Кавитация коррозиясы – себептері, механизмі және алдын алу шаралары

Сипаттаманы pdf форматында жүктеп алыңыз

Кавитация коррозиясы ағынды сұйықтықтағы бу көпіршіктерінің пайда болуымен және тез ыдырауымен байланысты материал бетінің бұзылуы процесі. Жергілікті қысым импульстары мен микросоққылар металл бетін және оның қорғаныш қабаттарын біртіндеп бұзуы мүмкін. Егер кавитация коррозиялық ортада бір мезгілде пайда болса, механикалық беттің бұзылуы электрохимиялық процестер арқылы одан әрі күшеюі мүмкін. Мәселе негізінен мынада туындайды сорғылар, дөңгелектер, су турбиналары, клапандар, кеме винттері және гидравликалық қондырғыларяғни жоғары ағын жылдамдығы және жергілікті қысымның тез өзгеруі болатын жерлерде.

Кавитация дегеніміз не?

Кавитация - бұл сұйықтықта жергілікті қысым берілген температурада сұйықтықтың бу қысымына тең немесе одан төмен мәнге дейін төмендеген кезде пайда болатын физикалық құбылыс.
Мұндай жағдайларда сұйықтық жергілікті түрде газ фазасына айнала бастайды және буға толы шағын кеңістіктер пайда болады – кавитация көпіршіктері.
Көпіршіктер сұйықтықпен бірге қозғалады.
Олар қысым қайтадан артатын аймаққа жеткенде, бу конденсацияланады және көпіршік тез арада құлайды.
Кавитацияның зақымдануының негізгі себебі - көпіршіктердің тез ыдырауы.

Кавитациялық коррозия қалай пайда болады?

Механизмді бірнеше кезеңмен көрсетуге болады:

1. ағып жатқан сұйықтықта жергілікті қысымның төмендеуі байқалады,
2. қысым бу көпіршіктерінің пайда болуына мүмкіндік беретін мәнге жетеді,
3. көпіршіктер сұйықтықпен бірге қозғалады,
4. олар қысымы жоғары аймаққа барады,
5. көпіршіктердің ішіндегі бу тез конденсацияланады,
6. көпіршіктері құлайды,
7. бетіне жақын жерде жергілікті қысым импульстары мен сұйық микроағындар пайда болады,
8. материалдың беті бірнеше рет механикалық жүктемелерге ұшырайды,
9. деформация, микрожарықтар және материалдың біртіндеп ұсақталуы орын алады.

Егер материал коррозиялық ортада да жұмыс істесе, зақымдалған беті қосымша жеделдетілген коррозияға ұшырауы мүмкін.

Неліктен көпіршіктің құлауы металды зақымдайды?

Кавитация көпіршігі әрқашан симметриялы түрде құлап кетпейді.
Егер ол металл бетіне жақын болса, оның жарылуы бетке бағытталған сұйықтықтың өте жылдам микроағынының пайда болуына әкелуі мүмкін.
Қысқа мерзімді жоғары қысымды импульстар да пайда болады.
Бір ғана оқиға әдетте елеулі зиян келтірмейді.
Дегенмен, мәселе шағын беткі аумаққа әсер ететін мыңдаған немесе миллиондаған қайталанатын жарылыстарда.
Материал циклдік жүктемелерге ұшырайды, бұл келесіге әкелуі мүмкін:

• жергілікті пластикалық деформация,
• беткі шаршау,
• микрожарықтардың пайда болуы,
• материалдың сынықтарын кесіп тастау,
• кратерлердің және шұңқыр тәрізді қуыстардың пайда болуы.

Бу қысымы және кавитацияның пайда болуы

Маңыздысы - сұйық бу қысымы.
Берілген температурадағы әрбір сұйықтықтың өзіне тән бу қысымы болады.
Егер жүйедегі жергілікті статикалық қысым осы мәнге дейін төмендесе, бу көпіршіктері пайда бола бастауы мүмкін.
Температураның жоғарылауы сұйықтықтың бу қысымын арттырады.
Сондықтан, жоғары температурада кавитация төмен температурадағы сол сұйықтыққа қарағанда жоғары абсолютті қысымда пайда болуы мүмкін.

Кавитация қай жерде жиі кездеседі?

Кавитация негізінен қысым тез төмендейтін жерлерде пайда болады.
Типтік мысалдарға мыналар жатады:

• орталықтан тепкіш сорғылар,
• сорғы импеллерлері,
• су турбиналары,
• кеме бұрандалары,
• басқару клапандары,
• дроссельдер,
• форсункалар,
• редукторлар,
• құбырдың тарылуы,
• сантехникалық қондырғылар.

Сорғылардағы кавитация

Сорғылар - кавитацияға әсіресе осал құрылғылар.
Сорғының сору жағында қысым төмендеген.
Егер дөңгелектің кірісіндегі қысым тым төмендесе, сұйықтық жергілікті жерде булана бастауы мүмкін.
Содан кейін пайда болған көпіршіктер қысымы жоғары аймаққа ауысады, онда олар қатты құлайды.
Ротор қалақтарының беттерінде көбінесе зақым пайда болады.

Сорғы кавитациясының белгілері

Кавитация келесі операциялық белгілерді тудыруы мүмкін:

• ерекше шу,
• дірілдер,
• сорғы тиімділігінің төмендеуі,
• тұрақсыз жұмыс,
• көтеру биіктігінің төмендеуі,
• ротордың жеделдетілген тозуы,
• дірілдің жоғарылауына байланысты мойынтіректер мен тығыздағыштардың зақымдануы.

Ауыр кавитацияның тән шуы кейде сорғы арқылы ағып жатқан қиыршық тас немесе малтатаспен салыстырылады.

NPSH және сорғы кавитациясы

Сорғы қондырғыларын жобалау кезінде кавитация қаупіне қатысты негізгі параметрлердің бірі болып табылады NPSH – Таза оң сорғыш басы.
Негізінен мыналар арасында айырмашылық жасалады:

• NPSH қолжетімді – NPSha – нақты орнату кезінде қолжетімді мән,
• NPSH қажет – NPSHr – сорғыға нақты жұмыс жағдайларында қажетті мән.

Кавитация қаупін азайту үшін қолжетімді NPSH сорғы талап ететін мәннен жеткілікті түрде жоғары болуы керек, сонымен бірге тиісті қауіпсіздік шегін сақтай отырып.
Егер сору қысымы тым төмен болса, кавитация қаупі күрт артады.

Сорғының кавитация қаупін не арттырады?

Тәуекелді арттыратын факторларға мыналар жатады:

• сору қысымы тым төмен,
• сору биіктігі тым жоғары,
• сорғыш құбырдың диаметрі тым кішкентай,
• құбырдағы үлкен қысым жоғалтулары,
• лас сүзгілер,
• жартылай жабық клапандар,
• тым жоғары ағын жылдамдығы,
• сұйықтық температурасы тым жоғары,
• сорғыны дұрыс таңдамау,
• сорғының жұмысы оңтайлы жұмыс нүктесінен алыс.

Клапандардағы кавитация

Кавитация басқару клапандарында да пайда болуы мүмкін.
Сұйықтық шектеу арқылы ағып өткенде, оның жылдамдығы артады және статикалық қысымы төмендейді.
Егер ол бу қысымынан төмен түссе, көпіршіктер пайда болады.
Тарылудан кейін қысым қайтадан артуы мүмкін, бұл олардың тез құлауына әкелуі мүмкін.
Содан кейін зақым келесі жағдайларда пайда болуы мүмкін:

• клапанның жабылу элементтері,
• розеткалар,
• клапан корпусы,
• клапаннан кейін тікелей құбыр.

Кеме пропеллерлерінің кавитациясы

Кавитация кеме пропеллерлері үшін де үлкен мәселе болып табылады.
Пропеллер қалақшалары жылдам қозғалған кезде төмен қысымды аймақтар пайда болады.
Егер жергілікті қысым су буының қысымынан төмен түссе, кавитация көпіршіктері пайда болады.
Олардың құлауы мыналарға әкелуі мүмкін:

• пышақ беттерінің эрозиясы,
• шу,
• дірілдер,
• бұранда тиімділігінің төмендеуі,
• материалдың біртіндеп бұзылуы.

Кавитацияның зақымдануы қалай көрінеді?

Кавитациядан зақымдалған бет өзіне тән көрініске ие болуы мүмкін.
Бастапқыда шағын жергілікті деформациялар мен микрозақымданулар пайда болады.
Процесс дамыған сайын келесі жағдайлар пайда болады:

• шағын кратерлер,
• тұрақты емес ойықтар,
• кедір-бұдыр беті,
• шұңқыр тәрізді аймақтар,
• материалды үгінділеу.

Жетілдірілген процесс кезінде беті тән губка тәрізді немесе «жеген» құрылымға ие болуы мүмкін.

Кавитация коррозиясы және шұңқыр коррозиясы

Кавитацияның зақымдануы көрнекі түрде шұңқыр коррозиясына ұқсауы мүмкін, бірақ оның пайда болу механизмдері әртүрлі.

Кавитация коррозиясы және эрозия коррозиясы

Екі құбылыс та байланысты, бірақ бірдей емес.
Эрозия коррозиясында негізгі механикалық фактор - ағынды ортаның, турбуленттіліктің және оның құрамында жиі болатын қатты бөлшектердің өзара әрекеттесуі.
Кавитация кезінде беті негізінен бу көпіршіктерінің күштеп ыдырауы арқылы бұзылады.

Тот баспайтын болаттар және кавитациялық коррозия

Тот баспайтын болаттар механикалық қасиеттер мен коррозияға төзімділіктің үйлесіміне байланысты кавитацияның зақымдануына жақсы төзімділік көрсете алады.
Дегенмен, тот баспайтын болатты қорғайтын пассивті қабат өте жұқа.
Қарқынды кавитация оны бірнеше рет бұзуы мүмкін.
Зақымданғаннан кейін қабатты қалпына келтіруге болады, бұл дегеніміз реанимация беті.
Дегенмен, егер кавитациялық өзара әрекеттесулердің жиілігі мен энергиясы өте жоғары болса, кейінгі зақым тиімді бетті қалпына келтіруге қарағанда тезірек пайда болуы мүмкін.

304L және 316L және кавитация

Стоун 1.4307 / 304л мен 1.4404 / 316л көптеген ағынды қондырғыларда қолдануға болады.
316L, молибденнің болуына байланысты, көптеген хлоридті орталарда локализацияланған коррозияға жоғары төзімділік көрсетеді.
Дегенмен, бұл автоматты түрде күшті кавитацияға жоғары төзімділікті білдірмейді.
Кавитацияға төзімділік материалдың механикалық қасиеттеріне, оның микроқұрылымына, қаттылығына, деформациялануына және құбылыстың өзінің қарқындылығына да байланысты.

Дуплексті болаттар және кавитация

Дуплексті болаттар, мысалы 1.4462 / дуплекс 2205, әдеттегі аустениттік болаттар 304L және 316L-ге қарағанда жоғары коррозияға төзімділікті жоғары механикалық беріктікпен біріктіреді.
Бұл бір мезгілде келесі әсерлерге ұшырайтын элементтер үшін пайдалы болуы мүмкін:

• агрессивті орта,
• жоғары ағын жылдамдығы,
• эрозия,
• кавитация.

Агрессивті ортада супердуплексті болаттарды да пайдалануға болады, мысалы 1.4410 / 2507.
Дегенмен, жоғары қорытпалы материалды таңдау тек кавитацияның себебін жоюды алмастырмауы керек.

Неліктен қиын материал әрқашан мәселені шешпейді?

Кавитацияға төзімділік тек қаттылыққа ғана байланысты емес.
Сондай-ақ маңыздылары:

• шаршау күші,
• пластикалық,
• микроқұрылым,
• деформациялық беріктену,
• коррозияға төзімділік,
• бетінің жағдайы.

Өте қатты, бірақ сынғыш материал жергілікті деформацияға және энергияны сіңіруге қабілетті материалға қарағанда қайталанатын соққыларға басқаша жауап беруі мүмкін.
Сондықтан, кавитацияға төзімділік тек бір ғана негізде емес, бүкіл материалдық-орталық жүйесінің қасиеті ретінде бағалануы керек қаттылық мәндері.

Температураның кавитацияға әсері

Температура сұйықтықтың бу қысымына әсер етеді.
Температура жоғарылаған сайын бу қысымы артады.
Бұл жылы сұйықтықта көпіршіктің пайда болуына мүмкіндік беретін жағдайлар жоғары абсолютті қысымда пайда болуы мүмкін дегенді білдіреді.
Температура да әсер етеді:

• сұйықтықтың тұтқырлығы,
• материалдық қасиеттер,
• коррозиялық реакциялардың жылдамдығы,
• тот баспайтын болаттың қайта пассивтену қабілеті.

Беттік кедір-бұдырлықтың әсері

Беткі жағдай кавитацияның басталуына және кейіннен материалдың жойылуына әсер етуі мүмкін.
Бұзушылықтар, зақымданулар және бар кратерлер соққылардың одан әрі шоғырлануына ықпал ететін аймақтарды тудыруы мүмкін.
Зақымдану дамыған сайын беті біркелкі болмайды, бұл жергілікті ағын жағдайларын одан әрі өзгертуі мүмкін.

Кавитацияның алдын алу жолдары қандай?

Кавитация коррозиясын азайтудың ең тиімді жолы, ең алдымен, кавитацияның өзін жою немесе шектеу.
Бұған келесі жолдармен қол жеткізуге болады:

• сорғының жеткілікті сору қысымын қамтамасыз ету,
• NPSH жеткілікті мөлшерде жеткізілуін қамтамасыз ету,
• сору құбырындағы қысымның жоғалуын азайту,
• сорғыш құбырдың диаметрін ұлғайту,
• қажетсіз тарылуды және ағынға төзімділікті азайту,
• сүзгілерді таза ұстау,
• сорғыны дұрыс таңдау,
• құрылғының тиісті өнімділік диапазонында жұмыс істеуі,
• қысымның кенеттен өзгеруін шектеу,
• клапандар мен тамақтардың дұрыс дизайны,
• жұмыс жағдайларына төзімді материалды таңдау.

Неліктен материалды ауыстыру жеткіліксіз болуы мүмкін?

Кавитацияға төзімді материалды пайдалану құрылғының қызмет ету мерзімін ұзартуы мүмкін, бірақ бұл мәселенің себебін жоймайды.
Егер сорғы дұрыс емес NPSH-де жұмыс істеп тұрса немесе жүйеде жергілікті қысымның өте үлкен төмендеуі болса, тіпті өте төзімді материал да үздіксіз соққыға ұшырайды.
Сондықтан, бірінші қадам - ​​талдау жүйе гидравликасы, содан кейін ғана материалды таңдау.

Кавитацияның зақымдануын қалай анықтауға болады?

Мәселені анықтау үшін, басқалармен қатар, келесі әдістер қолданылады:

• бетін тексеру,
• тән кратерлерді және құлауларды тексеру,
• материалдың қалыңдығын өлшеу,
• дірілді бақылау,
• құрылғы шуын талдау,
• сорғының жұмыс параметрлерін басқару,
• қысым мен ағынды талдау.

Сорғылар жағдайында ротор бетінің зақымдануының, ерекше шудың, дірілдің және жұмыс параметрлерінің нашарлауының бір мезгілде пайда болуы маңызды көрсеткіш болуы мүмкін.

Кавитация коррозиясы – ең маңызды қорытындылар

Кавитация коррозиясы мыналармен байланысты сұйықтықтағы бу көпіршіктерінің пайда болуы және күшті түрде ыдырауы.
Көпіршіктер жергілікті қысым сұйықтықтың бу қысымына дейін төмендегенде пайда болады. Олар жоғары қысым аймағына жеткенде тез ыдырайды.
Қайталанатын имплозиялар жергілікті қысым импульстарын, сұйық микроағынды, беткі шаршауды және материалдың біртіндеп сынуын тудырады.
Кавитация әсіресе жиі кездеседі сорғылар, роторлар, турбиналар, клапандар және кеме пропеллерлері.
Тот баспайтын болат жағдайында механикалық зақымдану пассивті қабатты бірнеше рет бұзуы мүмкін. Егер агрессивті орта пайда болса, электрохимиялық процесс тозу жылдамдығын одан әрі арттыруы мүмкін.
Қорғаудың негізгі әдісі - қымбатырақ болат түрін пайдалану емес, ең бастысы дұрыс ағын мен қысым жағдайларын қамтамасыз ету және кавитацияның себебін жою.

Коррозия материалға, қоршаған ортаға және пайдалану жағдайларына байланысты әртүрлі механизмдер арқылы пайда болуы мүмкін. Коррозияның басқа түрлері туралы біліңіз:

Болат пен металдардың коррозиясының түрлері

Болат пен металдардың біркелкі коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың шұңқырлы коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың саңылау коррозиясы
Тот баспайтын болаттың аралық түйіршік коррозиясы
Стресстік коррозиялық крекинг SCC
Гальваникалық коррозия
Эрозиялық коррозия
Кавитация коррозиясы
Коррозиядан шаршау
Қабат коррозиясы
Микробиологиялық коррозия MIC
Жоғары температуралы коррозия

Коррозияның қоршаған ортаға байланысты жіктелуі

Теңіз коррозиясы – теңіз суындағы болат пен металдардың коррозиясы
Атмосфералық коррозия
Жердің коррозиясы
Тұщы және өнеркәсіптік судағы коррозия
Хлоридті ортадағы коррозия
Қышқыл ортадағы коррозия
Сілтілі ортадағы коррозия
Газдардағы және пайдаланылған газдардағы коррозия
Ағынды сулар мен кәріз жүйелеріндегі коррозия
Химиялық және мұнай-химиялық ортадағы коррозия

Ұқсас тақырыптар

CPT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының коррозиясының маңызды температурасы
PREN – тот баспайтын болаттың коррозияға төзімділік индексі
CCT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының критикалық саңылау коррозиясының температурасы