酸性气体工况环境下隔膜泵液压系统稳定性研究

摘 要：本文首先简要介绍了酸腐蚀的基本原理，接着对酸性环境中的隔膜泵液压系统做了分部介绍，逐一对隔膜泵液压系统可能发生的腐蚀做了分析，概述了腐蚀给隔膜泵液压系统带来的危害和影响，对液压系统防腐的解决措施进行了系统概述，最后简要总结了液压系统酸腐蚀的类型和应对腐蚀的设计原则。

关键词：酸性；环境；隔膜泵；液压系统

中图分类号： TH137 文献标志码：A

0 引言

引起腐蚀的最一般条件是：（1）大气中含有SO2、H2S、Cl2和HCI；（2）液体中含有盐，特别是氯化物中的阴离子；（3）源和源托材料不同，且处于潮湿环境中；（4）源的强辐射引起的空气电离。酸性气体环境中对隔膜泵液压系统最大的隐患是酸腐蚀，酸腐蚀其性质是析氢电化学腐蚀，从热力学看，增加溶液酸度会加速阴极反应，提高腐蚀率，但腐蚀率还和氢过电位有关，溶液的氧化性也影响金属的腐蚀，氧化性增加，通常使腐蚀加速，但超过极限值可使金属发生钝化而抑制腐蚀，腐蚀产物也有一定影响，可溶性金属盐会催化阳极反应，不溶性腐蚀产物形成保护层会抑制腐蚀。

1 对液压系统的影响分析

酸性气体工况环境下液压系统酸腐蚀属于电化学腐蚀、湿腐蚀。而且随着季节不同、环境温度变化和空气湿度变化其腐蚀率会发生变化，其主要影响是，对金属件的破坏和对仪器仪表精准度的影响等。液压设备结构如图1所示。本项目液压系统主要包括自动补排油系统、润滑系统、冲洗系统、超压保护及排气系统、控制仪表系统及液压油箱。

1.1 自动补排油系统

1.1.1 功用

自动补排油系统的功能是控制隔膜室中的油量及橡胶隔膜的运动位置，其原理如图2所示。

1.1.2 结构概述

自动补排油系统主要由二位三通电磁阀、两位两通阀组、蓄能器、气源调节装置、截止阀、单向阀、仪表及管件等组成。

1.2 冲洗系统

1.2.1 功用

冲洗系统用来给隔膜泵液力端油缸进行冷却和润滑，进而起到延长活塞密封圈使用寿命的作用，其原理如图3所示。

1.2.2 结构概述

冲洗系统设计为环路结构，保证油液供应均匀性，从而达到充分的冷却效果。冲洗系统主要由吸油过滤器、油泵电机组、检测仪表和管件等构成。

1.3超壓保护系统

1.3.1功用

当隔膜泵液力端超压后，液力端液压油经超压保护系统卸荷，从而保护液力端零部件不受损坏，其原理如图4所示。

1.3.2结构概述

超压保护系统采用双单向阀串联结构与液力端相联接结构。主要零部件有：单向阀、蓄能器、压力表、排油管、回油管等。

1.4腐蚀分析

对于以上液压分系统在酸性气体工况环境下，可能发生的腐蚀分析如下：

1.4.1点蚀

点蚀是一种腐蚀后出现微小蚀孔的局部腐蚀形式，严重的点蚀会造成零件穿孔或突发性失效。例如液压管路发生点蚀后将会引起管路泄露，降低液压系统效率，焊接处发生点蚀将会引发开焊，破坏零部件强度等不良后果。点蚀与零部件表面缺陷有关，如，晶间结构不均匀、位错表面露头、表面夹杂物或表面刻痕等。

1.4.2缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是发生在金属与金属或金属与非金属结合缝隙内的一种局部腐蚀，通常在缝隙中有溶液存在。缝隙腐蚀常发生在铆钉、螺栓连接、法兰、垫圈、密封等处。如图5所示实例，发生缝隙腐蚀的缝隙宽度没有明确的尺寸界限，通常为几微米宽。在宽的沟槽或缝隙内由于介质流动性好，较少发生缝隙腐蚀。减少缝隙腐蚀的方法如下：

（1）在结构上避免出现缝隙，或使缝隙尽可能敞开。

（2）油箱要便于清除沉杂物。

（3）在缝隙腐蚀敏感区域覆盖一层抗缝隙腐蚀性能好的合金。

（4）在阴极表面的周围涂上油漆。

（5）采用抑制剂。

（6）避免或减少采用金属/非金属的连接。

1.4.3晶间腐蚀

发生在晶界上的局部腐蚀现象称为晶间腐蚀。晶间腐蚀由于会使晶间处晶粒间的结合力降低，造成材料强度下降，但表面尚保持完整、均匀甚至光滑，因此潜在的危害较大。隔膜泵液压系统中在焊接处，如果后期处理不完全，C元素对不锈钢的敏化有重要影响。

1.4.4应力腐蚀

应力腐蚀（SCC）通常的结果是造成材料断裂。在腐蚀过程中，当材料受应力作用时，发生的腐蚀过程，造成应力腐蚀开裂的应力远低于材料在无腐蚀介质存在时正常的断裂应力，其根源在于材料内微裂纹的扩展。应力腐蚀开裂失效与材料所处的环境有关。液压系统不锈钢管路焊接处如果夹杂有碳化物，碳元素对不锈钢的敏化有重要影响。

1.4.5 腐蚀疲劳

腐蚀疲劳是指在腐蚀与循环应力的联合作用下引起材料疲劳强度下降的现象。液压系统中的轴承和弹簧是典型的受循环应力作用的部件。处于酸性环境中，受高压力往复作用的两位两通阀如图6所示，从而导致裂纹的扩展直至断裂。

1.4.6 磨蚀

磨蚀发生在有相对流动的场合中，是金属腐蚀与流体机械协同作用的一种过程。磨蚀程度受流速、流态、表面钝化膜的强度和气体中的固体颗粒成分、大小、硬度等影响，在酸性环境中腐蚀性气体处于液压系统外部，所以在液压零部件外部会发生不同程度的磨蚀。

1.4.7 气蚀

金属表面因受到气泡破裂所带来的高压反复冲击，产生金属碎片，这些活化的金属暴露在酸性气体中，又重新受到酸性气体的腐蚀，如图7所示，被初始腐蚀的零件周围其他零部件随着腐蚀扩散重新受到酸性气体的腐蚀。。

综上，无论发生哪种类型的腐蚀都会对液压系统造成不同程度的腐蚀，腐蚀的后果如下：endprint

（1）液压系统流量、压力发生变化，无法保证原始设计参数结果准确性。

（2）液压系统效率降低。

（3）零部件失效。

（4）仪表参数显示不准确。

（5）传感器控制参数偏离设定值，引发系统设备误动作。

（6）整套设备运行稳定性和可靠性不能保证。

2 解决措施

对于酸腐蚀的应对措施可通过两方面来考虑，一方面通过用户车间净化处理，另一方面对液压系统进行防腐设计。

2.1 工厂净化处理

玻璃钢酸雾净化塔对于腐蚀性气体的治理，目前多采用液体吸收法治理，酸雾净化塔，广泛应用于各种化工、电工电子、冶金、工业生产等多种领域的气体净化工艺。

2.2 液压系统防腐设计

无论液压元器件还是仪器仪表，防腐设计主要从材料方面入手解决。另外，对腐蚀性介质应选用像不锈钢之类的弹性元件或敏感元件。

2.2.1 防腐材料

常用的防腐材料有不锈钢、哈氏合金、蒙乃尔合金、钛、钽等，这是最简单、最直观的处理方法。

2.2.2 液压元器件及仪表防腐

提高液压元器件及仪表抗腐蚀性能的方法有以下几种方法：

（1）隔离：采用隔离介质，避免液压元件或仪表直接接触腐蚀环境，在隔膜泵液压系统设计中该方法成本较高，一般不推荐采用。

（2）采用防护层：如喷涂、电镀、衬里、氧化、磷化和钝化处理、表面合金化等。防护层涂镀可对整套液压系统外表面做优化处理，达到防腐目的，减缓液压元器件及仪表失效，进而增加液压系统稳定性。

在仪表防腐中，合理选用耐蚀仪表防腐材料是提高仪表防腐能力根本性的途径，一般来说，仪表中使用的耐蚀金属材料有两类，一类是通用材料，即并非为仪表专用，而是在机械制造中通用的材料，如耐蚀铸铁、耐蚀铸钢、不锈钢和耐热钢、耐蚀结构钢、耐蚀有色金属和合金等；另一类是仪表专用合金材料，这类材料一般都具有某些特殊性能，如弹性、磁性、电阻、膨胀性能等，它们统称仪表材料，而兼有耐蚀性能的仪表材料称为耐蚀仪表材料。

对于无法采用上述防腐方法或采用上述方法仍不足以满足防腐要求时，则必须使用抗蚀仪表材料，提高仪表材质本身的防腐能力。这也是提高仪表防腐能力根本性的途径。

结语

（1）酸性气体工况环境下隔膜泵液压系统可能发生的腐蚀有：点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨蚀（冲蚀）、气蚀等。

（2）主要解决措施以液压系统防腐设计为主，设计初始，对于各零部件的材料选用、材料性能及關键数据进行全面分析和掌握；生产制造过程中对零部件装配面、密封面、焊接口等接口处进行完全清理，防止腐蚀发生；后期表面处理应选择合适的、相容的防腐材料；仪表选用密封可靠、表面处理细致、有防腐产品业绩的生产厂家。

参考文献

[1]唐群国.水液压传动技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.

[2]肖宁辉.现代无损检测新技术新工艺与应用技术标准大全[M].长春：银声音像出版社，2006.

[3]王小磊.单向阀叠加在往复式三缸单作用活塞隔膜泵超压保护系统中的研究与应用[J].中国新技术新产品，2016（22）：59-61.

[4]姚犇.化工仪表防腐蚀技术的研究[J].科技创新导报，2012（25）：135.endprint