المعرفة الأساسية والاحتياطات اللازمة لتجنب تآكل الصمامات

يُعد التآكل أحد أهم العوامل المسببة للتآكل.صمامالضرر. لذلك، فيصمامتُعد الحماية، ومقاومة تآكل الصمامات، مسألة مهمة يجب مراعاتها.

صمامشكل التآكل
يحدث تآكل المعادن بشكل رئيسي بسبب التآكل الكيميائي والتآكل الكهروكيميائي، ويحدث تآكل المواد غير المعدنية بشكل عام بسبب التأثيرات الكيميائية والفيزيائية المباشرة.
1. التآكل الكيميائي
في حالة عدم توليد تيار كهربائي، يتفاعل الوسط المحيط مباشرة مع المعدن ويدمره، مثل تآكل المعدن بواسطة الغاز الجاف ذي درجة الحرارة العالية والمحلول غير الإلكتروليتي.
2. التآكل الجلفاني
يكون المعدن على اتصال بالإلكتروليت، مما يؤدي إلى تدفق الإلكترونات، الأمر الذي يتسبب في تلفه بفعل النشاط الكهروكيميائي، وهو الشكل الرئيسي للتآكل.
يُعدّ التآكل الناتج عن محاليل الأملاح الحمضية القاعدية الشائعة، والتآكل الجوي، وتآكل التربة، وتآكل مياه البحر، والتآكل الميكروبي، والتآكل النُقري، والتآكل الشقوقي للفولاذ المقاوم للصدأ، وغيرها، من أنواع التآكل الكهروكيميائي. ولا يقتصر التآكل الكهروكيميائي على التفاعل الكيميائي بين مادتين، بل ينتج عنه أيضًا فروق في الجهد الكهربائي بسبب اختلاف تركيز المحلول، واختلاف تركيز الأكسجين المحيط، والاختلاف الطفيف في بنية المادة، وغيرها. ويكتسب هذا التآكل قوةً، مما يؤدي إلى فقدان المعدن لخاصية التآكل في المناطق ذات الجهد المنخفض.

معدل تآكل الصمام
يمكن تقسيم معدل التآكل إلى ست درجات:
(1) مقاومة كاملة للتآكل: معدل التآكل أقل من 0.001 مم/سنة
(2) مقاومة فائقة للتآكل: معدل التآكل من 0.001 إلى 0.01 مم/سنة
(3) مقاومة التآكل: معدل التآكل من 0.01 إلى 0.1 مم/سنة
(4) لا يزال مقاومًا للتآكل: معدل التآكل من 0.1 إلى 1.0 ملم/سنة
(5) مقاومة ضعيفة للتآكل: معدل التآكل من 1.0 إلى 10 ملم/سنة
(6) غير مقاوم للتآكل: معدل التآكل أكبر من 10 مم/سنة

تسعة تدابير لمكافحة التآكل
1. اختر مواد مقاومة للتآكل وفقًا للوسط المسبب للتآكل
في الإنتاج الفعلي، يُعدّ تآكل الوسط عملية معقدة للغاية، فحتى لو كانت مادة الصمام المستخدمة في نفس الوسط متطابقة، فإن تركيز الوسط ودرجة حرارته وضغطه تختلف، وبالتالي يختلف معدل تآكل الوسط للمادة. فمع كل زيادة قدرها 10 درجات مئوية في درجة حرارة الوسط، يزداد معدل التآكل بمقدار يتراوح بين مرة واحدة وثلاث مرات.
يؤثر تركيز حمض الكبريتيك بشكل كبير على تآكل مادة الصمام، فمثلاً، يكون تآكل الرصاص في حمض الكبريتيك بتركيز منخفض ضئيلاً للغاية، بينما يرتفع التآكل بشكل حاد عند تجاوز التركيز 96%. أما الفولاذ الكربوني، فعلى النقيض، يكون تآكله أشدّ ما يكون عند تركيز حمض الكبريتيك حوالي 50%، ثم ينخفض ​​التآكل بشكل حاد عند زيادة التركيز إلى أكثر من 60%. على سبيل المثال، يكون الألومنيوم شديد التآكل في حمض النيتريك المركز بتركيز يزيد عن 80%، ولكنه يصبح شديد التآكل في التركيزات المتوسطة والمنخفضة من حمض النيتريك. أما الفولاذ المقاوم للصدأ، فهو شديد المقاومة لحمض النيتريك المخفف، ولكنه يتأثر سلباً بحمض النيتريك المركز بتركيز يزيد عن 95%.
من الأمثلة المذكورة أعلاه، يمكن ملاحظة أن الاختيار الصحيح لمواد الصمامات يجب أن يستند إلى الحالة المحددة، وتحليل العوامل المختلفة التي تؤثر على التآكل، واختيار المواد وفقًا لأدلة مكافحة التآكل ذات الصلة.
2. استخدم مواد غير معدنية
تتميز المواد غير المعدنية بمقاومة ممتازة للتآكل، فما دامت درجة الحرارة والضغط داخل الصمام تتوافق مع متطلبات هذه المواد، فإنها لا تحل مشكلة التآكل فحسب، بل تحافظ أيضاً على المعادن الثمينة. ويُصنع جسم الصمام وغطاؤه وبطانته وسطح منع التسرب وغيرها من المواد غير المعدنية الشائعة الاستخدام من هذه المواد.
تُستخدم مواد بلاستيكية مثل البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) والبولي إيثر المكلور، بالإضافة إلى المطاط الطبيعي والنيوبرين ومطاط النتريل وأنواع أخرى من المطاط، في تبطين الصمامات، بينما يُصنع الهيكل الرئيسي لغطاء الصمام من الحديد الزهر والفولاذ الكربوني. وهذا لا يضمن فقط متانة الصمام، بل يضمن أيضًا عدم تعرضه للتآكل.
في الوقت الحاضر، يتزايد استخدام أنواع البلاستيك مثل النايلون والبولي تترافلوروإيثيلين (PTFE)، كما يُستخدم المطاط الطبيعي والصناعي في صناعة أسطح وحلقات منع التسرب المختلفة، والتي تُستخدم في صمامات متنوعة. تتميز هذه المواد غير المعدنية المستخدمة كأسطح مانعة للتسرب بمقاومتها الجيدة للتآكل، فضلاً عن أدائها الممتاز في منع التسرب، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للاستخدام في البيئات التي تحتوي على جزيئات. مع ذلك، فهي أقل متانة ومقاومة للحرارة، ونطاق استخداماتها محدود.
3. معالجة سطح المعدن
(1) وصلة الصمام: تُعالج وصلة الصمام الحلزونية عادةً بالجلفنة، والطلاء بالكروم، والأكسدة (الزرقاء) لتحسين مقاومتها للتآكل الجوي والبيئي. بالإضافة إلى الطرق المذكورة أعلاه، تُعالج أدوات التثبيت الأخرى أيضًا بمعالجات سطحية مثل الفسفتة حسب الحالة.
(2) أسطح الختم والأجزاء المغلقة ذات القطر الصغير: تُستخدم عمليات السطح مثل النتردة والبورون لتحسين مقاومتها للتآكل والتآكل.
(3) مقاومة التآكل للساق: يتم استخدام عمليات النتردة، والبورون، والطلاء بالكروم، والطلاء بالنيكل، وغيرها من عمليات معالجة الأسطح على نطاق واسع لتحسين مقاومتها للتآكل، ومقاومتها للتآكل، ومقاومتها للتآكل.
يجب أن تكون المعالجات السطحية المختلفة مناسبة لمواد السيقان المختلفة وبيئات العمل المختلفة. في حالة تلامس السيقان مع الغلاف الجوي وبخار الماء وحشوات الأسبستوس، يمكن استخدام طلاء الكروم الصلب وعملية النترجة الغازية (لا ينبغي استخدام عملية النترجة الأيونية للفولاذ المقاوم للصدأ). في بيئة الغلاف الجوي المحتوية على كبريتيد الهيدروجين، يوفر الطلاء الكهربائي بطبقة عالية من النيكل والفوسفور أداءً وقائيًا أفضل. يمكن أيضًا جعل 38CrMOAIA مقاومًا للتآكل عن طريق النترجة الأيونية والغازية، ولكن طلاء الكروم الصلب غير مناسب للاستخدام. يمكن لـ 2Cr13 مقاومة تآكل الأمونيا بعد التبريد والتلطيف، ويمكن للفولاذ الكربوني باستخدام النترجة الغازية أيضًا مقاومة تآكل الأمونيا، بينما لا تقاوم جميع طبقات طلاء الفوسفور والنيكل تآكل الأمونيا. تتميز مادة 38CrMOAIA المعالجة بالنترجة الغازية بمقاومة ممتازة للتآكل وأداء شامل، وتستخدم في الغالب لصنع سيقان الصمامات.
(4) جسم الصمام ذو القطر الصغير وعجلة اليد: غالبًا ما يتم طلاؤه بالكروم لتحسين مقاومته للتآكل وتزيين الصمام.
4. الرش الحراري
الرش الحراري هو أحد أساليب معالجة الطلاء، وقد أصبح من التقنيات الحديثة لحماية أسطح المواد. وهو أسلوب لتقوية الأسطح يعتمد على استخدام مصادر حرارية عالية الكثافة (مثل لهب الاحتراق الغازي، والقوس الكهربائي، وقوس البلازما، والتسخين الكهربائي، وانفجار الغاز، وغيرها) لتسخين وصهر المعادن أو المواد غير المعدنية، ثم رشها على السطح الأساسي المُعالج مسبقًا على شكل رذاذ لتشكيل طبقة طلاء، أو تسخين السطح الأساسي في الوقت نفسه، بحيث تُصهر طبقة الطلاء مرة أخرى على سطح الركيزة لتشكيل طبقة لحام بالرش تُقوي السطح.
يمكن طلاء معظم المعادن وسبائكها، وسيراميك أكسيد المعادن، ومركبات السيرميت، ومركبات المعادن الصلبة على ركائز معدنية أو غير معدنية باستخدام طريقة واحدة أو أكثر من طرق الرش الحراري، مما يُحسّن مقاومة التآكل السطحي، ومقاومة التآكل، ومقاومة درجات الحرارة العالية، وغيرها من الخصائص، ويُطيل عمر الخدمة. يتميز الطلاء الوظيفي الخاص بالرش الحراري بخصائص مميزة، منها العزل الحراري، والعزل (أو العزل الكهربائي غير الطبيعي)، والمانع للتسرب القابل للصقل، والتشحيم الذاتي، والحماية من الإشعاع الحراري، والحماية الكهرومغناطيسية، وغيرها، مما يجعله مناسبًا لإصلاح الأجزاء.
5. طلاء بخاخ
يُعدّ الطلاء وسيلة شائعة الاستخدام لمقاومة التآكل، وهو مادة أساسية وعلامة تعريفية على منتجات الصمامات. كما أنه مادة غير معدنية، تُصنع عادةً من الراتنجات الصناعية، أو معجون المطاط، أو الزيوت النباتية، أو المذيبات، وغيرها، حيث تُغطي سطح المعدن، وتعزله عن الوسط المحيط والهواء، محققةً بذلك هدف مقاومة التآكل.
تُستخدم الطلاءات بشكل أساسي في الماء، والماء المالح، ومياه البحر، والهواء، وغيرها من البيئات غير المسببة للتآكل الشديد. غالبًا ما يُطلى التجويف الداخلي للصمام بطلاء مضاد للتآكل لمنع الماء والهواء والوسائط الأخرى من تآكل الصمام.
6. أضف مثبطات التآكل
تتمثل آلية عمل مثبطات التآكل في تعزيز استقطاب البطارية. تُستخدم مثبطات التآكل بشكل أساسي في الوسائط والمواد المالئة. يمكن أن تؤدي إضافة مثبطات التآكل إلى الوسط إلى إبطاء تآكل المعدات والصمامات، فعلى سبيل المثال، في حمض الكبريتيك الخالي من الأكسجين، يتحول الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوع من الكروم والنيكل إلى حالة احتراق نظرًا لنطاق ذوبانه الواسع، مما يزيد من حدة التآكل. ولكن بإضافة كمية صغيرة من كبريتات النحاس أو حمض النيتريك أو غيرها من المؤكسدات، يمكن تحويل الفولاذ المقاوم للصدأ إلى حالة غير حادة، حيث تتكون طبقة واقية على سطحه لمنع تآكل الوسط. وفي حمض الهيدروكلوريك، يمكن تقليل تآكل التيتانيوم بإضافة كمية صغيرة من المؤكسد.
يُستخدم اختبار ضغط الصمام غالبًا كوسيلة لاختبار الضغط، وهو ما يُسهل حدوث تآكل فيصمامويمكن منع تآكل الصمام بفعل الماء بإضافة كمية صغيرة من نتريت الصوديوم إلى الماء. تحتوي حشوات الأسبستوس على الكلوريد، الذي يُسبب تآكلًا كبيرًا في ساق الصمام، ويمكن تقليل محتوى الكلوريد باستخدام طريقة الغسل بالبخار، إلا أن هذه الطريقة صعبة التطبيق، ولا يمكن تعميمها، وهي مناسبة فقط للاحتياجات الخاصة.
لحماية ساق الصمام ومنع تآكل حشوة الأسبستوس، تُغطى ساق الصمام في حشوة الأسبستوس بمثبط للتآكل ومعدن تضحية. يتكون مثبط التآكل من نتريت الصوديوم وكرومات الصوديوم، مما يُشكل طبقة واقية على سطح ساق الصمام ويُحسّن مقاومته للتآكل. يعمل المذيب على إذابة مثبط التآكل ببطء، مما يُؤدي دورًا في تزييت ساق الصمام. في الواقع، يُعد الزنك أيضًا مثبطًا للتآكل، حيث يتحد أولًا مع الكلوريد الموجود في الأسبستوس، مما يُقلل بشكل كبير من فرص تلامس الكلوريد مع معدن ساق الصمام، وبالتالي تحقيق هدف مقاومة التآكل.
7. الحماية الكهروكيميائية
يوجد نوعان من الحماية الكهروكيميائية: الحماية الأنودية والحماية الكاثودية. عند استخدام الزنك لحماية الحديد، يتعرض الزنك للتآكل، ولذلك يُطلق عليه اسم المعدن المُضحّي. في التطبيقات العملية، يُستخدم نظام الحماية الأنودية بشكل أقل، بينما يُستخدم نظام الحماية الكاثودية بشكل أكبر. يُستخدم نظام الحماية الكاثودية للصمامات الكبيرة والمهمة، وهو نظام اقتصادي وبسيط وفعال، حيث يُضاف الزنك إلى حشوة الأسبستوس لحماية ساق الصمام.
8. السيطرة على البيئة المسببة للتآكل
إن ما يسمى بالبيئة له نوعان من المعنى الواسع والمعنى الضيق، ويشير المعنى الواسع للبيئة إلى البيئة المحيطة بمكان تركيب الصمام ووسط الدوران الداخلي الخاص به، ويشير المعنى الضيق للبيئة إلى الظروف المحيطة بمكان تركيب الصمام.
معظم البيئات خارجة عن السيطرة، ولا يمكن تغيير عمليات الإنتاج بشكل تعسفي. ولا يمكن اعتماد أساليب التحكم في البيئة إلا في حال عدم إلحاق أي ضرر بالمنتج أو العملية، مثل إزالة الأكسجين من مياه الغلايات، وإضافة القلويات في عملية تكرير النفط لضبط درجة الحموضة، وما إلى ذلك. ومن هذا المنطلق، تُعد إضافة مثبطات التآكل والحماية الكهروكيميائية المذكورة آنفًا وسيلةً للتحكم في البيئة المسببة للتآكل.
الجو مليء بالغبار وبخار الماء والدخان، خاصة في بيئة الإنتاج، مثل محاليل الدخان والغازات السامة والمساحيق الدقيقة المنبعثة من المعدات، مما يُسبب درجات متفاوتة من تآكل الصمام. يجب على المشغل تنظيف الصمام وتطهيره بانتظام وإعادة تزويده بالوقود وفقًا لإجراءات التشغيل، وهو إجراء فعال للسيطرة على التآكل البيئي. يُعد تركيب غطاء واقٍ على ساق الصمام، ووضع بئر تأريض على الصمام الأرضي، ورش الطلاء على سطح الصمام، من الطرق التي تمنع المواد المسببة للتآكل من إتلافه.صمام.
إن ارتفاع درجة الحرارة المحيطة وتلوث الهواء، وخاصة بالنسبة للمعدات والصمامات في بيئة مغلقة، سيؤدي إلى تسريع تآكلها، وينبغي استخدام ورش العمل المفتوحة أو تدابير التهوية والتبريد قدر الإمكان لإبطاء التآكل البيئي.
9. تحسين تكنولوجيا المعالجة وبنية الصمام
الحماية من التآكل لـصمامتُعدّ هذه مشكلةً تمّ أخذها بعين الاعتبار منذ بداية التصميم، ولا شكّ أن صمامًا بتصميم هيكلي مُحكم وطريقة تصنيع صحيحة سيُسهم بشكلٍ كبير في الحدّ من تآكل الصمام. لذا، ينبغي على قسمي التصميم والتصنيع تحسين الأجزاء التي تعاني من قصور في التصميم الهيكلي، أو أخطاء في طرق التصنيع، أو سهولة التآكل، وذلك لتلائم متطلبات ظروف التشغيل المختلفة.