Танталовые слитки в коррозионно-стойких компонентах газовых компрессоров

Выбор материала для различных компонентов газовых компрессоров важен для обеспечения долговечности, надежности и эффективности в течение длительного периода времени. Для компонентов, подверженных воздействию агрессивных сред, танталовые слитки стали основным выбором благодаря их исключительной коррозионной стойкости в сочетании с высокотемпературной стабильностью.

Рис. 1 Схема газового компрессора [1]

Почему стоит использовать тантал в агрессивных средах?

1. Исключительная коррозионная стойкость

Тантал относится к числу металлов, наиболее устойчивых к коррозии, главным образом в сильнокислых средах и агрессивных химических реагентах. Фактически, он устойчив к кислотным газам и жидкостям как никакой другой элемент, что делает его пригодным для использования в газовых компрессорах с возможными коррозионными фракциями в воздухе или газе. Например, на нефтехимических заводах серосодержащий газ может быстро разрушить менее стойкие материалы в течение нескольких часов. Создавая на своей поверхности устойчивый защитный оксидный слой, тантал предотвращает дальнейшую коррозию, что увеличивает срок службы деталей компрессора и сокращает время простоя.

Похожие статьи: Коррозионная стойкость тантала к воде, водным растворам и неметаллам

2. Выдающиеся характеристики при высоких температурах

Большинство газовых компрессоров подвергаются воздействию высоких температур, особенно в отраслях, связанных с энергетикой. Тантал может работать при очень высоких температурах благодаря своей невероятно высокой температуре плавления 3 017°C (5 463°F). Поэтому танталовые слитки считаются идеальным материалом для производства деталей компрессоров, таких как роторы и поршни, которые работают при высоких температурах, обеспечивая максимальную эффективность.

3. Превосходная долговечность и прочность

Свойственные танталу прочность и долговечность делают его очень подходящим для компонентов, которые подвергаются постоянным механическим нагрузкам. В газовых компрессорах такие детали, как роторы и клапаны, подвергаются очень высоким усилиям сдвига и механическому износу. Превосходная прочность на растяжение и усталостная прочность тантала сводят к минимуму износ, благодаря чему детали служат дольше даже в экстремальных условиях эксплуатации.

Общие области применения тантала в газовых компрессорах

1. Роторы и лопатки компрессоров

Роторы и лопатки газовых компрессоров подвергаются постоянному износу из-за высокоскоростного вращения с постоянной бомбардировкой абразивными частицами в газовом потоке. Тантал, будучи очень устойчивым к абразивному износу, применяется в роторах и лопатках, которые должны одновременно выдерживать коррозию и механические нагрузки. Благодаря высокой температуре плавления тантала эти компоненты сохраняют свою структурную целостность даже в компрессорах, работающих при повышенных температурах.

2. Уплотнения и компоненты клапанов

Уплотнения и клапаны газовых компрессоров обеспечивают герметичность, необходимую для поддержания давления и предотвращения утечки газа. Многие агрессивные среды приводят к разрушению этих компонентов, обычно от газов, для которых предназначены уплотнения. Тантал используется для изготовления уплотнений, седел и корпусов клапанов; его устойчивость к воздействию агрессивных газов обеспечивает длительную работу и предотвращает утечку или выход из строя. Его ковкость и пластичность позволяют с высокой точностью изготавливать сложные геометрические формы, необходимые в современных компрессорных системах.

3. Компоненты высокого давления

Газовые компрессоры работают при очень высоком давлении, что приводит к высоким нагрузкам на такие детали, как камеры сжатия, фланцы и головки цилиндров. Устойчивость тантала к деформации в сочетании с его способностью выдерживать экстремальные перепады давления делает его очень подходящим для таких критических деталей. Применения, в которых обычно происходит разрушение из-за напряжения материала или коррозии, могут сохранить структурную целостность и долговечность благодаря использованию тантала.

4. Компоненты теплообменника

Газовые компрессоры используются вместе с теплообменниками во многих отраслях промышленности, где изменения температуры могут происходить как во время, так и после сжатия. Трубки и перегородки теплообменников, которые находятся в контакте с агрессивными горячими газами, используют исключительную коррозионную стойкость тантала в сочетании с его хорошей устойчивостью к тепловым ударам. Это обеспечивает структурную целостность и надежную теплопередачу в условиях агрессивного термоциклирования, когда коррозия разрушает другие материалы.

Коррозионная стойкость: Тантал и другие материалы

Хотя нержавеющая сталь, титан и сплавы на основе никеля находят широкое применение в газовых компрессорах, они не могут сравниться с танталом по коррозионной стойкости и высокотемпературной стабильности. Ниже приведено краткое сравнение тантала с другими материалами. Более подробную информацию о металлических изделиях можно найти на сайте Stanford Advanced Materials (SAM).

Заключение

Танталовые слитки обеспечивают наибольшую выгоду при использовании в компрессорах, требующих превосходной коррозионной стойкости и стабильности при высоких температурах. Другие материалы, в том числе из нержавеющей стали и титана, имеют свое место, но тантал остается основным материалом для очень суровых промышленных условий, в которых важны высокая производительность, надежность и длительный срок службы.

Ссылки:

[1] Eugene "Buddy" Broerman, Tim Manthey, Jürgen Wennemar, Justin Hollingsworth, Chapter 6 - Screw Compressors, Editor(s): Klaus Brun, Rainer Kurz, Compression Machinery for Oil and Gas, Gulf Professional Publishing, 2019, Pages 253-307, ISBN 9780128146835.