Цзянсу Хайфа Машиностроение Лтд.

【Перевод】

При выборе химического насоса материал часто оказывается важнее, чем сам тип насоса. Многие пользователи при запросе указывают только расход, напор, температуру и мощность двигателя. Однако для таких сред, как концентрированная серная кислота, фосфорная кислота, кислые шламы с твердыми включениями и сильные окислительные кислоты, если материал выбран неправильно, насос, даже при соответствии гидравлических характеристик, вряд ли сможет стабильно работать в долгосрочной перспективе.

На нашем предприятии Jiangsu Haifa Machinery Manufacturing Co., Ltd., при производстве химических насосов по стандарту API610, погружных насосов, коррозионностойких и высокотемпературных насосов, мы часто сталкиваемся с подобными условиями: высокая температура среды, высокая концентрация кислоты, высокая плотность, сильная коррозионная активность, а также возможное содержание кристалов, примесей, кислотного шлама или твердых частиц. Такие условия нельзя просто проектировать, используя обычную нержавеющую сталь. Необходимо выбирать материал с учетом концентрации среды, температуры, скорости потока, содержания твердых частиц и зон эрозионного износа.

LEWMET, никель-хромовый сплав, или аналогичный высоколегированный никель-хромовый коррозионно- и износостойкий сплав, представляет собой специальное материальное решение для условий сильной коррозии, высоких температур и высокого абразивного износа. Его ключевые преимущества — высокая термостойкость, коррозионнаяойкость и износостойкость. Он особенно подходит для критических зон износа в средах с концентрированнойной кислотой, олеумом, фосфорной кислотой и некоторыми кислыми средами, содержащими твердые частицы. Для химических насосов этот материал используется не для «повышения конфигурации», а для решения проблем быстрой коррозии, эрозионного износа и короткого межремонтного периода обычных материалов в высокотемпературных кислых средах.

1. Почему для сред с концентрированной серной и фосфорной кислотой нельзя полагаться только на обычную нержавеющую сталь

Многие пользователи спрашивают: 316L, 2205, 904L, сплавы Хастеллой — это уже распространенные коррозионностойкие материалы, зачем рассматривать LEWMET или аналогичные никель-хромовые сплавы?

Причина в особых свойствах сред с концентрированной серной и фосфорной кислотой. Коррозионная активность серной кислоты сильно зависит от концентрации, температуры и скорости потока. Логика выбора материала для разбавленной и концентрированной серной кислоты совершенно разная. При низких температурах концентрированная серная кислота может образовывать пассивирующую пленку, но при повышении температуры, увеличении скорости потока, наличии примесей или локальной эрозии скорость коррозии материала может значительно возрасти. В среде фосфорной кислоты, если присутствуют фторид-ионы, хлорид-ионы, сульфат-ионы, твердые частицы кислотный шлам, обычная нержавеющая сталь также может подвергаться точечной коррозии, щелевой коррозии и эрозионному износу.

Коррозия внутри химического насоса не является равномерной. Выход рабочего колеса, улитка корпуса насоса, зазоры уплотнительных колец, втулки вала, крышка насоса, выходной фланец, направляющие элементы и входное отверстие погружного насоса часто одновременно подвергаются высокоскоростной эрозии и химической коррозии. Это означает, что отказ насоса — это не просто «разъедание кислотой», а результат叠加 коррозии иноса.

Именно поэтому мы уделяем большое внимание никель-хромовым сплавам в условиях сильной коррозии и высокого абразивного износа. Материал должен быть не только кислотостойким, но и сохранять хорошую стабильность поверхности при высокоскоростном потоке, эрозии твердыми частицами и колебаниях температуры.

1. Какие проблемы внутри насоса помогает решить никель-хромовый сплав LEWMET

Никель-хромовые сплавы типа LEWMET в химических насосах обычно более подходят для использования в критических проточных частях, а не просто как название материала в техническом задании. При разработке решений мы обычно уделяем особое внимание следующим позициям.Первое — рабочее колесо. Рабочее коле — это элемент передачи энергии и место наиболее резких изменений скорости потока. Для таких сред, как конрированная серная кислота, фосфорная кислота, кислые шламы, выходные кромки лопаток, передний и задний диски, а также уплотнительные кольца рабочего колеса подвержены叠加 эрозии и коррозии. Использование никель-хромового сплава повышает коррозионную и износостойкость рабочего колеса в высокотемпературныхлых средах.Второе — корпус насоса и крышка насоса. Корпус насоса воспринимает давление и длительно контактирует со средой. Для погружных насосов, шламовых насосов, осевых насосов и насосов принудительной циркуляции площадь проточной части корпуса велика, время пребывания среды больше, а риск коррозии более очевиден. Если среда содержит кислотный шлам или кристаллы, внутренняя стенка корпу также подвергается непрерывному абразивному износу.Третье — уплотнительные кольца, втулки вала и износостойкие втулки. Зазоры в этих местах малы, скорость потока высока. Если твердость и коррозионная стойкость материала недостаточны, это может быстро привести к увеличению зазоров. Увеличение зазоров снижает КПД насоса, увеличивает рециркуляцию, повышает вибрацию и в конечном итоге влияет на срок службы подшипников и торцевых уплотнений.Четвертое — нижняя часть корпуса погружного насоса и лопасти осевого насоса. Для погружных насосов в установках серной и фосфорной кислоты корпус насоса длительное время погружен в сильно коррозионную среду, и условия обслуживания также плохие. Если материал проточной части выбран неправильно, затраты на последующий демонтаж, осмотр и замену будут высокими.3. Материалы типа LEWMET не являются универсальными; решение должно приниматься с учетом условий среды

Я не рекомендую пользователям воспринимать LEWMET или никель-хромовые сплавы как универсальный материал, «подходящий для всех кислот». любого материала есть границы применимости. Механизмы коррозиицентрированной серной кислоты, фосфорной кислоты, смешанных кислот, кислот, содержащих хлор, кислот, содержащих фтор, и шламов с твердыми включениями различны. Поведение материала может кардинально меняться при повышении температуры от комнатной до 70°C, 100°C, 150°C и выше.

Поэтому перед подтверждением материала мы просим пользователя предоставить полный перечень параметров среды, включа: название среды, концентрацию кислоты, содержание свободной кислоты, диапазон температур, плотность, вязкость, содержание твердых частиц, размер частиц, содержание хлорид-ионов, фторид-ионов, окислительных примесей, наличие кристаллизации, наличие эрозии, режим работы (периодический или непрерывный), необходимость в тепловой изоляции или обогреве. В случае серной кислоты необходимо различать разбавленную, концентрированную, олеум, серную кислоту с твердыми включениями и высокотемпературную серную кислоту. В случае фосфорной кислоты необходимо учитывать влияние фтора, хлора, сульфат-ионов и твердых примесей в экстракционной фосфорной кислоте на материал. Только после тщательного анализа этих данных можно определить, подходит ли никель-хромовый сплав типа LEWMET, или следует выбрать Alloy 20, 904L, дуплексную сталь, сплав Хастеллой, титан, фторопластовое покрытие или другое материальное решение.

4. При использовании никель-хромовых сплавов в химических насосах API610 конструкция также должна быть адаптирована

Правильный выбор материала — это только первый шаг. Для высокотемпературных насосов для концентрированной серной кислоты, насосов для фосфорной кислоты, погружных шламовых насосов, если конструкция не адаптирована, даже самый лучший материал может вызвать проблемы.

Во-первых, необходимо контролировать скоростьока. Высокая скорость потока усиливает эрозионную коррозию, особенно в зоне выхода рабочего колеса, разделительного языка корпуса насоса, колен и выходного фланца. Если содержание твердых частиц в среде высокое, мы стараемся избегать резких изменений проточной части, уменьшая количество застойных зон и локальных завихрений.Во-вторых, необходимо контролировать зазоры. При совместном использовании никель-хромовых сплавов и других материалов коэффициенты теплового расширения различны, поэтому горячие зазоры должны быть пересчитаны. Нельзя полагаться только на чертежи с зазорами для холодного состояния, иначе при высокотемпературной работе возникнуть задевание уплотнительных колец, неравномерный износ втулок вала или нестабильность ротора.В-третьих, необходимо учитывать уплотнение. Торцевые уплотнения для насосов, работающих с концентрированной серной и фосфорной кислотой, предназначены не только для предотвращения утечек. Необходимо учитывать материал торцевых поверхностей, вспомогательные уплотнительные кольца, промывочную жидкость, способ охлаждения и риск кристаллизации. Для высокотемпературной концентрированной серной кислоты или фосфорной кислоты с твердыми включениями схема торцевого уплотнения должна быть тщательно продумана. В некоторых условиях можно рассмотреть бессальниковую погружную конструкцию, магнитный привод или двухстороннее торцевое уплотнение.В-четвертых, необходимо учитывать технологию изготовления. Требования к литью, термообработке механической обработке, сварке и контролю для никель-хромовых сплавов выше, чем для обычной литой стали или обычной нержавеющей стали. Критические проточные детали требуют контроля дефектов литья, качества поверхности и точности размеров, чтобы избежать возникновения локальных очагов коррозии из-за производственных дефектов.5. Применение на платформе химических насосов API610 компании Jiangsu Haifa

Компания Jiangsu Haifa Machinery Manufacturing Co., Ltd. производит химические насосы серии API610, охватывающие конструкции OH1, OH2, OH3, OH4, BB1, BB2, BB3, BB4, BB5, VS, а также погружные насосы, насосы с магнитным приводом, герметичные насосы, насосы для расплавленных солей, высокотемпературные насосы, шламовые насос, насосы принудительной циркуляции и коррозионойкие насосы. Для условий, требующих применения никель-хромовых сплав типа LEWMET, мы обычно не рекомендуем только один тип насоса, а определяем конструкцию в зависимости от среды, способа установки и технологических условий.

Для обычной горизонтальной подачи можно рассмотреть химический насос API610-OH2 серии HES. Этот тип насоса подходит для непрерывных процессов в нефтехимии, нефтепереработке, углехимии, тонкой химии и отличается центральной опорой, высокой адаптацией к высоким температурам и удобством обслуживания. Для сильно коррозионных сред проточные части, такие как рабочее колесо, корпус насоса, уплотнительные кольца, втулки вала, могут быть изготовлены из никель-хромового сплава или других коррозионностойких сплавов по требованию.

Для подачи кислоты с малым расходом и высоким напором можно рассмотреть химический насос API610-OH2-HES(X) с малым расходом. Диапазон расхода этой серии составляет 0,812,5 м³/ч, напор — 12~125 м, рабочая температура — от -80 до 450°C, расчетное давление — около 2,5 МПа. Для сильно коррозионных сред, чистых или с微量 твердых частиц, ключевыми моментами для насосов малого расхода являются внутренней рециркуляции, износа в зазорах и надежность уплотнения.

Для условий с высокой температурой, тяжелыми нагрузками и большим расходом можно рассмотреть двухопорные или многоступенчатые конструкции BB2, BB3, BB4. Для систем с высокотемпературной концентрированной сер или фосфорной кислотой необходимо одновременно учитывать жесткость насоса, осевые и радиальные силы, нагрузки на патрубки и охлаждение уплотнения. По материалам, в зависимости от условий среды, можно выбрать никель-хромовый сплав типа LEWMET, высоконикелевый сплав, дуплексную сталь, сплав Хастеллой или футерованную конструкцию.

Для условий с резервуарами, кислотными ваннами, подземными емкостями или глубоким уровнем жидкости более подходят вертикальные погружные насосы или конструкции серии VS. При использовании погружныхосов для серной кислоты, фосфорной кислоты, кислых шламов проточные части длительное время погружены в среду, поэтому материалы втулок вала, подшипников скольжения, корпуса насоса и рабочего колеса должны быть тщательно рассчитаны. Для сильной коррози и высокого абразивного износа никель-хромовый сплав типа LEWMET может быть важным вариантом для корпуса насоса, рабочего колеса и износостойких деталей.

6. Ключевые моменты по материалам и конструкции насосов для концентрированной серной кислоты

При выборе насоса для концентрированной сернойы нельзя ориентироваться только на слово «серная». Требования к материалам для 93% серной кислоты, 98% серной кислоты, олеума, серной кислоты, содержащей воду, высокотемпературной серной кислоты, серной кислоты с твердыми включениями сильно различаются. При проектировании насоса для концентрированной серной кислоты мы обычно тщательно проверяем следующее:

Первое — концентрация и температура. С повышением температуры риск коррозии значительно возрастает, особенно в системах высокотемпературной циркуляции серной кислоты.Второе — скорость потока. Концентрированная серная кислота в зонах высокоскоростной эрозии может легко разрушить защитное состояние поверхности материала, поэтому особое внимание следует уделять выходу рабочего колеса и разделительному языку корпуса насоса.Третье — наличие примесей. Если присутствуют хлорид-ионы, фторид-ионы, ионы железа, кислотный шлам или твердые частицы, выбор материала должен быть более консервативным.Четвертое — риск утечки и уплотнение. Утечкацентрированной серной кислоты не только вызывает коррозию оборудования на площадке, но и создает угрозу безопасности. Для условий с высокой опасностью мы отдаем предпочтение конструкциям с низкой утечкой или без утечки.Пятое — кристаллизация при останове и промывка. Некоторые кислоты могут кристаллизоваться или давать осадок при изменении температуры. Застойные зоны в полости насоса, точки слива и промывки должны быть спроектированы заранее.

В этих условиях ценность никель-хромового сплава типа LEWMET проявляется в первую очередь в высокотемпературной циркуляции концентрированной серной кислоты, в зонах