Problemas Ocurridos en Válvulas Dedicadas

1.1Válvulas que contienen medios corrosivos
Según los datos, la pérdida económica causada por el reemplazo de válvulas debido a la corrosión en un determinado año en los Estados Unidos fue de aproximadamente 120 millones de dólares estadounidenses, y la pérdida causada por la corrosión por ácido bórico fue de aproximadamente 93 millones de dólares estadounidenses. La corrosión de las válvulas supondrá un peligro para la vida útil y el rendimiento de seguridad deválvulas.
 
La corrosión de las válvulas incluye principalmente la corrosión electroquímica, la corrosión por picaduras, la corrosión por tensión y la fragilización por hidrógeno, de las cuales la corrosión electroquímica representa una gran proporción. Muchos medios son corrosivos, e incluso los mismos medios corroerán la válvula a diferentes velocidades y grados bajo diferentes temperaturas, concentraciones y presiones. La corrosión por sulfuro de hidrógeno, la corrosión por dióxido de carbono y la corrosión por iones de cloruro son las tres principales corrosiones a las que se enfrentan los equipos submarinos de producción de petróleo. Además, para cumplir con los requisitos de eliminación de cera y desincrustación, se agregan varios reactivos químicos, y la corrosión compleja causada por la superposición de varios factores es la razón principal de la falla de las válvulas subacuáticas. Lo siguiente puede mejorar la corrosión de las válvulas:
(1) Seleccione el material de válvula adecuado según las condiciones de trabajo, como la acidez, la alcalinidad, la concentración y la corrosividad del medio. Por ejemplo, las válvulas de acero al carbono no se corroen con ácido sulfúrico concentrado, pero cuando la concentración de ácido sulfúrico es inferior al 50 %, la velocidad de corrosión del acero al carbono será muy rápida. El acero inoxidable tiene buena resistencia a la corrosión, pero se producirá una corrosión severa en ácido nítrico concentrado por encima del 96 %.
(2) Mejorar y optimizar las partes que se corroen fácilmente en la válvula. Partiendo del diseño, optimizar las partes que son propensas a la corrosión en la válvula, como por ejemplo, no utilizar conexiones roscadas en la medida de lo posible, evitar estructuras cóncavas y establecer orificios de drenaje en la medida de lo posible para evitar la corrosión causada por la falta de flujo. del medio
(3) Aplicar tratamiento de superficie para la válvula. En vista de los problemas de los altos costos y el difícil procesamiento de materiales con buena resistencia a la corrosión, la tecnología de tratamiento de superficies es uno de los métodos más utilizados en la actualidad, es decir, se adhiere una capa de material resistente a la corrosión a la superficie interna de la válvula. para evitar el contacto directo entre el metal de la válvula y el medio, mejorando la resistencia a la corrosión de la válvula.
 
El flúor es un excelente material resistente a la corrosión. En la actualidad, el politetrafluoroetileno (PTFE), el politetrafluoroetileno propileno (FEP) y el policlorotrifluoroetileno (PCTFE) son los más utilizados. Las propiedades físicas específicas se muestran en la tabla 1. En términos de disposición atómica, los átomos de flúor rodean la estructura de la cadena principal del átomo de carbono, y el enlace carbono-flúor es uno de los enlaces más fuertes, lo que hace que la estructura del flúor sea estable. Además, el flúor no es metálico y tiene las ventajas de autolubricación, resistencia a ácidos y álcalis, y resistencia a varios solventes orgánicos que los metales no tienen.
 
Tabla 1 Una comparación de PTFE, FEP y PCTFE

 
Some scholars have improved the wear resistance, thermal stability and other properties of fluorine through modification technology to expand their application scopes. Sasikala and others used Mg2SiO4 as a filler to prepare a Mg2SiO4-PTFE composite material. It was found through experiments that Mg2SiO4 could effectively improve the hardness and thermal conductivity of the material and reduce the porosity of PTFE. Bo Jiang investigated the effects of glass fiber, halloysite, molybdenum disulfide, and talc powder on PTFE under different ratios. The results show that the filler can effectively improve the friction and wear, thermal expansion and mechanical properties of the material, and compared with the two-dimensional system, the elongation at the break of the material is increased by 40.0%, the tensile strength 2.3% and the bending strength 7.1%. The performance is improved significantly. Hao Yang and others research the impact of Al2O3 filling on friction performance of polytetrafluoroethylene. The research results show that with the increase of Al2O3 content, the friction coefficient increases and the wear volume decreases. The friction coefficient and wear volume of PTFE under different Al2O3 content are shown in Figure 1 and Figure 2.
 
 
Figure 1 The distribution of friction coefficient of PTFE under different Al2O3 content
 
 
Figure 2 The distribution of PTFE wear volume under different Al2O3 content
 
Spraying is also a kind of anti-corrosion technology that is widely used in surface treatment. It is mainly used in conditions where corrosion is not serious, such as atmosphere, salt water, sea water, etc. You Wang summarized the application of various nanostructured coatings on foreign warships. Among them, the nanostructured Al2O3 or TiO2 coating can significantly improve the service life of the plunger valve, valve stem, end shaft and other components, and save annual maintenance costs up to tens of billions of dollars. The comparison of performance between Al2O3/TiO2 nanocoatings and ordinary coatings is shown in Table 2.
 
2.2 Low-temperature and ultra-low temperature valves
Ultra-low temperature valves are mainly used to transport liquid low-temperature media, such as ethylene, liquefied natural gas (LNG), liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid hydrogen and liquefied petroleum products. These types of media have temperatures lower than 150℃. The liquid expansion ratio is about 600:1, so the design of cryogenic and ultra-low temperature valves is significantly different from that of conventional valves. Low-temperature and ultra-low temperature valves have very high requirements on materials, and unqualified materials will reduce the overall performance of the housing and lead to leakages. Low-temperature and ultra-low temperature valves are required to have good sealing performance, and cryogenic treatment of the valve is required to make the metallographic structure of the material sufficiently stable and avoid brittle fracture caused by low temperatures.
 
Table 2 A comparison of performance of A12O3/TiO2 nano coatings and ordinary coatings

 

(1) Materials for cryogenic valves 

The material of low-temperature and ultra-low temperature valves needs to have good low-temperature resistance, compatibility with media, low thermal conductivity and good welding performance. Austenitic stainless steel is the most widely used low-temperature valve material because of its excellent low-temperature toughness.
 
Some scholars have compared valve materials and found that 316 stainless steel is more suitable for low-temperature valves than 304 stainless steel. The reason is that 316 stainless steel contains molybdenum, and molybdenum can effectively control the phase transformation. Because 304 stainless steel does not contain molybdenum, the significant martensitic transformation will lead to great local stress and deformation of the valve. The corresponding cryogenic treatment is required, and the cost is relatively high. It is more reasonable to choose 316 stainless steel. Qi Sun produced AISI 304 and Ni40, Ni60 cemented carbide by surface surfacing technology, analyzed the impact energy, fracture and intergranular structure, and proved that the material has good low-temperature performance.
 

(2) Cryogenic treatment

Austenitic stainless steel will undergo martensitic transformation in low temperatures and ultra-low temperatures, resulting in volume expansion, changes in shapes and sizes, which is not conducive to the valve's strength and sealing performance. Even 316 stainless steel does not undergo martensitic transformation, it will deform due to thermal stress caused by uneven cold shrinkage. In the actual processing process, the austenitic stainless steel will be cryogenically treated twice to ensure that the martensite is fully transformed and minimize the deformation of the valve under low temperatures and ultra-low temperatures.
 
Combined with the experiment, Weiwei Zhou used computer software to perform cryogenic treatment simulation, modify heat transfer coefficient, point out the main points of cryogenic treatment of austenitic stainless steel, and sum up the change rule of performance of austenitic stainless steel after comparing tests with different time and the number of cryogenic treatment. Xiao Liu and others studied the cryogenic treatment of 25 alloy steel and found that with the extension of cryogenic time and cryogenic times, the austenite structure was completely transformed into martensite structure, and the hardness and strength increased, that is, 52.6HRC and 1345MPa, the strain and linear expansion coefficient decreased, and the performance was stable at low temperatures. The distributions of hardness, elongation and yield strength of the specimens under different cryogenic treatments are shown in Figures 3 and 4.