเข้มข้นมากกว่า 95%
จากตัวอย่างข้างต้น จะเห็นได้ว่าการเลือกวัสดุวาล์วที่ถูกต้องควรขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ วิเคราะห์ปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการกัดกร่อน และเลือกวัสดุตามคู่มือป้องกันการกัดกร่อนที่เกี่ยวข้อง
2.ใช้วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ
ความต้านทานการกัดกร่อนที่ไม่ใช่โลหะนั้นยอดเยี่ยม ตราบใดที่อุณหภูมิและแรงดันของวาล์วตรงตามข้อกำหนดของวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ก็ไม่เพียงแต่จะแก้ปัญหาการกัดกร่อนได้เท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดโลหะมีค่าได้อีกด้วย ตัววาล์ว ฝากระโปรง ซับใน พื้นผิวปิดผนึก และวัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่ใช้กันทั่วไปอื่นๆ ได้รับการผลิตจากวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ
พลาสติก เช่น PTFE และโพลีเอเธอร์คลอรีน รวมถึงยางธรรมชาติ นีโอพรีน ยางไนไตรล์ และยางอื่นๆ ใช้สำหรับบุวาล์ว และส่วนหลักของฝาครอบวาล์วทำจากเหล็กหล่อและเหล็กกล้าคาร์บอน ไม่เพียงแต่รับประกันความแข็งแรงของวาล์วเท่านั้น แต่ยังรับประกันว่าวาล์วจะไม่ถูกกัดกร่อนอีกด้วย
ปัจจุบันมีการใช้พลาสติก เช่น ไนลอนและ PTFE มากขึ้นเรื่อยๆ และมีการใช้ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ในการผลิตพื้นผิวปิดผนึกและแหวนปิดผนึกต่างๆ ซึ่งใช้กับวาล์วต่างๆ วัสดุที่ไม่ใช่โลหะเหล่านี้ที่ใช้เป็นพื้นผิวปิดผนึกไม่เพียงแต่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีเท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพการปิดผนึกที่ดีอีกด้วย ซึ่งเหมาะเป็นพิเศษสำหรับใช้กับสื่อที่มีอนุภาค แน่นอนว่าวัสดุเหล่านี้มีความแข็งแรงและทนความร้อนน้อยกว่า และขอบเขตการใช้งานก็จำกัด
3. การเคลือบพื้นผิวโลหะ
(1) การเชื่อมต่อวาล์ว: การเชื่อมต่อวาล์วแบบเกลียวมักได้รับการเคลือบด้วยสังกะสี ชุบโครเมียม และออกซิเดชัน (สีน้ำเงิน) เพื่อเพิ่มความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศและระดับกลาง นอกเหนือจากวิธีการที่กล่าวข้างต้นแล้ว ตัวยึดอื่นๆ ยังได้รับการเคลือบด้วยการเคลือบพื้นผิว เช่น การฟอสเฟต ตามสถานการณ์อีกด้วย
(2) พื้นผิวปิดผนึกและชิ้นส่วนปิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก: กระบวนการพื้นผิวเช่น การไนไตรด์และโบรอนไนซ์ ใช้เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการสึกหรอ
(3) การป้องกันการกัดกร่อนของก้าน: การไนไตรด์ โบรอนไนเซชัน การชุบโครเมียม การชุบนิกเกิล และกระบวนการบำบัดพื้นผิวอื่นๆ ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกกร่อน และความต้านทานการสึกกร่อน
การบำบัดพื้นผิวที่แตกต่างกันควรเหมาะกับวัสดุก้านและสภาพแวดล้อมการทำงานที่แตกต่างกัน ในบรรยากาศ สื่อไอน้ำและก้านสัมผัสการบรรจุแร่ใยหิน สามารถใช้การชุบโครเมียมแข็ง กระบวนการไนไตรดิ้งด้วยก๊าซ (สแตนเลสไม่ควรใช้กระบวนการไนไตรดิ้งด้วยไอออน): ในสภาพแวดล้อมบรรยากาศไฮโดรเจนซัลไฟด์ การใช้ไฟฟ้าชุบ การเคลือบนิกเกิลที่มีฟอสฟอรัสสูงจะมีประสิทธิภาพในการป้องกันที่ดีกว่า 38CrMOAIA ยังสามารถทนต่อการกัดกร่อนโดยการไนไตรดิ้งด้วยไอออนและก๊าซได้ แต่การเคลือบโครเมียมแข็งไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน 2Cr13 สามารถทนต่อการกัดกร่อนของแอมโมเนียหลังจากการดับและการอบชุบ และเหล็กกล้าคาร์บอนที่ใช้ไนไตรดิ้งด้วยก๊าซยังสามารถทนต่อการกัดกร่อนของแอมโมเนียได้ ในขณะที่ชั้นชุบฟอสฟอรัส-นิกเกิลทั้งหมดไม่ทนต่อการกัดกร่อนของแอมโมเนีย และวัสดุ 38CrMOAIA ที่ไนไตรดิ้งด้วยก๊าซมีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมและประสิทธิภาพที่ครอบคลุม และส่วนใหญ่ใช้ในการทำก้านวาล์ว
(4) ตัววาล์วและพวงมาลัยขนาดเล็ก: มักชุบโครเมียมเพื่อปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อนและตกแต่งวาล์ว
4. การพ่นความร้อน
การพ่นความร้อนเป็นวิธีกระบวนการชนิดหนึ่งสำหรับการเตรียมการเคลือบ และได้กลายเป็นเทคโนโลยีใหม่สำหรับการปกป้องพื้นผิววัสดุ เป็นวิธีกระบวนการเสริมความแข็งแรงพื้นผิวที่ใช้แหล่งความร้อนที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง (เปลวไฟเผาไหม้ก๊าซ อาร์กไฟฟ้า อาร์กพลาสม่า ความร้อนไฟฟ้า การระเบิดของก๊าซ ฯลฯ) เพื่อให้ความร้อนและหลอมโลหะหรือวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ และฉีดพ่นไปยังพื้นผิวพื้นฐานที่ผ่านการบำบัดล่วงหน้าในรูปแบบของการทำให้เป็นละอองเพื่อสร้างการเคลือบแบบพ่น หรือให้ความร้อนกับพื้นผิวพื้นฐานในเวลาเดียวกัน เพื่อให้การเคลือบละลายอีกครั้งบนพื้นผิวของวัสดุพื้นฐานเพื่อสร้างกระบวนการเสริมความแข็งแรงพื้นผิวของชั้นเชื่อมแบบพ่น
โลหะส่วนใหญ่และโลหะผสม เซรามิกออกไซด์ของโลหะ คอมโพสิตเซอร์เมท และสารประกอบโลหะแข็งสามารถเคลือบบนพื้นผิวโลหะหรือไม่ใช่โลหะได้โดยใช้วิธีการพ่นความร้อนหนึ่งวิธีหรือหลายวิธี ซึ่งสามารถปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อนของพื้นผิว ความทนทานต่อการสึกหรอ ทนต่ออุณหภูมิสูง และคุณสมบัติอื่นๆ และยืดอายุการใช้งานได้ การพ่นความร้อนเป็นการเคลือบฟังก์ชันพิเศษที่มีฉนวนกันความร้อน ฉนวน (หรือไฟฟ้าที่ผิดปกติ) การปิดผนึกแบบบด การหล่อลื่นด้วยตัวเอง การแผ่รังสีความร้อน การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า และคุณสมบัติพิเศษอื่นๆ การใช้การพ่นความร้อนสามารถซ่อมแซมชิ้นส่วนได้
5. สเปรย์พ่นสี
การเคลือบเป็นวิธีป้องกันการกัดกร่อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นวัสดุป้องกันการกัดกร่อนที่ขาดไม่ได้และเป็นเครื่องหมายระบุบนผลิตภัณฑ์วาล์ว การเคลือบเป็นวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งมักทำจากเรซินสังเคราะห์ สารละลายยาง น้ำมันพืช ตัวทำละลาย ฯลฯ เคลือบผิวโลหะ แยกตัวกลางและบรรยากาศ และบรรลุวัตถุประสงค์ในการป้องกันการกัดกร่อน
สารเคลือบส่วนใหญ่ใช้ในน้ำ น้ำเค็ม น้ำทะเล บรรยากาศ และสภาพแวดล้อมอื่นๆ ที่ไม่กัดกร่อนมากเกินไป โพรงด้านในของวาล์วมักทาสีป้องกันการกัดกร่อนเพื่อป้องกันน้ำ อากาศ และสื่ออื่นๆ ไม่ให้กัดกร่อนวาล์ว
6. เติมสารยับยั้งการกัดกร่อน
กลไกที่สารยับยั้งการกัดกร่อนควบคุมการกัดกร่อนคือการส่งเสริมการเกิดขั้วของแบตเตอรี่ สารยับยั้งการกัดกร่อนส่วนใหญ่ใช้ในสื่อและสารตัวเติม การเติมสารยับยั้งการกัดกร่อนลงในสื่อสามารถชะลอการกัดกร่อนของอุปกรณ์และวาล์วได้ เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม-นิกเกิลในกรดซัลฟิวริกที่ปราศจากออกซิเจนซึ่งมีช่วงการละลายสูงในสถานะการเผา การกัดกร่อนจะรุนแรงมากขึ้น แต่การเติมคอปเปอร์ซัลเฟตหรือกรดไนตริกและสารออกซิไดเซอร์อื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อยสามารถทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมกลายเป็นสถานะทื่อได้ พื้นผิวของฟิล์มป้องกันเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของสื่อ ในกรดไฮโดรคลอริก หากเติมสารออกซิไดเซอร์ในปริมาณเล็กน้อย การกัดกร่อนของไททาเนียมก็จะลดลงได้
การทดสอบแรงดันวาล์วมักใช้เป็นตัวกลางในการทดสอบแรงดันซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนได้ง่ายวาล์วและการเติมโซเดียมไนไตรต์ในปริมาณเล็กน้อยลงในน้ำสามารถป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วจากน้ำได้ บรรจุภัณฑ์ใยหินมีคลอไรด์ซึ่งกัดกร่อนก้านวาล์วอย่างมาก และสามารถลดปริมาณคลอไรด์ได้หากใช้วิธีล้างด้วยน้ำนึ่ง แต่วิธีนี้ค่อนข้างยากที่จะนำไปใช้ และไม่สามารถเผยแพร่ให้แพร่หลายได้ทั่วไป และเหมาะสำหรับความต้องการพิเศษเท่านั้น
เพื่อปกป้องก้านวาล์วและป้องกันการกัดกร่อนของบรรจุภัณฑ์ใยหิน ในบรรจุภัณฑ์ใยหิน สารยับยั้งการกัดกร่อนและโลหะเสียสละจะเคลือบอยู่บนก้านวาล์ว สารยับยั้งการกัดกร่อนประกอบด้วยโซเดียมไนไตรต์และโซเดียมโครเมต ซึ่งสามารถสร้างฟิล์มพาสซีฟบนพื้นผิวของก้านวาล์วและปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของก้านวาล์ว และตัวทำละลายสามารถทำให้สารยับยั้งการกัดกร่อนละลายอย่างช้าๆ และมีบทบาทในการหล่อลื่น ในความเป็นจริง สังกะสียังเป็นสารยับยั้งการกัดกร่อน ซึ่งสามารถรวมตัวกับคลอไรด์ในใยหินก่อน ทำให้โอกาสที่คลอไรด์และโลหะบนก้านสัมผัสกันลดลงอย่างมาก เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการป้องกันการกัดกร่อน
7. การป้องกันไฟฟ้าเคมี
การป้องกันไฟฟ้าเคมีมี 2 ประเภท ได้แก่ การป้องกันแบบอะโนดิกและการป้องกันแบบแคโทดิก หากใช้สังกะสีในการปกป้องเหล็ก สังกะสีจะกัดกร่อน สังกะสีจะถูกเรียกว่าโลหะที่เสียสละ ในทางปฏิบัติการผลิต การป้องกันแบบแอโนดจะใช้น้อยลง การป้องกันแบบแคโทดิกจะใช้มากขึ้น วิธีการป้องกันแบบแคโทดิกนี้ใช้สำหรับวาล์วขนาดใหญ่และวาล์วสำคัญ ซึ่งเป็นวิธีการที่ประหยัด ง่าย และมีประสิทธิภาพ และสังกะสีจะถูกเติมลงในวัสดุบรรจุใยหินเพื่อปกป้องก้านวาล์ว
8. ควบคุมสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน
สิ่งที่เรียกว่าสภาพแวดล้อมนั้นมีสองประเภทคือความหมายกว้างและความหมายแคบ โดยความหมายกว้างของสภาพแวดล้อมนั้นหมายถึงสภาพแวดล้อมรอบ ๆ สถานที่ติดตั้งวาล์วและตัวกลางหมุนเวียนภายใน และความหมายแคบของสภาพแวดล้อมนั้นหมายถึงเงื่อนไขต่าง ๆ รอบ ๆ สถานที่ติดตั้งวาล์ว
สภาพแวดล้อมส่วนใหญ่นั้นควบคุมไม่ได้ และกระบวนการผลิตนั้นไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามอำเภอใจ เฉพาะในกรณีที่ไม่มีความเสียหายต่อผลิตภัณฑ์และกระบวนการเท่านั้น จึงสามารถใช้แนวทางการควบคุมสภาพแวดล้อมได้ เช่น การขจัดออกซิเจนออกจากน้ำในหม้อไอน้ำ การเติมด่างในกระบวนการกลั่นน้ำมันเพื่อปรับค่า pH เป็นต้น จากมุมมองนี้ การเติมสารยับยั้งการกัดกร่อนและการป้องกันไฟฟ้าเคมีที่กล่าวถึงข้างต้นก็เป็นวิธีหนึ่งในการควบคุมสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนเช่นกัน
บรรยากาศเต็มไปด้วยฝุ่น ไอน้ำ และควัน โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมการผลิต เช่น น้ำเกลือควัน ก๊าซพิษ และผงละเอียดที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์ ซึ่งจะทำให้วาล์วเกิดการกัดกร่อนในระดับต่างๆ ผู้ปฏิบัติงานควรทำความสะอาดและไล่อากาศออกจากวาล์วเป็นประจำ และเติมเชื้อเพลิงเป็นประจำตามข้อกำหนดของขั้นตอนการทำงาน ซึ่งเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมการกัดกร่อนของสิ่งแวดล้อม การติดตั้งฝาครอบป้องกันบนก้านวาล์ว การวางบ่อน้ำบนวาล์วบนพื้นดิน และการพ่นสีบนพื้นผิวของวาล์ว ล้วนเป็นวิธีป้องกันสารกัดกร่อนไม่ให้กัดกร่อนวาล์ว.
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโดยรอบและมลพิษทางอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์และวาล์วในสภาพแวดล้อมปิด จะทำให้เกิดการกัดกร่อนเร็วขึ้น จึงควรใช้โรงงานแบบเปิดหรือมีการใช้มาตรการระบายอากาศและระบายความร้อนให้มากที่สุด เพื่อชะลอการกัดกร่อนของสิ่งแวดล้อม
9. ปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผลและโครงสร้างวาล์ว
การป้องกันการกัดกร่อนของวาล์วเป็นปัญหาที่ได้รับการพิจารณาตั้งแต่เริ่มต้นการออกแบบ และผลิตภัณฑ์วาล์วที่มีการออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมและวิธีการกระบวนการที่ถูกต้องจะมีผลดีในการชะลอการกัดกร่อนของวาล์วอย่างแน่นอน ดังนั้นแผนกออกแบบและผลิตควรปรับปรุงชิ้นส่วนที่ไม่เหมาะสมในการออกแบบโครงสร้าง วิธีกระบวนการที่ไม่ถูกต้อง และง่ายต่อการทำให้เกิดการกัดกร่อน เพื่อให้ปรับให้เข้ากับข้อกำหนดของสภาพการทำงานต่างๆ