满满全是干货！真空泵耐腐蚀问题的分析！如果你在选择...

太子悦2022

       目前全国环保要求越来越高，而原料药的生产往往涉及到酸性介质抽真空，而水喷射泵一方面受到国家环保政策的限制，很多园区禁止使用，另一方面，水喷射泵的工作原理是一个汽水混合的文丘里结构，冬季水喷射泵运行1个小时之后，水箱工作液温度高于35℃左右，真空度便以肉眼可见的速度迅速降低至0.07~0.08MPa左右； 而夏季更快，仅仅运行20-30分钟，真空度也快速降低，而想想中国南方漫长夏季高温，对一部分要求长时间高真空的客户来说，就很难接受。

       所以论坛经常有行业圈的朋友提问真空泵耐腐蚀的问题，我全都都看了一遍，仅仅是它们的网页链接，就排满了两页纸，我将每一页认真看过之后，受益匪浅，学习了很多东西。我们是专业研究真空泵腐蚀问题的团队，历经了20多年的积累和实践，所以，今天在这里打算给大家写点干货，帮助受到真空泵腐蚀问题困扰的朋友们解决一部分问题。

       为啥说解决一部分问题，因为世界上没有一种材料是十全十美的，说一种材料能抗各种强酸、强碱，还能抗溶剂，还能耐高温、耐磨，材料强度还超高，那真是吹牛了。所以，针对各种工况特点，选对的不选贵的，科学合理的选择适合自己工况的真空泵才是王道。再者，耐腐蚀这个事儿，理论和实践是存在明显差异，每家使用单位应用情况也各不相同，各个制造厂家也各有自己的优点和立场。总之，我们公正客观的分析，求同存异，百家齐鸣，下面有说的不对的，请各位多包涵！行业内的朋友有其它意见的，请斧正赐教！

       真空泵经过伴随着人类工业近百年的发展，已经是一个非常成熟的技术和产品，但是，真空泵受酸性气体腐蚀而大大缩短使用寿命，一直是严重困扰行业的一个问题。

▲真空泵叶轮受腐蚀损毁

那么，真空泵耐腐蚀为什么这么难？

一、腐蚀种类多种多样，化学、电化学腐蚀和物理腐蚀并存

       首先，真空泵大多是用金属材料制作而成，而金属耐腐蚀却是天然的弱势，引用《腐蚀手册》的话来说，腐蚀是材料在环境的作用下引发的破坏，其种类多种多样。在泵运行环境下，金属材料要受到化学、电化学、物理多种交叉腐蚀，而且一个都不少。

▲泵用金属材料需要面对的腐蚀种类

       物理腐蚀指的主要是气蚀，气蚀发生在高流速液体，并有压力变化的环境中。气泡破灭时产生冲击波压力，可以撕裂金属粒子，引发设备变形。无论您选用哪一种材料的真空泵，如果前期选型出现错误的话，选择抽气量过大的真空泵，或者后期使用过程中操作不当，都会出现气蚀！

二、泵内介质高流速加速腐蚀

       《腐蚀手册》有个经典案例，用碳钢管道输送浓度为7%的硫酸，管道流速为0.0007~0.0026m/s，碳钢管道可以长期耐受腐蚀，而碳钢泵输送同样的硫酸，泵的使用寿命仅仅为72小时，因为碳钢泵流速已经高达23.08m/s (1500rpm），高流速会极大的加速腐蚀速率！所以，当你查询《腐蚀手册》时，某一种材料耐酸性较好，也仅仅是指在静态浸泡条件下的腐蚀速率，与真空泵高流速工况条件的腐蚀速率，还是存在相当大的差异的！

三、泵内升温会加速腐蚀

       真空泵长期运行后，自身的机械运转会产生热能，抽取的气体也会带来热量，某些情况下，泵腔内部的工作液也会产生汽化热，所以，真空泵升温也是不可避免的。我们以硫酸对灰铸铁腐蚀为例，每增加10℃，硫酸腐蚀灰铸铁速率增加一倍。

而即使是耐腐蚀性优秀的不锈钢316L，随着盐酸温度的增加，盐酸对不锈钢316L的腐蚀速率也起到一个加速的作用，如下图：

四、浓度变化也会影响腐蚀效率

       在温度不变的情况下，介质浓度的变化对腐蚀速率可能是加速或减速。减速主要原因是有的金属会产生钝化膜，从另一个方面来说，金属靠钝化膜防腐是有很大局限性的，必须在一定浓度范围之内，或者是某一类酸，比如，硫酸浓度增加，灰铸铁耐腐蚀性是增强的，而盐酸浓度增加，不锈钢316L的耐腐蚀性反而变弱，如下图：

五、工况条件的复杂性

       前面讲到得还只是一些耐腐蚀的基本困难，它们还仅仅是腐蚀种类多、高流速、温度和浓度加速腐蚀的基本条件，但在实际应用中，我们往往发现你要抽的气体含有的介质，每一家化工单位的工况都与众不同，包罗万象，各有特色，下面一张图比较符合我刚刚入行学做方案时的感受：

         问题是，有时候医药厂往往是需要转产的，今年做这个产品，明年可能开始转产另外一个，工况条件发生很大变化，耐腐蚀安全余量小的真空泵往往无法适用与新产品新工况，有时候领导（老板）提出的要求又要耐酸、又要耐碱、又要耐有机溶剂，又要耐磨、又要便宜、又要耐用还好修，还要适应未来工况的变化，想啥好事儿呢

       所以，我们去年几个月的主要工作，就是搜集国内所有耐腐蚀真空泵的专利，经过深入了解和学习之后，我们发现真空泵耐腐蚀技术实际上分为几个流派，分别是衬涂镀、超级合金、复合材料三大门派：

一、衬、涂、镀技术的特点：

        衬、涂、镀技术主要思路就像钢铁侠一样，血量不高的人体装上一层耐腐蚀护甲。用陶瓷做衬层、涂料做涂层、哈氏合金做渗层，这种工艺在液环泵、螺杆泵、往复泵、罗茨泵上应用较多。衬、涂、镀技术经历了百家争鸣，百家齐放的阶段，最后实践证明，这种护甲型耐腐蚀技术确实管用，但也有一定的局限性，就是防护周期较短，耐腐蚀安全余量有限。有的客户反映，半年之后防护层就消耗掉了，需要回厂再做衬层，但有的客户需要生产保持连续性和稳定性，还是希望耐腐蚀寿命再长一些。

二、超级合金技术特点：

       超级合金耐腐蚀技术，主要是利用钛合金、哈氏合金、双相钢这几种超级合金打造一台超级合金真空泵，在液环泵、螺杆泵、罗茨泵应用较多。它的特点就是耐腐蚀安全余量高，从里到外全都是耐腐蚀的超级合金，相当于变形金刚一样，从里到外都是真金白银，所以，它是土豪专用的！！！

       因为这些超级合金实在是太贵了，谨慎选择！因为即使是超级合金，也存在自身的弱点，我们引用论坛大神的一段观点：

钛金属材料广泛应用于氯碱、氯酸盐、盐酸等车间部门，是由于钛耐腐蚀性强，化学性质稳定，几乎不与任何物质反应，机械性能也相当优异。

       但唯独不能用于干氯气场合。在干氯气条件下，即使低温低于0度的条件下，氯气和钛金属也会发生剧烈的化学反应，生成四氯化钛，四氯化钛再分解成二氯化钛，反应剧烈时出现钛金属燃烧现象。氯碱部门，以前呈出现过氯气换热器中的列管被燃烧掉的事故。

       比较奇妙的是当氯气中含水量高于0.5%时，两者根本不反应，钛材料表现的相当稳定，这也是为什么钛料广泛应用于氯碱、氯酸盐、盐酸部门的原因。

       并且钛材料较轻，强度大，使用的钛设备壁厚通常较钢材、不锈钢等材料要小很多，在航天上也被广泛应用。

        双相钢作为一种添加了特殊添加物的新型合金，自身造价在超级合金里面，是非常亲民的了，这几年在很多厂家也有应用，但耐受氯化氢、硫酸的腐蚀也仅仅能维持几个月，如下图：

      哈氏合金在蒸汽喷射真空泵上也有大量的应用，但主要是德国等欧美企业应用较多，蒸汽喷射器没有机械部件，真空较稳定，但一方面需要长期的蒸汽消耗，一方面为了满足耐腐蚀需求，文丘里和冷凝器都采用了哈氏合金和钛合金，总体造价不菲，一般顶级外资企业用比较多，适用于抽去带有粘性特质的酸性腐蚀气体，如下图：

三、复合材料特点：

       复合材料耐酸具有天生的优势，因为它本身不受化学腐蚀和电化学腐蚀的困扰，它往往与酸不发生反应，但是它是不耐碱的，有的复合材料还会被有机溶剂溶解，发生溶胀、溶缩、失重、增重或丧失强度的问题，所以复合材料的选择也是比较严苛的。

除此之外，还有难点，就是复合材料的强度；

        例如，聚丙烯材料的拉伸强度在20M~30MPa之间，弯曲强度在25M~50MPa之间。如果要想把PP用在工程结构件上，就必须使用玻璃纤维进行增强。玻纤增强改性PP，通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。具体来说，拉伸强度达到了65MPa~90MPa，弯曲强度达到了70MPa~120MPa。

         但是，这还远远不够，要知道，泵用金属的拉伸强度都在200-550MPa之间，所以，我们花费二十多年，将一种纤维增强塑料的强度做了三次升级，它是一种玻璃纤维和酚醛树脂的复合材料，升级后的强度达到了315MPa，比泵用灰铸铁强度要高，比泵用不锈钢强度低，可以应用于真空泵的正常运行。

        在解决材料强度问题之后，我们又做了大量浸泡实验，在盐酸、硫酸、硝酸、苄醇、甲苯、对二甲苯、氯乙酸乙酯、氯化苄、四氢呋喃等各种酸类、有机溶剂中，做了长期的浸泡，之后测试材料的强度变化，观察是否出现溶胀、失强等现象，如下图：

       在材料满足了耐酸、强度的要求后，进一步的工作就是最大化的用复合材料制作一台真空泵，我们实现了90%以上配件都使用同一种材料的目标，这样做的好处是，材料同种同源，制作配件时材料应力相同，各种配件契合度较好，制作工艺较为方便，而且让真空泵具有了最大化的耐腐蚀安全控件。

       在很多客户多年的信任和帮助下，这种纤维增强塑料真空泵经过了实践的检验，在各种工况条件下，表现出了优秀的耐腐蚀性能，平均使用周期3-5年，最长使用周期有的客户甚至用到了8年以上：

在这里再补充一点：

        如果您的工况条件含有溴素、氢氟酸，我们的产品也是耐不住它们的腐蚀的，我们有个台州客户，试用了市场上所有的材质的真空泵，结果全都扑街，最后实在没办法，电话联系设计院，从源头上更改工况条件，避免这种工况腐蚀条件；

      如果有为真空泵腐蚀问题头疼的朋友，可以加我微信，大家交流一下，为大家提供更多的选择和解决方案。

xqliu

不错记住了，谢谢提供分享。