幾乎所有涉及液體的工業(yè)過程都在某個(gè)環(huán)節(jié)中用到了泵。從深海油氣開采到DNA測序，都需要利用泵來完成各種各樣的生產(chǎn)任務(wù)。然而，無論泵的設(shè)計(jì)或尺寸如何，每種應(yīng)用的關(guān)鍵所在都是可靠性和效率。最大限度地減少停機(jī)時(shí)間和運(yùn)行成本，對于現(xiàn)代工業(yè)至關(guān)重要。

    對于那些使用大型工業(yè)泵的用戶來說，他們面臨的特殊挑戰(zhàn)包括以下兩點(diǎn)，第一，通常都是在惡劣的環(huán)境條件下工作的，第二，要在持續(xù)遭受腐蝕和磨蝕威脅的同時(shí)維持泵的優(yōu)良性能。隨著對這些生產(chǎn)過程以及用于解決生產(chǎn)過程中的難題的技術(shù)愈來愈了解，用戶可以實(shí)施更具成本效益的泵整修程序。

    腐蝕

    通常，把零件表面與流過泵的反應(yīng)流體之間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)定義為腐蝕。腐蝕可分為兩大類：一般或均勻腐蝕以及局部腐蝕，后者如點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。非不銹鋼材料主要受到均勻腐蝕的影響，而那些形成氧化物層粘附在物體表面并使表面鈍化的金屬則容易發(fā)生局部腐蝕。

    流動加速腐蝕

    流動加速腐蝕（FAC）是指清除了金屬表面的防護(hù)性氧化物層。該過程的速度受含氧量、流速以及一定程度上的氯含量的影響。由于水的高碳酸鹽硬度而形成的鈣質(zhì)層能夠減弱甚至阻止FAC。

涂層技術(shù)提高了泵的性能和耐用性

    從以下實(shí)例中可以看出氧氣的影響： 在含氧量低于20ppb （ 十億分之幾），流速約為15米/秒的水中，腐蝕速率通常約為0.01毫米/年。然而，當(dāng)含氧量增加后，腐蝕速率會提高到幾毫米/年，這將給工業(yè)生產(chǎn)過程帶來重大挑戰(zhàn)。

    幸運(yùn)的是，F(xiàn)AC只對低碳鋼和鑄鐵造成了真正的問題。增加鉻含量或使用不銹鋼，將在極大程度上消除流動加速腐蝕所帶來的脆弱性。

    磨蝕

    當(dāng)用于傳輸含有磨損性物質(zhì)（如沙子）的液體時(shí)，泵會遭受嚴(yán)重的磨蝕，并且其中流速高的區(qū)域磨損尤為嚴(yán)重。這種現(xiàn)象在石油和天然氣工業(yè)中屢見不鮮。在此類應(yīng)用場合中，通常使用注射泵來迫使水流回油田中，從而維持將油提升到地表所需的壓力。水流中夾帶的砂粒會對泵造成磨損，而高工作壓力更使磨蝕問題雪上加霜。

    從純粹的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來看，為了最大程度地減少磨蝕，該領(lǐng)域的泵制造商有以下兩種方案可供選擇：

    減小泵內(nèi)每一處的流速或者

    按照這樣一種方式來設(shè)計(jì)泵，使液體流過密合運(yùn)轉(zhuǎn)間隙處的流速較低。

在磨蝕-腐蝕現(xiàn)象明顯的情況下，最好的解決方案是采用特殊的涂層。

    然而，在大多數(shù)情況下，應(yīng)用所要求的規(guī)范限制了上述任何一種解決方案的實(shí)施。在這些應(yīng)用中，實(shí)踐證明可行的解決方案，是在泵的選定區(qū)域涂上一層具有高耐磨蝕性的涂料。

    磨蝕—腐蝕

    在既有磨蝕又有腐蝕的工況下，惡化機(jī)理可能變得非常復(fù)雜，并且取決于基材的類型和流體的化學(xué)性質(zhì)。腐蝕會導(dǎo)致基材表面形成弱粘附性的氧化物層，使基材變得容易遭受磨蝕，另一種可能的情況則是，腐蝕會破壞鈍化層，導(dǎo)致材料表面活化，進(jìn)而加速了腐蝕。在這種情況下，表面保護(hù)機(jī)制往往是最好且唯一的選擇。

    氣蝕

    氣蝕是泵葉輪上最常見的一種問題，它由壓差引起，可能發(fā)生在泵體或葉輪上。 當(dāng)局部壓力下降到低于被泵送流體的飽和壓力時(shí)，流體中的突然壓降導(dǎo)致液體發(fā)生閃蒸，變成蒸氣。

通過改變泵系統(tǒng)的特性來防止氣蝕損傷。

    由壓降形成的任何汽泡都會隨著流體的流動而掠過葉輪葉片。當(dāng)氣泡進(jìn)入某個(gè)局部壓力大于飽和壓力的區(qū)域時(shí)，汽泡突然破裂，產(chǎn)生沖擊波，隨著時(shí)間推移，這種現(xiàn)象會對葉輪和/或泵殼體造成重大的損傷。

    在大多數(shù)情況下，最好是防止氣蝕發(fā)生，而不是試圖減小氣蝕對泵送設(shè)備造成的影響。通常通過采取以下三種措施之一來達(dá)到這個(gè)目的：

    增大吸入壓頭

    降低流體溫度

    減小必需汽蝕余量（NPSHR）

    對于無法避免氣蝕或者泵送系統(tǒng)遭受內(nèi)循環(huán)或過度湍流的情況，可能需要檢查泵的設(shè)計(jì)，或者通過使用定制的涂層系統(tǒng)來盡量減小可能對泵造成的損傷。

    恰當(dāng)?shù)牟牧线x擇

    對于泵制造商而言，關(guān)鍵是在泵的制造中使用最合適的基材來減輕腐蝕問題。 在有些應(yīng)用中，由于考慮到成本因素而優(yōu)選使用碳鋼或鑄鐵材料，針對這些應(yīng)用可以非常準(zhǔn)確地估計(jì)腐蝕速率。根據(jù)可接受的年腐蝕速率，可以預(yù)計(jì)泵的使用壽命并將其納入應(yīng)用的維護(hù)成本（公眾號：泵管家）。

在氣蝕不可避免的情況下，應(yīng)該使用定制的涂層系統(tǒng)。

    如果預(yù)期的腐蝕速率不被接受，那么必須將泵材料升級為不銹鋼，這會導(dǎo)致成本增大。如果不能接受這種成本增加的方案，則替代方案是根據(jù)每種應(yīng)用的特點(diǎn)訂制使用先進(jìn)的涂料。

    如果針對一種應(yīng)用選擇不銹鋼作為基材，那么泵的預(yù)期使用壽命能夠延長很多，在某些情況下甚至是無限的。然而，只有針對特定應(yīng)用選擇合適的不銹鋼等級，對泵進(jìn)行精心制造，并按照要求的流體規(guī)范來使用泵，才能確保泵的使用壽命足夠長。一旦有顆粒被引入到流體中，就需要特別小心。

    在這種情況下，即使不銹鋼也容易被腐蝕，因?yàn)殡S著鈍化層被破壞，基材變得活化，進(jìn)而開始遭受腐蝕。通常可以重新建立鈍化層，但如果氯化物含量過高或pH值過低，那么材料可能依然保持活性狀態(tài)，并且腐蝕繼續(xù)發(fā)生。不銹鋼泵發(fā)生腐蝕的另一個(gè)常見原因是由于工藝中斷或間歇操作引起的停滯狀態(tài)。

    對不銹鋼的另一個(gè)威脅是氯，它主要用于抑制泵或連接管道中的生物生長。約2ppm的低濃度氯幾乎不會對不銹鋼造成什么影響，但重要的是要了解氯氣如何以及在何處被引入到水流中，以避免由于某一處濃度過高而損害保護(hù)層。

    與更便宜的碳鋼材料相比，意外腐蝕輕易地就抵消了人們對不銹鋼耐用性提高的良好預(yù)期。

    防護(hù)涂層

    搞清楚以下兩個(gè)問題顯得十分重要：首先，應(yīng)用防護(hù)涂層是否真的能夠提高泵的性能和使用壽命，其次，涂層的成本是否確實(shí)低于材料升級的成本。在大多數(shù)情況下，泵制造商都試圖通過使用最適合該應(yīng)用的材料來滿足生產(chǎn)過程的要求，而僅僅把使用涂層當(dāng)作一種備用解決方案。

    諸如熔結(jié)環(huán)氧這類聚合物涂層可以應(yīng)用于使用流化床或靜電涂敷的泵組件。只要涂層不被破壞，它們就能夠起到很好的防腐蝕作用。 作為一種聚合物涂層，它被限制用于低流速條件下，并且通常用于潔凈的水應(yīng)用中，在這樣的應(yīng)用環(huán)境中，它還可以通過平滑泵表面來改善液壓性能。

    與經(jīng)驗(yàn)豐富的材料工程師一起工作，有助于確保最終用戶獲得最合適的解決方案。

    然而，適用于管道的涂層可能不適用于泵應(yīng)用，因?yàn)樵诒脩?yīng)用中，流速高得多，狹窄的通道使流量變得集中，而且運(yùn)動部件難以保護(hù)。所以，一些通常用于管道內(nèi)的方法（如電防腐），很多都不適用于泵。

    在這些情況下，將涂層應(yīng)用在一些預(yù)計(jì)流量會增大的特定區(qū)域，或者預(yù)計(jì)會出現(xiàn)碰撞損傷的位置（如90度彎曲）。通常使用諸如空氣等離子噴涂（APS）或高速氧燃料（HVOF）等噴涂方法來涂敷堅(jiān)硬的涂層。具體選擇哪種噴涂方法將取決于所需的涂層厚度和涂料成分。

    通過使用高速氧焰方法而沉積的硬質(zhì)合金涂層非常耐磨。優(yōu)選使用結(jié)合了鈷，鎳或鈷-鉻基質(zhì)的碳化鎢。由于粉末和熱噴涂工藝的改進(jìn)，材料不僅具有良好的耐磨性和韌性，而且具有良好的耐腐蝕性。熱噴涂方法可以應(yīng)用于大多數(shù)基材，但它是一種“視線”工藝，這使得復(fù)雜形狀部件（如葉輪）的涂敷變得很困難。

    對于那些難以采用熱噴涂方法來涂敷的復(fù)雜部件，可以使用CVD工藝，它能夠形成非常堅(jiān)硬的涂層，但是這種工藝要在超過850℃的溫度下進(jìn)行。這樣的高溫限制了基材的選擇，因?yàn)樵诶鋮s階段可能發(fā)生結(jié)構(gòu)變化和部分變形。

    并非所有的涂料都一樣

    涂層系統(tǒng)對于改善泵的性能和耐用性有著積極的幫助作用，因此出現(xiàn)了大量的涂層服務(wù)。人們能夠相對容易地獲得原材料和基本設(shè)備，并利用它們給各類設(shè)備涂覆涂層。

    然而，以HVOF涂層為例來看，它的質(zhì)量主要取決于噴涂參數(shù)，例如材料溫度、涂覆速度、涂覆率和所用設(shè)備的質(zhì)量。像這樣一些涂料都需要耗費(fèi)一定的時(shí)間才能正確地涂覆，這將不可避免地影響泵修繕的最終成本。然而，增大沉積速率將增加涂層內(nèi)的應(yīng)力，并且隨著時(shí)間的推移，這可能導(dǎo)致涂料性能退化和過早失效。

    像蘇爾壽這樣的泵業(yè)公司及其涂料供應(yīng)商，已花費(fèi)了多年時(shí)間來研發(fā)他們所使用的涂覆程序和設(shè)置；對工藝過程具有廣博的知識和豐富的經(jīng)驗(yàn)是改善工藝的唯一途徑。每種涂層的最終工藝程序都得到嚴(yán)密保護(hù)，專有信息確保全球范圍內(nèi)的每一位客戶都能獲得相同的涂層質(zhì)量。

    為了說明這些程序的重要性，特別是在泵應(yīng)用中，不妨考慮安裝和拆卸葉輪的過程。在許多情況下，需要將葉輪加熱以便能夠?qū)⑵浒惭b到驅(qū)動軸上或從驅(qū)動軸上拆卸下來。 這種收縮配合過程可能導(dǎo)致涂層在日常維護(hù)操作中被損壞。蘇爾壽公司確保其涂層技術(shù)能夠承受這種熱沖擊并持續(xù)提供持久的防腐蝕保護(hù)。

    維護(hù)傳統(tǒng)設(shè)備

    現(xiàn)代涂層技術(shù)可作為整修計(jì)劃的一部分用于傳統(tǒng)設(shè)備，延長泵的使用壽命。作為整修項(xiàng)目的一部分，涂覆新的涂層可以顯著提高現(xiàn)有設(shè)備的性能和可靠性。

    最后，成功的防腐蝕方案的關(guān)鍵是充分了解應(yīng)用對象，并利用所有可用的信息來確定最合適的措施。對于那些希望整修現(xiàn)有資產(chǎn)設(shè)備的人員，他們可以通過采取一系列改進(jìn)措施來延長使用壽命并提高泵的性能。如果需要進(jìn)行新的泵設(shè)計(jì)，則有機(jī)會確定最合適的基材和最佳的涂層體系，以提高泵的耐用性。

    未來

    隨著涂層技術(shù)的不斷進(jìn)步，終端用戶將能夠選擇可在制造過程中涂覆的定制涂層。 然而，即使使用最先進(jìn)的涂層，也需要對涂覆工藝進(jìn)行研發(fā)，以便利用這些工藝將涂料涂覆到鑄造葉輪和蝸殼的復(fù)雜內(nèi)表面上。因此，這仍然是泵設(shè)計(jì)的“圣杯”，一旦克服了這個(gè)挑戰(zhàn)，工業(yè)泵的可靠性和使用壽命將會得到進(jìn)一步提高。

    通過正確地使用基材和保護(hù)涂層，以及進(jìn)行更好的泵設(shè)計(jì)來提供全面且具有成本效益的泵解決方案，可以最大限度地降低所有權(quán)成本。

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責(zé)任編輯：王元

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