Выбор клапанов для коррозионных сред, таких как сильные кислоты и щелочи

Выбор клапанов для коррозионных сред, таких как сильные кислоты и щелочи, является критически важным и узкоспециализированным вопросом. Неправильный выбор может привести к быстрому выходу клапана из строя и утечке рабочей среды, что может привести к несчастным случаям, загрязнению окружающей среды и остановкам производства.
Следующие ключевые моменты, этапы и распространенные типы клапанов для выбора клапанов для высококоррозионных сред представляют собой систематическое руководство по выбору.

1. Основные принципы выбора

Для коррозионных сред выбор клапана должен соответствовать следующим четырем основным принципам:
Прежде всего, коррозионная стойкость: Материал клапана должен выдерживать длительную химическую и электрохимическую коррозию, вызванную рабочей средой. Это самый базовый и важный принцип.
Надёжность уплотнений: Уплотнительная конструкция клапана (включая уплотнения седла, тарелки/шара клапана и штока клапана) должна эффективно предотвращать утечку опасной среды как изнутри, так и снаружи.
Безопасность и удобство эксплуатации: Клапан должен легко открываться и закрываться, а также адаптироваться к рабочим условиям (таким как температура, давление и частота). Для высокоопасных сред часто рассматривается дистанционное или автоматическое управление. Экономичность: При соблюдении вышеуказанных требований выберите клапан с оптимальным соотношением цены и качества, учитывая стоимость закупки, стоимость обслуживания и срок службы.

2. Этапы выбора и факторы, которые необходимо учитывать

Шаг 1: Определение параметров процесса (основа выбора)

Это отправная точка для выбора, и она должна быть максимально подробной:
Свойства среды: Какая конкретно кислота/щелочь используется? Какова концентрация? (Например: 98% концентрированная серная кислота, 37% соляная кислота, 50% жидкая каустическая сода). Примечание: Различия в концентрации могут существенно влиять на коррозионную активность.
Температура: Рабочая температура среды, максимальная/минимальная температура.
Давление: Рабочее давление среды, перепад давления и максимальный перепад давления, при котором происходит запирание.
Расход и диаметр: диаметр трубы (DN) и требуемые характеристики расхода (регулирующий или переключающий).
Частота срабатывания: потребуется ли частое открытие и закрытие клапана или он будет нормально открытым/закрытым?

Шаг 2: Выбор материала корпуса клапана (критическое решение)

Выбор материала напрямую определяет срок службы клапана.
Материал металла:
Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь 304/316L подходит для работы с окисляющими кислотами, такими как разбавленная серная и азотная кислота, но не устойчива к соляной кислоте и хлорид-ионам. 316L обладает несколько лучшей стойкостью к хлоридной точечной коррозии, чем 304.
Дуплексные стали, такие как 2205 и 2507, обладают отличной стойкостью к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением и подходят для работы в хлоридсодержащих средах, таких как соленая вода и соляная кислота (средней и низкой концентрации). Хастеллой C-276/C22: ведущий коррозионно-стойкий сплав, устойчивый к большинству сильных кислот (включая горячую концентрированную соляную кислоту), сильным окислителям и влажному хлорному газу, но чрезвычайно дорогой.
Титан (Ti) и титановые сплавы: обладают превосходной коррозионной стойкостью к хлорид-ионам, гипохлориту, влажному хлорному газу и азотной кислоте, но не устойчивы к дымящей серной и плавиковой кислотам.
Никель (Ni) и никелевые сплавы, такие как монель, обладают превосходной коррозионной стойкостью к плавиковой кислоте и фторсодержащим средам.
Неметаллические/футеровочные материалы:
Политетрафторэтилен (ПТФЭ): «король пластиков», устойчив практически ко всем сильным кислотам, основаниям и органическим растворителям (кроме расплавленных щелочных металлов, фторидов и трифторида хлора). Имеет широкий диапазон рабочих температур (от -196°C до 200°C). Обычно используется в качестве футеровочного или уплотнительного материала для шаровых и поворотных кранов. Перфторэластомер (FFKM): Такие материалы, как Kalrez® и Chemraz®, являются высококачественными эластичными уплотнительными материалами, обладающими коррозионной стойкостью, сравнимой с ПТФЭ, при сохранении эластичности резины. Они используются для изготовления уплотнительных колец и седел клапанов, к которым предъявляются высокие требования.
Поливинилиденфторид (ПВДФ): Устойчив к большинству кислот, оснований и галогенов, обладает более высокой механической прочностью, чем ПТФЭ, но имеет более низкий температурный предел (~90 °C).
Армированный полипропилен (РПП): Отличная кислото- и щелочестойкость, низкая стоимость, но низкая устойчивость к перепадам температур и давлений. Часто используется для клапанов малого диаметра и в умеренных условиях эксплуатации. Пластиковое/резиновое покрытие: Корпус клапана покрыт ПТФЭ, ПО, F46 и т. д., что обеспечивает экономически выгодное сочетание прочности металлического корпуса и коррозионной стойкости неметаллических материалов.
Как выбрать? Ознакомьтесь с «Паспортом коррозионной стойкости» или проконсультируйтесь с поставщиком материала, чтобы определить наиболее подходящий материал с учетом конкретной среды, концентрации и температуры. Не полагайтесь на опыт.

Шаг 3: Выбор типа клапана

Различные типы клапанов подходят для различных коррозионных сред:
Шаровой клапан
Преимущества: Быстрое открытие и закрытие, низкое гидравлическое сопротивление, отличная герметичность (обеспечивает нулевые утечки в обоих направлениях) и компактная конструкция.
Область применения: Широко используется для переключения коррозионных сред. Полнопроходные шаровые краны особенно подходят для применения, требующего очистки трубопроводов или работы с шламовыми средами.
Примечания к выбору:
Шаровой кран с фторсодержащим покрытием (шаровой кран с покрытием F46): Корпус клапана покрыт слоем F46 (FEP), шар покрыт слоем F46 или PFA, а уплотнение штока — PTFE или FFKM. Это один из наиболее распространённых и экономичных вариантов для работы с сильными кислотами и щелочами, подходящий для большинства коррозионных сред при средних и низких температурах (≤150 °C). Шаровые краны с металлическим уплотнением: изготовлены из специальных металлов, таких как хастеллой и титан, и подходят для сложных условий эксплуатации, связанных с высокими температурами, высоким давлением, а также коррозионными и абразивными средами.
Дисковый затвор
Преимущества: простая конструкция, компактный размер, малый вес, низкая стоимость, быстрое открытие и закрытие.
Применение: резка и регулирование коррозионных сред с высокой скоростью потока, низким перепадом давления и большими диаметрами (DN>100).
Примечания к выбору:
Дисковый затвор с покрытием из ПТФЭ: корпус клапана покрыт ПТФЭ, а диск покрыт ПТФЭ или специальным металлом (например, сталью 316L с покрытием NiP). Экономичные по сравнению с шаровыми кранами с футеровкой из ПТФЭ, они являются экономичным выбором для трубопроводов большого диаметра и объёма коррозионно-активных газов/жидкостей.
Двухстворчатый клапан из дуплексной стали: подходит для коррозионных сред, требующих высокой прочности металла.
Мембранный клапан
Преимущества: отсутствие сальника, полное отсутствие утечек. Плавный поток, отсутствие засорения. Среда контактирует только с футеровкой корпуса клапана и мембраной. Области применения: высокоопасные, высокотоксичные и высокочистые среды (например, полупроводники и фармацевтические препараты), шламы и вязкие жидкости.
Примечания к выбору: мембрана является ключевым компонентом, и материал мембраны (например, резиновая мембрана с футеровкой из ПТФЭ, мембрана из ПТФЭ) должен выбираться в зависимости от среды. Сопротивление давлению и температуре относительно низкое.
Плунжерный клапан
Преимущества: простая конструкция, быстрое открытие и закрытие, беспрепятственный поток и отличная герметизация. Применение: Подходит для коррозионных сред, содержащих твердые частицы или шламы, таких как гальванические растворы и сточные воды.
Примечания к выбору: Обычно используется конструкция с фторсодержащим покрытием (F46) или полностью пластиковая (например, ПВДФ).
Сильфонный запорный клапан
Преимущества: Использование металлического сильфона полностью исключает утечки через шток клапана (нулевая внешняя утечка) и обеспечивает высокую надежность.
Применение: Коррозионные среды, которые являются высокотоксичными, дорогостоящими, радиоактивными или легколетучими (например, фосген и плавиковая кислота). Особенности выбора: Высокая стоимость и высокое гидравлическое сопротивление обычно используют их только в критически важных условиях с небольшими проходными сечениями, где необходимо гарантировать абсолютную герметичность.

Шаг 4: Выбор уплотнительных материалов

Материалы уплотнения штока (сальниковой набивки) и седла должны быть совместимы с рабочей средой.
ПТФЭ: Наиболее распространенный материал, обладающий превосходной коррозионной стойкостью, однако необходимо учитывать его свойства хладотекучести и теплового расширения.
Армированный графит: Высокотемпературный и коррозионностойкий, подходит для уплотнения штока в условиях высоких температур.
FFKM: Для самых требовательных эластичных уплотнений, но дорогой.
Композитное уплотнение из ПТФЭ: Уплотнение из ПТФЭ, содержащее графит и нержавеющую стальную проволоку, обеспечивает превосходные характеристики.

Шаг 5: Выбор способа эксплуатации

Ручной: Для нечастой эксплуатации и применения в безопасных условиях.
Пневматический/электрический: Для применений, требующих частого включения/выключения, дистанционного управления или интеграции в автоматизированные системы. При выборе привода для агрессивных сред следует также учитывать коррозионную стойкость (например, выбирать цилиндр или двигатель с антикоррозионным покрытием).