保存して保護するには

Aug 31, 2023

私たちは金属を永遠の素材だと考えがちですが、その考えは必ずしも真実であるとは限りません。 金属表面を腐食から保護するための措置を講じる必要があります。 米国における腐食損傷の直接コストは年間 2,800 億ドルを超えています (ASM International による)。 機械加工プロセスで金属表面がピカピカに剥き出しになった瞬間から、熱力学的要因と運動学的要因がそれを破壊するために持続的に作用します。 水と酸素は人間の生活に不可欠ですが、金属の腐食に関しては味方ではありません。 酸、苛性物質、浮遊物質も加わり、デスウォッチで踊ります。

投資を保護するには、あらゆる種類の機器の保存および保管手順が必要です。 手順を統合し、品物を適切に保管するために必要な企業ポリシー、規律、文化が最も重要です。 2016 年 11 月のコラムでは、保管場所におけるポンプとスペアパーツの適切な保存手順について概説しました。 さらに詳しい情報については、参照されている 2016 カラムおよび/またはポンプおよびシールのメーカーにお問い合わせください。

まず、錆は腐食の一種であるが、すべての腐食が錆であるわけではないという違いに注意してください。 金属ポンプの表面を攻撃する腐食には少なくとも 10 種類の基本的なタイプがあり、孔食だけでも少なくとも 7 種類あります。 一般に、腐食は、全般的な腐食と局所的な腐食の 2 つの異なるタイプに分類されます。 一般的な腐食の問題は通常、特定して修正するのが簡単ですが、局所的な腐食の問題は診断と修正がより困難になる場合があります。

外部ポンプを保護するために実行できる最も簡単な措置は、ポンプが正しく塗装/コーティングされていることを確認することです。 ペイントまたはその他の技術的コーティング システムは、比較的安価でありながら効率的な保護システムです。 輸送、設置、メンテナンス中に損傷した塗装面は、ポンプを使用する前に補修する必要があります。 塗装システムの不完全性は自然に改善されることはなく、必然的に腐食損傷につながります。 高温用途や危険な化学環境や海洋環境向けの特別な塗料があります。 合金鋼で作られた機器の金属表面を塗装していない企業は数多くあります。

攻撃要素は、霧/霧/露/蒸気、滴下、スプレーなど、さまざまな方法でポンプ表面に接触する可能性があることに注意してください。 水は目に見える形や液滴の形で存在する必要はないことを理解してください。 湿気は腐食が起こるのに必要なすべての水を供給することができます。

最初の重要な決定は、アプリケーションにどの材料が最適かを決定することです。 これには、接液部品 (インペラ、スタッフィング ボックス、ケーシング) と残りのコンポーネントの両方が含まれます。 非接液部であっても過酷な環境にさらされることに留意してください。

産業向けの適切な材料の選択をテーマにした教育コースはほとんどありませんが、材料の参考書はいくつかあります。 責任については言うまでもなく、考えられる膨大な応用例のそれぞれに具体的かつ独自の詳細が必要となるため、このコラムがこの主題について展開する適切なフォーラムではないことを残念に思います。 コラムの最後に参考文献を示します。 関連情報のその他の情報源には、ポンプ メーカーや、Hydraulic Institute や年次テキサス A&M ターボ機械 & ポンプ シンポジウムなど、同様の成功したアプリケーションを使用する他のポンプ ユーザーの正式なネットワークが含まれます。 Cameron Hydraulic Data Book には、いくつかの基本的な材料情報が含まれています。 ポンプハンドブックには、この主題に特化した章全体が含まれています。

たとえ最高の教科書であっても、最終的な決定を下すことはできません。 材料選択「X」のポンプは、連続運転では冷たい海水をうまく汲み上げますが、断続的に温かい海水を汲み上げるとすぐに故障します。 別のポンプ材料「Y」は、酸の使用において長年にわたって問題なく動作しますが、液体の速度が増加したり、溶液の割合がわずかでも変化すると、ポンプはすぐに故障します。 一部の 300 シリーズ オーステナイト系ステンレス鋼は、塩化物や材料応力が存在するまで良好に機能します。 他の材料は、中性子線に曝露されて脆化するまでは良好に機能します。 石油およびガス市場では、H2S (硫化水素は腐った卵のような臭いがする無色のカルコゲン水素化物ガスです) のレベルが一定の割合に達するまで、ステンレス鋼はほとんどの用途に耐えられます。

アプリケーションの問題以外にも、曲線の両端でポンプを操作したり、正味の正の吸引ヘッドが不十分な状態でポンプを操作したりするなど、材料の破損には操作上の理由があります。 最後に、スラリーの分類/応用とニュートン特性のレオロジーがありますが、材料の摩耗を説明して予測するには何冊もの書籍と長年の経験が必要です。

業界のベストプラクティスを採用する経験豊富な企業は、予想される条件が明確に定義され、材料の選択が検討および評価される正式な材料レビュープロセスを備えています。

ほとんどのポンプ メーカーは、ケーシングの厚さに腐食許容値を設けています。 米国規格協会 (ANSI) ポンプの場合、最小規格は 3 ミリメートル (0.118 インチ) です。

腐食は通常、1 年あたりのマイクロインチまたはマイクロメートル、または平方メートルあたりのグラム単位の重量損失で測定されます。 たとえば、炭素鋼の腐食速度は、都市や産業汚染から離れた田舎の屋外環境では通常年間約 20 マイクロメートルですが、海の近くでは塩分雰囲気のため、速度は年間 100 マイクロメートル以上に増加します。

以下は、金属ポンプの構造に使用される一般的な材料のリストです。 私は最も普遍的な選択肢に留まることにしました。 したがって、モネル、チタン、ニッケルアルミニウムブロンズは省略します。 このコラムでは、非金属/複合材料で製造されたポンプについては説明しません。

鋳鉄は、化学プロセスにより酸化鉄が形成される空気（酸素）と水にさらされるとすぐに錆び始めます。 悪いニュースは、生成された酸化鉄層は緩いフレーク状の構造を形成し、ステンレス鋼やアルミニウムのように保護酸化層を生成したり付着したりする能力を持たないことです。 しかし、鋳鉄は多くの一般的な用途に使用でき、優れた性能を発揮します。 鋳鉄は、プロセスで犠牲になることを十分に承知した上で、低コストの材料として選択されることがよくあります。

青銅のケーシングとインペラは昔の「ステンレス鋼」でしたが、現在でも、水、20℃以下の低濃度の酸（5%未満）、一部の溶剤、ほとんどの燃料など、多くの用途で使用可能です。そして炭化水素。

炭素鋼は、特に強度の向上を求める場合、鋳鉄の次のステップとなることがよくありますが、耐食性にも限界があります。 通常、問題は鋼が腐食するかどうかではなく、どのくらい早く腐食するかです。 腐食速度は多くの要因の関数ですが、主な要因は温度、水と酸素の存在です。 炭素鋼にクロムが不足すると、腐食プロセスで形成される酸化層が完全に機能しなくなります。

唯一の例外は「耐候性鋼」で、銅、クロム、ニッケル、その他の元素を少量添加すると、腐食速度が大幅に低下します。 例として、US Steel の Cor-Ten 鋼について詳しくない場合は、数分かけて製品についてよく読んでください。 ペンシルベニア西部に住んでいる人は、おそらくこの素材についてすでに知っているでしょう。 ピッツバーグの US Steel ビルはコールテン鋼で覆われています。 地元の人々はこの建物に「ラスティ・ネイル」という愛情を込めた愛称を付けています。

オーステナイト 300 シリーズ (304、316、および 317 が最も一般的) のステンレス鋼は、多数の用途において全体的に優れたレベルの腐食保険を提供します。 定義上、ステンレス鋼には 10.5% を超える量のクロムが含まれていなければなりません。 クロムは酸素と反応して、薄くても強力な保護層を形成します。 304 および 316 ステンレス鋼に含まれるクロムとニッケルの組み合わせにより、熱、摩耗、腐食に対する強力な耐性が得られます。 酸化鉄層とは異なり、酸化クロム層は剥離せず、鋼に均一に付着します。 液体の速度が速すぎる場合、または選択的に攻撃する物質が存在する場合、保護層は機能しなくなる可能性があります。 一例として、特定のレベルおよび一部の用途では、塩化物がステンレス不動態層を攻撃します。 さらに、強酸にさらされるとステンレス鋼に均一な腐食が発生します。 無機酸は通常、有機酸よりも攻撃的です。 高温アルカリ環境もステンレス鋼を侵します。

二相鋼および超二相鋼は、300 シリーズ ステンレスの耐食特性と 400 シリーズ鋼 (オーステナイトとマルテンサイト) の強度を組み合わせたハイブリッド鋼です。 耐食性と靭性 (浮遊物質など) の両方が必要な場合は、CD4MCu のような二相鋼が賢明な選択となることがよくあります。

カーペンター 20 およびインコロイ 20 としても知られる合金 20 は、一般的なオーステナイト グレードでは破壊的すぎる硫酸やその他の攻撃的な液体に対して高い耐食性を備えたオーステナイト系ステンレス合金です。 合金 20 には、300 シリーズ鋼と同様にニッケル、クロム、銅、モリブデンが含まれていますが、重要な要素の 1 つは粒界腐食を防止または軽減するニオブの存在です。

ハステロイにはさまざまなグレードがあり、優れた耐食性を備えています。 この合金の選択されたグレードは、ほとんどの濃度 (パーセント) および温度範囲で HCl (塩酸) に対して優れた耐性を示します。 ハステロイは、硫酸、塩化物、水素、酢酸、リン酸にもよく耐えます。 いくつかのハステロイ グレードは、溶体化焼きなました場合、高レベルの硫化水素環境で効率的に機能します。 選択プロセスでは、ポンプで輸送する製品に最適な材料グレードを一致させる必要があります。

ポンプは、作動中か停止中かにかかわらず、常に内部および外部の腐食にさらされています。 最初に賢明な材料選択によって投資を保護し、何年、さらには何十年にもわたって信頼できるサービスを受けられます。

賢明かつ現実的なステップは、該当する場合にはステンレス鋼またはそれ以上の合金材料を利用することです。 この決定により、大きな投資収益率が得られます。

Jim Elsey は、世界中の産業および海洋用途の回転機器において 50 年以上の経験を持つ機械エンジニアです。 彼は、Summit Pump, Inc. のエンジニアリング アドバイザーであり、米国機械学会、全米腐食技術者協会、および海軍潜水艦連盟の積極的な会員です。 エルシーは、MaDDog Pump Consulting LLC の社長でもあります。 連絡先は [email protected] です。