Подбор материалов соединительной и запорной арматуры для жидкостных и газовых систем

Рубрика: Рекомендации экспертов

Важнейший фактор надежности системы, работающей с агрессивной средой, - правильный подбор арматуры. Наибольшая проблема при работе с агрессивными средами – это коррозия и деструкция материалов, взаимодействующих со средой.

Корродирование металлов происходит не только из-за прямого химического или электрохимического взаимодействия со средой, но из-за других параметров. Температура, давление и концентрация агрессивных веществ значительно влияют на процесс протекания коррозии. Так, например, коррозионная стойкость нержавеющей стали марки AISI 316 к концентрированной серной кислоте при температуре 20°C - стойкая, но при повышении температуры до 80°C – химическая стойкость значительно ухудшается, и длительная эксплуатация при такой температуре не рекомендуется. Именно поэтому так важно указывать все параметры рабочей среды.

Самыми распространенными сплавами для изготовления конструкционных деталей клапанов – являются нержавеющие стали и латуни. Механизм защиты от коррозии одинаков для большинства металлов. Окислению деталей препятствует образование тонкой пленки нерастворимых окислов. Такая пленка не эластична и обладает незначительной прочностью, а на ее создание требуется время.

mat.jpg

Рисунок 1 - Пример работы оксидной пленки 

На примере нержавеющей стали AISI 316 (ближайший аналог 10Х17Н13М2) можно разобрать влияние всех легирующих элементов:

  1. Хром (16-18%) - повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах, а также повышает сопротивление абразивному износу высокоуглеродистых сталей.
  2. Никель (10-14%)– способствует образованию оксидной пленки, повышает прочность, пластичность, коррозионностойкость.
  3. Молибден (2-3%) делает сталь более защищенной от щелевой и питтинговой коррозии в хлористой, морской воде и в сильноагрессивных средах.

 Нержавеющая сталь обладает высокой химической стойкостью к большинству агрессивных сред. Список основных исключений крайне мал:

Не рекомендуется для длительного применения:                                                                

rja.jpg
Рисунок 2 - Ржавчина под микроскопом

  • Азотная кислота
  • Гипохлорит кальция
  • Медный купорос
  • Муравьиная кислота
  • Пары ортофосфорной кислоты
  • Сернистая кислота
  • Раствор углекислого газа
  • Уксусная кислота
  • Щавелевая кислота

Не рекомендуется применять: 

  • Гипохлорит натрия
  • Соляная кислота
  • Серная кислота
  • Хлор (большинство состояний)
  • Хлорид железа
  • Хлорид кальция
  • Хлорид цинка 

Кроме основных конструкционных элементов, выполненных из латуни или нержавеющей стали, клапан содержит уплотнительные элементы. Типы уплотнительных элементов и их материалы приведены в таблице 1.

Тип уплотнения Материал
Сальниковое уплотнение PFA (перфторалкоксидный полимер),
PTFE (полимер тетрафторэтилена),
PEEK (полиэфирэфиркетон),
Grafoil (графит)
Уплотнительные кольца FKM (фторкаучук),
Kalrez (FFKM перфторкаучук),
EPDM (Этилен-пропиленовый каучук)
Мягкий наконечник штока PCTFE (Kel-F политрихлорфторэтилен)
Седло Ацеталь,
PEEK (полиэфирэфиркетон),
PFA (перфторалкоксидный полимер)

 Таблица 1 - типы уплотнительных элементов и их материалы

Разберем наиболее химически стойкие материалы для каждого типа уплотнений:

  • Для сальникового уплотнения рекомендуется использовать графит. Графит является чрезвычайно химически стойким материалом и инертен по отношению к большинству агрессивных сред вплоть до температур 2500—3000° С. Исключениями являются окислители. Окисление графита на воздухе начинается примерно при 500° С и быстро возрастает с увеличением температуры.
  • Рекомендуется применение перфторкаучуковых уплотнительных колец так, как этот эластомер, полностью фторирован и имеет высокое сопротивление, диэлектрические свойства и устойчивость к высоким температурам.
  • Исполнение клапанов с мягким наконечником штока разработано для постоянно перекрывающихся вентилей. Эластомерным материалом здесь является политрихлорфторэтилен. Этот материал обладает умеренной химической и температурной стойкостью, отличной адгезией к металлам и низкой ползучестью. Однако применение этого материала на особо агрессивные среды ограничено.
  • Лучшим материалом для изготовления седла является нержавеющая сталь или латунь, однако уплотнение металл-металл допускает протечки по затвору, что не допустимо в ряде случаев. Для исключения протечки по затвору используются эластомерные материалы в качестве уплотнителей на больших условных диаметрах и цельные седла, изготовленные из эластомерных материалов, на малых диаметрах. Наиболее химически стойким материалом для изготовления сёдел является полиэфирэфиркетон. PEEK – это термопластический высокотехнологичный полимер, обладающий высокой температурной и химической стойкостью, отличными механическими и ударными свойствами.

Внимание! Выбор материалов соединительной и запорной арматуры для жидкостной или газовой системы должен производиться исключительно инженером, разрабатывающим данную систему.