Nhiệm vụ của van điều khiển mức là điều khiển mức nước hoặc điều khiển mức dầu (trong bỡnh tỏch 3 pha), hoặc điều khiển mức chất lỏng núi chung (trong bỡnh tỏch 2 pha). Thõn van và lỏ van bị rỗ là do cỏc chất gõy ăn mũn cú trong chất lỏng chảy qua van hoặc do tỏc động của dũng chảy. Đối với nguyờn nhõn thứ nhất (do chất ăn mũn) cú thể chia làm 3 trường hợp:
• Do chất ăn mũn trong nước tỏch ra khỏi dầu (van điều khiển mức nước).
• Do chất ăn mũn trong dầu đó tỏch nước (van điều khiển mức dầu). • Do chất ăn mũn trong dầu chưa tỏch nước (van điều khiển mức chất lỏng trong bỡnh tỏch 2 pha).
Nguyờn nhõn thứ 2 (do tỏc động của dũng chảy) chủ yếu ảnh hưởng đến lỏ van. Tỏc động của dũng chảy thường gõy ra hiện tượng xõm thực cục bộ và xúi mũn làm rỗ bề mặt làm việc. Hiện tượng xõm thực chỉ xảy ra khi trong dũng chất lỏng cú khớ và ỏp suất dũng chảy nhỏ hơn ỏp suất bóo hũa, nhưng khi qua bỡnh tỏch, khớ đó được tỏch, cũn lại khụng đỏng kể, đồng thời ỏp suất làm việc của bỡnh tỏch thấp nhất là 1,5 at nờn hiện tượng xõm thực cú thể loại bỏ. Hiện tượng xúi mũn gõy ra do dũng chảy rối của chất lỏng chảy qua van, trờn bề mặt làm việc của thõn van cú những vết lồi lừm, khi dũng chảy rối đi qua sẽ tạo xoỏy tại những vết lừm, phỏt triển những vết lừm này lớn dần gõy ra rỗ bề mặt.
Như vậy, nhiệm vụ của việc chống mũn cho thõn van và lỏ van là tỡm ra biện phỏp chống xúi mũn và ngăn chặn tỏc động của cỏc chất ăn mũn.
Cú 5 biện phỏp chống ăn mũn cơ bản: • Thiết kế kết cấu hợp lý.
• Xử lý bề mặt chi tiết. • Xử lý mụi trường.
• Lựa chọn vật liệu chống ăn mũn. • Bảo vệ điện húa.
Trong 5 biện phỏp này, do ta khụng thể thay đổi kết cấu của van và khụng thể ỏp dụng bảo vệ anot và bảo vệ catot (vỡ biện phỏp này chỉ ỏp dụng cho những chi tiết, kết cấu rất lớn) do đú khụng ỏp dụng biện phỏp thứ nhất và thứ 5.
4.3.2.1. Biện phỏp lựa chọn vật liệu chống ăn mũn
Khi lựa chọn vật liệu cần tuõn theo một số quy tắc sau:
• Trong mụi trường khử hoặc oxy húa yếu, cú axit nhưng khụng cú oxy hũa tan thỡ nờn sử dụng hợp kim cú Ni hoặc Cu.
• Trong mụi trường oxy húa nờn sử dụng hợp kim chứa Cr.
• Trong mụi trường oxy húa cực mạnh nờn sử dụng Ti và hợp kim Ti. Mụi trường làm việc của van điều chỉnh mức thường chỉ chứa lượng nhỏ cỏc axit và muối hoặc khụng cú cỏc chất này, do đú đay là mụi trường oxy húa yếu. Ta lựa chọn vật liệu là thộp hợp kim cú chứa Cr, Ni. Cú 3 mỏc thộp cú cụng dụng chống được một số dạng ăn mũn gõy rỗ bề mặt:
08Cr17Ni12Mo2: chống ăn mũn lỗ. 03Cr17Ni13Mo2: chống ăn mũn lỗ.
08Cr18Ni11NbTa: Chống ăn mũn tinh giới và ăn mũn ứng suất.
Chỳ thớch:
• Ăn mũn lỗ là một dạng ăn mũn điện húa, xảy ra đối với cỏc kim loại và hợp kim cú tớnh ăn mũn thụ động như: Fe, Cr, Al, Ni…
• Ăn mũn tinh giới là ăn mũn xảy ra ở biờn giới hoặc lõn cận cỏc hạt tinh thể, đõy cũng là một dạng ăn mũn điện húa.
• Ăn mũn ứng suất là dạng ăn mũn xảy ra khi chi tiết làm việc trong mụi trường ăn mũn, đồng thời chịu tỏc dụng của ứng suất gõy ra nứt, rạn, góy.
Với 3 mỏc thộp kể trờn ta chọn một trong 2 mỏc thộp 08Cr17Ni12Mo2 hoặc 03Cr17Ni13Mo2 vỡ van làm việc chịu ứng suất khụng đỏng kể, khụng bị ăn mũn ứng suất.
Khi thực hiện biện phỏp lựa chọn vật liệu cần chỳ ý làm thõn van và lỏ van cựng loại vật liệu để trỏnh hỡnh thành cỏc pin galvanic gõy ra ăn mũn galvanic (là dạng ăn mũn xảy ra khi cỏc kim loại hoặc hợp kim khỏc nhau được sử dụng trong cựng một cơ cấu và tiếp xỳc với nhau trong cựng một mụi
trường ăn mũn). Biện phỏp tuy đơn giản và hạn chế được một dạng ăn mũn điện húa nhưng cú hạn chế, đú là phải làm từ khõu sản suất đầu tiờn trong tiến trỡnh sản suất van, đồng thời tớnh chịu xúi mũn của van hoàn toàn phụ thuộc vào cơ tớnh của vật liệu, nếu khụng cú điều kiện chủ động sản suất được van hoặc khụng liờn hệ được với hóng sản suất (chẳng hạn như đặt hàng theo yờu cầu) thỡ khụng thể thực hiện được.
4.3.2.2. Biện phỏp xử lớ bề mặt chi tiết
Cỏc biện phỏp xử lớ bề mặt đem lại hiệu quả chống mũn rất tốt nhưng thường đũi hỏi trang thiết bị phức tạp và giỏ thành khỏ cao. Đối với chi tiết thõn van và lỏ van, bề mặt được sử lý phải đạt yờu cầu chịu xúi mũn tốt và ngăn chặn tỏc hại của cỏc tạp chất ăn mũn. Cỏc biện phỏp sử lý bề mặt thường dựng là:
• Photphat húa và cromat húa bề mặt.
• Phủ kim loại bằng cỏch nhỳng trong kim loại núng chảy. • Phun Plasma.
• Húa nhiệt luyện.
• Tạo lớp phủ bằng cỏc cụng nghệ húa học. • Tạo lớp phủ bằng cụng nghệ điện húa. • Sơn phủ bảo vệ.
* Trong cỏc phương phỏp trờn, ta loại bỏ phương phỏp thứ nhất vỡ phương phỏp này thường ỏp dụng cho gang và cỏc hợp kim của nhụm, phương phỏp thứ 2 cũng khụng phự hợp vỡ nú chỉ ỏp dụng cho chi tiết lớn. cũn lại cỏc phương phỏp khỏc đều cú thể ỏp dụng.
* Phun plasma:
Plasma là hỗn hợp cỏc nguyờn tử, ion, electron tạo thành do sự ion húa cỏc khớ plasma dưới tỏc dụng của hồ quang điện hoặc từ trường tần số radio. Người ta đưa bột vật liệu phủ vào dũng plasma, dũng vật liệu phủ và plasma sẽ được phun lờn bề mặt tạo thành lớp phủ.
Chọn vật liệu phủ là Ni-gr, vỡ lớp phủ này phự hợp trong mụi trường oxy húa yếu, cú mặt axit và thiếu oxy (là mụi trường làm việc của van điều khiển) đồng thời nú chịu xúi mũn và bền nhiệt rất tốt.
Là phương phỏp thấm một số húa chất lờn bề mặt vật liệu hoặc chi tiết để tăng tớnh chống mũn. Bảng 4.3 là cỏc chất thường dựng trong húa nhiệt luyện:
Bảng 4.3. Một số lớp thấm đạt được khi sử dụng húa nhiệt luyện. Lớp thấm Cụng dụng
Thấm Al Chịu mài mũn, chịu nhiệt, tăng độ bền mỏi, tăng tuổi thọ chi tiết. Thấm Cr Bền trong mụi trường cú axit, cỏc chất oxy húa ở nhiệt độ cao,
chống mài mũn, xúi mũn và chịu nhiệt rất tốt.
Thấm B Bền trong mụi trường cú axit, chống mài mũn, xúi mũn và chịu nhiệt rất tốt.
Thấm N Chống xúi mũn, mài mũn tốt, chống ăn mũn lỗ trong mụi trường nước biển.
Dựa vào bảng trờn, ta cú thể lựa chọn một trong 3 phương phỏp thấm B, thấm Cr hoặc thấm N cho thõn van và lỏ van. Trong đú thấm N là giỏ thành rẻ nhất.
* Phương phỏp tạo lớp phủ bằng cỏc cụng nghệ húa học:
Quan trọng nhất trong phương phỏp này là phủ Ni, cơ chế tạo lớp phủ như sau:
Lớp phủ cú thành phần: 90 ữ 93 % Ni + 7 ữ 10 % P, cỏc thành phần tạp chất (Oxy, hidro, nito…) khụng quỏ 0,3%. P trong lớp phủ cú nhiều tỏc dụng như: tăng độ cứng, độ mài mũn, giảm hệ số ma sat…
Cần chỳ ý là sau khi phủ đem chi tiết đi sử lớ nhiệt ở nhiệt độ 290 C400oC, rồi đem ủ. Khi đú độ cứng bề mặt cú thể đạt 950 ữ 1050 HV.
* Phương phỏp tạo lớp phủ bằng cụng nghệ điện húa:
Phương phỏp tạo lớp phủ bằng cụng nghệ điện húa được dựng rộng rói nhất là cụng nghệ mạ điện. Bảng 4.4. Đặc điểm của một số lớp mạ và cụng dụng Kim loại mạ Độ cứng HV Màu sắc Chiều dày àm Đặc diểm và cụng dụng
Al 30ữ90 Trắng 6 Chịu nhiệt tốt, làm anot so với thộp.
Cd 30ữ50 Trắng
búng
3 ữ 10 Màu sắc dẽ chịu cho vật dụng trong nhà, lõu bị xỉn màu hơn Zn.
Cr 900 ữ
1100
Trắng đục
1 ữ 300 Chịu mài mũn, xúi mũn và ăn mũn rất tốt, hệ số ma sỏt nhỏ, phản xạ lớn. Co 250 ữ 300 Xanh 2 ữ 25 Độ cứng cao, phản xạ tốt. Cu 41 ữ 220
Hồng 4 ữ 50 Dẫn điện dẫn nhiệt tốt, làm lớp ăn chõn cho lớp mạ khỏc.
Pb 5 HB Xanh 1300 Bền ăn mũn trong nhiều loại axit, bền ăn mũn trong mụi trường khớ núng.
Ni 140 ữ
500
Trắng 130 ữ 500
Bền ăn mũn trong nhiều loại mụi trường, thường dựng cựng với cỏc lớp mạ Cu, Cr. Rh 400 ữ 800H B Trắng bạc búng 0,03 ữ 25 Cứng, dẫn điện tốt, phản xạ lớn, bền ăn mũn. Sn 5 HB Trắng búng
4 ữ 25 Bền ăn mũn trong cỏc thực phẩm bơ, sữa, dễ hàn, là catot so với thộp.
Zn 40 ữ
50HB
Xanh đục
12 ữ 50 Bền ăn mũn, là anot so với thộp. Dựa vào bảng trờn, ta cú thể chọn lớp mạ Cr hoặc lớp mạ Ni kết hợp với Cr để mạ bề mặt làm việc của thõn van hoặc lỏ van.
* Phương phỏp sơn phủ bảo vệ:
Sơn được dựng với nhiều mục đớch khỏc nhau, ở đõy chỉ đề cạp đến cỏc loại sơn chống ăn mũn. Sơn gồm nhiều lớp cú tỏc dụng khỏc nhau:
• Lớp lút: tỏc dụng chủ yếu là bỏm dớnh tốt lờn bề mặt và chống ăn mũn.
• Lớp trung gian (hay cũn gọi là lớp tăng cường): cú tỏc dụng tăng bền và tăng khả năng chống thấm của sơn.
• Lớp mặt: tạo đọ búng, tạo màu sắc và phần nào cú tỏc dụng chống thấm và ngăn cản cỏc tỏc hại của cỏc tia sỏng lờn sơn. Vật liệu làm sơn được cấu thành từ cỏc thành phần chớnh sau: chất dớnh, dung mụi, chất đệm và chất phụ gia.
Tỏc dụng của chất phụ gia:
* Chất phụ gia cho lớp lút: là cỏc chất cú tỏc dụng làm thụ động quỏ trỡnh ăn mũn hoặc cú tỏc dụng bảo vệ catot, hiện nay trong kỹ thuật thường dựng cỏc loại phổ biến sau:
- Chỡ + dầu lanh: cú tỏc dụng chống thấm tốt, chống ăn mũn tốt và rất thụng dụng.
- Bột Zn: cú tỏc dụng bảo vệ catot (Zn là anot, thộp là catot). Tỏc dụng bảo vệ chống ăn mũn tốt nhất khi bề mặt trước khi sơn được tẩy sạnh. Bột Zn thường được dựng với chất dớnh là nhựa epoxy hoặc chất dớnh silicat.
- Silico-cromat: khi sử dụng cần trộn đều vào tất cả cỏc lớp sơn mới hiệu quả.
* Chất phụ gia cho lớp trung gian: yờu cầu tớnh chống thấm tốt, tăng bền cho sơn, thường dựng cỏc loại sau:
Oxit sắt tăng tớnh chống thấm cho sơn.
Oxit kẽm trắng, dựng cho sơn màu sỏng, chắn tia cực tớm tốt, trung hũa cỏc loại axit cú trong dầu silicat.
* Chất phụ gia cho lớp sơn mặt:
Thường là cỏc bột vật liệu hữu cơ, chất khoỏng quyết định màu sơn. Một số lớp sơn và cụng dụng được mụ tả trong bảng 4.5.
Bảng 4.5. Một số lớp sơn hữu cơ và mụi trường sử dụng
Loại lớp sơn Cụng dụng
MễI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN THễNG DỤNG Sơn dầu
Nhà ở, xe cộ, cầu, mỏy múc thiết bị cần bảo quản.
Alkyd
Chuẩn bị cho lớp sơn tiếp, là lớp sơn cuối cựng để bảo vệ kim loại.
Nhựa aminoalkyd biến tớnh
Là lớp cuối cho nhiều loại sản phẩm kim loại.
Nitroxenlulo Là lớp cuối cho nhiờu loại sản phẩm.
Acrylic Làm lớp sơn cuối cựng.
KHÍ QUYỂN BIỂN
Acrylic, cao su clorua, phenol, vinyl, vinyl - ankyd
Cụng trỡnh quan trọng, cụng trỡnh giỏp biển.
NGẬP TRONG NƯỚC
Phenolic Vỏ tàu.
vinyl Vỏ tàu, núc tàu.
Cao su clorinat Vỏ tàu, bể bơi.
Urethan Tạo lớp vecni màu sỏng đẹp.
Dựa vào bảng 4.5 và cụng dụng của cỏc chất phụ gia, ta chọn loại sơn như sau:
- Lớp lút sử dụng sơn ankyd, với chất phụ gia là chỡ + dầu lanh. - Lớp trung gian sử dụng sơn vinyl với chất phụ gia là oxit sắt. - Lớp mặt sử dụng acrylic, chất phụ gia là silico-cromat.
4.3.2.1. Biện phỏp xử lý mụi trường
Do bỡnh tỏch hoạt động ở giỏ trị nhiệt độ và ỏp suất nằm trong giới hạn nhất định nờn ta khụng thể làm thay đổi nhiệt độ mụi trường cũng như điệu chỉnh tốc độ dũng chảy qua van, do vậy biện phỏp xử lớ mụi trường khả dĩ nhất là sử dụng chất ức chế ăn mũn. Cỏc chất này cú khả năng tạo ra cỏc tỏc dụng sau:
- Giỳp đẩy nhanh quỏ trỡnh oxy húa kim loại làm cho tỡnh trạng thụ động xảy ra sớm hơn.
- Tạo thành hợp chất khụng tan kết tủa lờn bề mặt kim loại. - Hấp phụ thành một lớp đơn phõn tử trờn bề mặt kim loại. - Phản ứng với mụi trường làm mất đi nguyờn nhõn gõy ăn mũn. Bảng sau đõy là một số chất ức chế thường dựng:
Bảng 4.6. Một số chất ức chế thường dựng Mụi trường ăn
mũn Kim loại cần bảo vệ Chất ức chế ăn mũn Lượng dựng Nước ăn Thộp, gang Fe, Cu, Zn hợp kim Zn, Cu, Al Ca(HCO3)2 Na2CrO4 Ca(OH)2 Na2SiO3 10 ppm 0,1 % Để pH = 8 10ữ20 ppm Nồi hơi Thộp, gang, Zn,
Cu
Ca(HCO3)2 10 ppm
Tất cả cỏc kim loại Ca(HCO3)2 10ữ20 ppm Axit HCl Fe Ethylaniline ( C6H5NHC2H5) Mercaptobenzothiazole (HSCH2C7H5NS) 0,5 % 1 %
Axit H2SO4 Fe và thộp phenylacridine 0,5 %
Axit H2SO4 đặc Fe và thộp Thiourea (H2NCSNH2) NaI
1 % 200 ppm Axit HNO3 Fe và thộp Thiourea (H2NCSNH2) 0,7 %
Khớ quyển kớn Fe Cyclohexylamine cacbonat (C6H11NH2CO3) Cyclohexylamine nitrite (C6H11)2NHNO2 32g/m3 32g/m3
Dựa theo bảng trờn, ta lựa chọn chất ức chế ăn mũn là Ca(HCO3)2, sau đú tựy vào lượng tạp chất khỏc cú trong chất lỏng chảy qua van mà chọn thờm loại chất ức chế khỏc.
Biện phỏp này rất dễ thực hiện nhưng phải tiến hành thường xuyờn, lượng chất ức chế tỷ lệ với nguyờn liệu vào bỡnh tỏch nờn tốn kộm và cú thể gõy ảnh hưởng đến chất lượng dầu.