ปั๊มสารเคมีสแตนเลส: คำอธิบายเกี่ยวกับความทนทานต่อการกัดกร่อน
ปั๊มสารเคมีสแตนเลส: คำอธิบายเกี่ยวกับความทนทานต่อการกัดกร่อน
วิทยาศาสตร์ของเหล็กกล้าไร้สนิม: โครเมียมและชั้นพาสซีฟ
ความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมของปั๊มเคมีสแตนเลสเริ่มต้นจากหลักการทางโลหะวิทยาพื้นฐาน: การก่อตัวของชั้นพาสซีฟ โลหะผสมสแตนเลสมีโครเมียมอย่างน้อย 10.5% โดยมวล เมื่อสัมผัสกับออกซิเจน ไม่ว่าจะเป็นในอากาศหรือในน้ำ โครเมียมนี้จะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างฟิล์มโครเมียมออกไซด์ (Cr₂O₃) บางๆ ที่เฉื่อยชาและยึดเกาะได้ดีมากบนพื้นผิวของโลหะ ชั้นพาสซีฟนี้สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ หากพื้นผิวเป็นรอยขีดข่วนหรือเสียหาย โครเมียมในเหล็กด้านล่างจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในสิ่งแวดล้อมทันทีเพื่อสร้างชั้นป้องกันขึ้นใหม่ ป้องกันการเกิดสนิม ประสิทธิภาพของเกราะป้องกันนี้เองที่ทำให้สแตนเลสแตกต่างจากเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ซึ่งมีโครเมียมไม่เพียงพอและจึงเกิดการกัดกร่อนได้ง่าย คุณภาพและความเสถียรของชั้นพาสซีฟนี้ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นโดยธาตุผสมอื่นๆ ตัวอย่างเช่น โมลิบเดนัม (Mo) ถูกเติมลงในเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316 เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นรูพรุนและการกัดกร่อนตามรอยแตกอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูงซึ่งพบได้ทั่วไปในกระบวนการผลิตทางเคมี การทำความเข้าใจกลไกการซ่อมแซมตัวเองนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเลือกปั๊มที่จะคงความสมบูรณ์ไว้ได้แม้ในสภาวะที่มีสารกัดกร่อนสูง
การเลือกเกรดที่เหมาะสม: 304 เทียบกับ 316 เทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์
เหล็กกล้าไร้สนิมไม่ได้มีคุณภาพเท่ากันทั้งหมด และการเลือกเกรดที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันอายุการใช้งานของปั๊มในงานเคมีเฉพาะด้าน เกรดที่ใช้กันทั่วไปสำหรับปั๊มเคมีคือ 304 (AISI 304) และ 316 (AISI 316)เหล็กกล้าไร้สนิม 304มีคุณสมบัติทนทานต่อการกัดกร่อนทั่วไปได้ดีเยี่ยมต่อสารเคมีอินทรีย์ กรดต่างๆ เช่น กรดไนตริก และผลิตภัณฑ์อาหาร เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าสำหรับสภาพแวดล้อมที่ไม่รุนแรงมากนัก อย่างไรก็ตามเหล็กกล้าไร้สนิม 316มีคุณสมบัติเหนือกว่าสำหรับการใช้งานทางเคมีเนื่องจากการเติมโมลิบเดนัม 2-3% การเติมโมลิบเดนัมช่วยเพิ่มความต้านทานต่อคลอไรด์ กรดซัลฟิวริก และโบรไมด์อย่างมาก ทำให้เป็นมาตรฐานสำหรับการใช้งานกับน้ำทะเล สารละลายเกลือ และสารเคมีในกระบวนการอุตสาหกรรมหลายชนิด สำหรับการใช้งานที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงและมีความต้องการสูง เช่น งานที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของคลอไรด์สูง อุณหภูมิสูง หรือสภาวะที่เป็นกรดเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์เหล็กกล้าดูเพล็กซ์ (เช่น 2205) มักถูกระบุไว้ เหล็กกล้าดูเพล็กซ์มีโครงสร้างจุลภาคแบบผสมที่ให้ความแข็งแรงคราคประมาณสองเท่าของเหล็กกล้า 304 หรือ 316 และมีความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นได้ดีกว่า การเลือกเกรดเป็นการแลกเปลี่ยนโดยตรงระหว่างต้นทุนเริ่มต้นและต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ โดยคำนึงถึงการบำรุงรักษา เวลาหยุดทำงาน และอายุการใช้งาน
ความท้าทายด้านการกัดกร่อนเฉพาะการใช้งานและการออกแบบปั๊ม
นอกเหนือจากเกรดของวัสดุพื้นฐานแล้ว การออกแบบปั๊มเคมีโดยรวมจะต้องได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อรับมือกับประเภทของการกัดกร่อนเฉพาะที่พบเจอในการใช้งานจริงการโจมตีแบบเดียวกันเป็นการกัดกร่อนบนพื้นผิวทั่วไป ซึ่งได้รับการปกป้องโดยชั้นพาสซีฟ รูปแบบที่ร้ายแรงกว่านั้น ได้แก่การกัดกร่อนแบบเป็นหลุมการโจมตีเฉพาะจุดที่สามารถเจาะทะลุโลหะได้ และการกัดกร่อนแบบร่องซึ่งมักเกิดขึ้นในบริเวณที่มีของเหลวขัง เช่น ปะเก็นหรือเกลียวสลักเกลียว ผู้ผลิตปั๊มแก้ไขปัญหานี้โดยการขัดพื้นผิวให้เรียบเพื่อลดจุดเกาะติด และออกแบบโดยไม่มีบริเวณที่มีของเหลวขังการกัดกร่อนแบบกัลวานิกอาจเกิดขึ้นได้เมื่อโลหะต่างชนิดกันสัมผัสกันในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (เช่น น้ำมันปั๊ม) สามารถลดปัญหานี้ได้โดยการใช้วัสดุที่เข้ากันได้หรือส่วนประกอบที่เป็นฉนวนการแตกร้าวจากการกัดกร่อนเนื่องจากความเค้น (SCC)การกัดกร่อนเป็นความเสี่ยงที่เกิดขึ้นเมื่อความเค้นดึงและสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน (โดยเฉพาะคลอไรด์) เกิดขึ้นพร้อมกัน จึงต้องจัดการด้วยการเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสม (เช่น เหล็กดูเพล็กซ์) การอบชุบความร้อนเพื่อลดความเค้นภายในจากการหล่อ และการออกแบบทางกลที่แข็งแรง สุดท้ายแล้ว ความต้านทานการกัดกร่อนต้องครอบคลุมชิ้นส่วนที่สัมผัสกับของเหลวทั้งหมด ได้แก่ ใบพัด เพลา ห้องซีล และตัวเรือน เพื่อให้มั่นใจได้ว่าระบบมีความต้านทานอย่างสม่ำเสมอ ซีลเชิงกลซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ ก็ต้องเลือกใช้วัสดุ (เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์หรือเซรามิก) ที่เสริมความต้านทานการกัดกร่อนของปั๊มด้วย
โดยสรุปแล้ว ความต้านทานการกัดกร่อนของปั๊มเคมีสแตนเลสไม่ได้เป็นเพียงคุณสมบัติเดียว แต่เป็นระบบที่ได้รับการออกแบบตั้งแต่ระดับโมเลกุล ความต้านทานนี้ขึ้นอยู่กับชั้นโครเมียมออกไซด์ที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ เสริมด้วยการผสมโลหะอย่างมีกลยุทธ์ เช่น โมลิบเดนัมในเหล็กกล้า 316 และเกิดขึ้นได้จากการคัดเลือกเกรดอย่างพิถีพิถันและการออกแบบปั๊มที่เหมาะสมเพื่อรับมือกับความท้าทายด้านการกัดกร่อนโดยเฉพาะ ด้วยความเข้าใจในวิทยาศาสตร์เบื้องหลังวัสดุและความต้องการของงาน วิศวกรสามารถกำหนดคุณสมบัติของปั๊มที่ให้ประสิทธิภาพการใช้งานสูงสุด ความน่าเชื่อถือ และความปลอดภัยในสภาพแวดล้อมการประมวลผลทางเคมีที่รุนแรง ซึ่งจะช่วยปกป้องทั้งอุปกรณ์และความสมบูรณ์ของกระบวนการในที่สุด
