การทดสอบความต้านทานการกัดกร่อนของกราไฟต์ที่ผ่านการอัดซึมและคู่มือการเลือกใช้

กระบวนการอัดซึมเป็นขั้นตอนสำคัญในการเพิ่มความหนาแน่นและความต้านทานการกัดกร่อนของคาร์บอนกราไฟต์ โดยการอัดซึมโลหะ เรซิน หรือวัสดุอื่นๆ ลงในรูพรุนของคาร์บอนกราไฟต์ จะช่วยเพิ่มความคงตัวทางเคมีในสื่อเฉพาะได้อย่างมาก ในฐานะเทคโนโลยีหลักของ Huahao Sealing Co., Ltd. (霍邱县华豪密封件有限公司) ผลิตภัณฑ์กราไฟต์อัดซึมถูกใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเคมี โลหะ เภสัชกรรม และการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลที่มีสภาพกัดกร่อนรุนแรง บทความนี้นำเสนอข้อมูลความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุกราไฟต์อัดซึมชนิดต่างๆ วิธีทดสอบมาตรฐาน และแนวทางการเลือกตามสภาพการใช้งานอย่างเป็นระบบ

1. การจำแนกกราไฟต์อัดซึม

1.1 การอัดซึมด้วยโลหะ

• อัดซึมด้วยแอนติโมนี: อุณหภูมิ 800-900℃, ความพรุนลดลงต่ำกว่า 2%, ความหนาแน่น 2.3-2.5 ก./ซม.³
• อัดซึมด้วยทองแดง: อุณหภูมิ 1100-1200℃, ความหนาแน่น 2.4-2.6 ก./ซม.³
• อัดซึมด้วยบาบบิท: อุณหภูมิ 300-400℃, ความหนาแน่น 2.2-2.4 ก./ซม.³
• อัดซึมด้วยเงิน: อุณหภูมิ 960℃, ความหนาแน่น 2.5-2.7 ก./ซม.³ (ต้นทุนสูง)

1.2 การอัดซึมด้วยเรซิน

• อัดซึมด้วยเรซินฟีนอลิก: ทนกรด ไม่ทนด่าง, อุณหภูมิจำกัด 180℃
• อัดซึมด้วยเรซินฟูราน: ทนกรดและด่าง, อุณหภูมิจำกัด 200℃
• อัดซึมด้วยเรซินอีพ็อกซี่: ทนด่าง ไม่ทนกรด, อุณหภูมิจำกัด 150℃

1.3 การอัดซึมพิเศษ

• อัดซึมด้วย PTFE: ทนสื่อเกือบทุกชนิด, อุณหภูมิจำกัด 200℃
• อัดซึมด้วยคาร์บอนแก้ว: อุณหภูมิจำกัด >500℃, ใช้สำหรับสภาพออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูงเป็นหลัก

2. วิธีทดสอบการกัดกร่อนมาตรฐาน

2.1 มาตรฐาน ASTM C580

มาตรฐานของ American Society for Testing and Materials สำหรับประเมินการกัดกร่อนของอุปกรณ์กราไฟต์กันซึม:

• ตัวอย่างทดสอบ: ขนาด 50×50×10 มม. พื้นผิวเจียรละเอียด
• การแช่: ความดันบรรยากาศ, สื่อที่อุณหภูมิ 50℃, 80℃ หรือจุดเดือด, นาน 30 วัน
• ตัวชี้วัดการประเมิน:
• อัตราการสูญเสียน้ำหนัก (ก./ตร.ม.·ชม.)
• การคงทนแรงอัด (%)
• การเปลี่ยนแปลงมิติ (%)
• การจัดอันดับ:
• ดีเยี่ยม: <0.1 มม./ปี (สูญเสียน้ำหนัก <0.05 ก./ตร.ม.·ชม.)
• ดี: 0.1-1.0 มม./ปี
• ใช้งานได้: 1.0-3.0 มม./ปี
• ไม่เหมาะสม: >3.0 มม./ปี

2.2 มาตรฐาน GB/T 13465

มาตรฐานแห่งชาติของจีนสำหรับทดสอบการกัดกร่อนวัสดุกราไฟต์กันซึม:

• ตัวอย่างและเงื่อนไขการแช่คล้าย ASTM
• เพิ่มตัวชี้วัดการคงทนแรงกระแทก
• การจัดอันดับ 4 ระดับตามอัตราการกัดกร่อน (มม./ปี)

2.3 การทดสอบจำลองสภาพภาคสนาม

สำหรับการใช้งานที่สำคัญ แนะนำให้ทดสอบจำลองสภาพภาคสนาม:

• ใช้สื่อจริง จำลองอุณหภูมิ ความดัน และการไหล
• ระยะเวลาทดสอบ 90-180 วัน
• ติดตามอัตราการกัดกร่อน การเปลี่ยนแปลงแรง และประสิทธิภาพการซีล

3. ข้อมูลการกัดกร่อนในสารละลายทั่วไป

3.1 กรดซัลฟิวริก

| ประเภทการอัดซึม | 70% H₂SO₄ (80°C) | 98% H₂SO₄ (50°C) | 98% H₂SO₄ (เดือด) |

|---|---|---|---|

| แอนติโมนี | 0.05-0.10 มม./ปี | 0.10-0.20 มม./ปี | 0.50-1.00 มม./ปี |

| ทองแดง | 0.10-0.20 มม./ปี | ไม่เหมาะสม | ไม่เหมาะสม |

| ฟีนอลิก | 0.05-0.10 มม./ปี | 0.10-0.30 มม./ปี | 0.30-0.50 มม./ปี |

| ฟูราน | 0.05-0.10 มม./ปี | 0.10-0.20 มม./ปี | 0.20-0.50 มม./ปี |

| PTFE | <0.02 มม./ปี | <0.05 มม./ปี | 0.05-0.10 มม./ปี |

3.2 กรดไฮโดรคลอริก

| ประเภทการอัดซึม | 30% HCl (50°C) | 36% HCl (เดือด) |

|---|---|---|

| แอนติโมนี | 0.10-0.30 มม./ปี | 0.50-1.00 มม./ปี |

| ฟีนอลิก | 0.05-0.10 มม./ปี | 0.10-0.30 มม./ปี |

| ฟูราน | <0.05 มม./ปี | 0.05-0.20 มม./ปี |

| PTFE | <0.02 มม./ปี | <0.05 มม./ปี |

3.3 กรดไฮโดรฟลูออริก

| ประเภทการอัดซึม | 20% HF (อุณหภูมิห้อง) | 40% HF (อุณหภูมิห้อง) |

|---|---|---|

| แอนติโมนี | ไม่เหมาะสม | ไม่เหมาะสม |

| ฟีนอลิก | 0.10-0.30 มม./ปี | ไม่เหมาะสม |

| ฟูราน | 0.05-0.10 มม./ปี | 0.05-0.10 มม./ปี |

| PTFE | <0.02 มม./ปี | <0.05 มม./ปี |

3.4 สารละลายด่าง

| ประเภทการอัดซึม | 20% NaOH (80°C) | 40% NaOH (เดือด) |

|---|---|---|

| แอนติโมนี | 0.05-0.10 มม./ปี | 0.10-0.30 มม./ปี |

| ทองแดง | 0.02-0.05 มม./ปี | 0.05-0.10 มม./ปี |

| ฟีนอลิก | ไม่เหมาะสม | ไม่เหมาะสม |

| อีพ็อกซี่ | 0.05-0.10 มม./ปี | 0.10-0.20 มม./ปี |

| PTFE | <0.02 มม./ปี | <0.05 มม./ปี |

4. หลักการเลือกและคำแนะนำ

4.1 กระบวนการตัดสินใจ

1.กำหนดองค์ประกอบของสารละลาย ความเข้มข้น อุณหภูมิ ความดัน และอัตราการไหล

2.ตรวจสอบข้อมูลการกัดกร่อนของคาร์บอนกราไฟต์แต่ละประเภทที่อัดซึม

3.เลือกประเภทที่มีอัตราการกัดกร่อนประจำปีต่ำกว่า 0.1 มม./ปี (เกรดยอดเยี่ยม)

4.ตรวจสอบว่าอุณหภูมิการทำงานไม่เกินขีดจำกัดสูงสุด

5.พิจารณาสมดุลระหว่างต้นทุน ความสามารถในการแปรรูป และความพร้อมใช้งาน

4.2 การเลือกใช้งานทั่วไป

• กรดซัลฟิวริกเข้มข้น กรดฟอสฟอริก: แอนติโมนีหรือฟูรานอัดซึม ใช้งานได้ถึง 200°C
• กรดไฮโดรคลอริก กรดไฮโดรฟลูออริก: ฟูรานหรือ PTFE อัดซึม โดยแนะนำ PTFE
• สารละลายด่าง (NaOH, KOH): ทองแดงหรืออีพ็อกซี่อัดซึม
• อควาเรเจีย กรดผสมออกซิไดซ์แรง: ใช้เฉพาะ PTFE อัดซึม
• สารละลายเกลือเป็นกลาง: แอนติโมนีหรือเรซินอัดซึม
• สภาวะกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง (>200°C): คาร์บอนแก้วอัดซึม

4.3 ต้นทุนเทียบกับประสิทธิภาพ

• แอนติโมนี: ต้นทุนปานกลาง ใช้งานได้หลากหลาย แนะนำอันดับแรก
• เรซินอัดซึม: ต้นทุนต่ำกว่า ช่วงการใช้งานปานกลาง
• PTFE: ต้นทุนสูงกว่า ทนการกัดกร่อนได้ดีที่สุด
• เงิน: ต้นทุนสูงสุด ใช้เฉพาะงานพิเศษ
• คาร์บอนแก้ว: ต้นทุนสูง ใช้เฉพาะสภาวะออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูง

5. ตัวอย่างการใช้งาน

5.1 ความเข้มข้นกรดฟอสฟอริก

สภาวะ: กรดฟอสฟอริก 75%, 150°C, ของแข็ง 5%

การเลือก: แหวนซีลอัดซึมแอนติโมนี หลังใช้งาน 3 ปี การสึกหรอผิวหน้า 0.2 มม. ยังใช้งานได้

5.2 โซดาไฟเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน

สภาวะ: NaOH 32%, 90°C, ความดันบรรยากาศ

การเลือก: แหวนซีลอัดซึมทองแดง ไม่มีการกัดกร่อนสำคัญหลังใช้งาน 5 ปี

5.3 ตัวทำปฏิกิริยากรดไฮโดรฟลูออริก

สภาวะ: HF 40%, 60°C

การเลือก: แหวนซีลอัดซึม PTFE อัตราการกัดกร่อน <0.05 มม./ปี หลังใช้งาน 2 ปี

5.4 ระบบผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลหลายขั้นตอน

สภาวะ: น้ำทะเลเข้มข้น 3 เท่า, 110°C, ความเค็ม 12%

การเลือก: ฟูรานเรซินอัดซึม ไม่มีการกัดกร่อนสำคัญหลังใช้งาน 4 ปี

6. ข้อควรระวัง

6.1 การตรวจสอบคุณภาพการอัดซึม

เมื่อซื้อผลิตภัณฑ์คาร์บอนกราไฟต์ที่ผ่านการอัดซึมแล้ว ให้ตรวจสอบ:

• ความหนาแน่นแบบก้อน: ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของเกรด (เช่น การอัดซึมด้วยแอนติโมนี ≥2.3 ก./ซม.³)
• ความพรุน: น้อยกว่า 2% (กราไฟต์ที่ไม่ซึมน้ำ)
• ความต้านทานแรงอัด: ≥150 MPa
• การทดสอบแรงดันน้ำ: 1.5 เท่าของความดันใช้งานเป็นเวลา 30 นาทีโดยไม่มีการรั่วซึม

6.2 ผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพ

เมื่อความเข้มข้นของสารหรืออุณหภูมิเกินค่าที่ออกแบบไว้ อัตราการกัดกร่อนอาจเพิ่มขึ้นหลายเท่า ควรประเมินความเหมาะสมใหม่เมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลง และเปลี่ยนประเภทการอัดซึมหากจำเป็น

6.3 การตรวจสอบและเปลี่ยนทดแทนอย่างสม่ำเสมอ

สำหรับอุปกรณ์ที่มีความสำคัญ:

• ตรวจสอบความหนาของแหวนซีลทุกไตรมาส
• เปลี่ยนเมื่อการกัดกร่อนสะสมถึง 20% ของความหนาเดิม
• วิเคราะห์องค์ประกอบของสารทุกปีเพื่อยืนยันว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลง

สรุป

การเลือกใช้คาร์บอนกราไฟต์ที่ผ่านการอัดซึมเพื่อความต้านทานการกัดกร่อนอย่างเหมาะสมส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยในการใช้งานและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ผ่านวิธีการทดสอบทางวิทยาศาสตร์และการเปรียบเทียบข้อมูล วิศวกรสามารถตัดสินใจเลือกได้อย่างถูกต้อง Huahao Sealing Co., Ltd. มีผลิตภัณฑ์คาร์บอนกราไฟต์ที่ผ่านการอัดซึมครบวงจร — การอัดซึมด้วยโลหะ เรซิน และ PTFE — พร้อมคำแนะนำการเลือกใช้ที่ปรับตามสภาพการใช้งานเฉพาะ ติดต่อทีมเทคนิคของเราเพื่อขอคำปรึกษาทางเทคนิคอย่างละเอียดได้ทันที