遠心分離機の応用における腐食問題の分析

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この投稿は、2017年9月2日16時51分に王根荣によって最終的に編集されました。分離技術とは、非常に広範囲に応用される技術であり、医薬品、化学工業、冶金、繊維産業、環境保護、食品業界、軍事分野など、さまざまな業界で利用されています。これは遠心力を駆動力として利用し、液体と固体、液体同士、または液体と固体の混合物である懸濁液や乳濁液を、その物性や分離の要件に応じて分離する装置です。構造がシンプルで効率が高く、純粋な物理的な分離過程であるため、分離される物質の特性を十分に保持することができます。したがって、遠心分離機の市場での用途は極めて広く、特にThermoブランドの輸入製品はその傾向が顕著です。近年、我が国の国民経済は持続的に発展し、新技術や新工法が次々と登場しているため、遠心分離機の適用範囲もさらに広がっている。しかし、この過程で多くのメーカーは遠心分離機の分離性能や強度要件により重点を置き、腐食要因の影響には十分な注意を払わない傾向にある。これがいくつかの負の影響をもたらしている。本稿ではこの問題について分析し、皆様の議論の材料としたい。周知の通り、腐食の害は極めて甚大であり、世界中にその事例が数多く存在する。遠心分離機は高速で回転する装置であり、その安全性の要求は圧力容器と同様に重要である。しかし、ほとんどの遠心分離機メーカーは、設計や機種選定、使用段階において、均一腐食が強度部品に与える影響ばかりを重視し、構造設計や加工工程が腐食環境に適応するための要素を見落としてきた。これがいくつかの深刻な結果を招いている。部品が腐食する傾向を示すだけでなく、汚染物質が分離された材料に混入し、より深刻な場合には機械の破壊や人命の損失にまでつながる。一、遠心機の環境
遠心機は機能や構造によってさまざまなタイプの装置に分かれるが、共通した特徴がある：1、回転ドラムは高速で回転する部品である；2、回転ドラムを主体として分離空間が形成される；3、回転ドラムは特殊な形状をしている；4、回転ドラムの内部にはその他の接続部品や付属部品も存在する。回転ドラムのこれらの特徴は、遠心分離機の核心部品が応力部品であることを示しており、その特殊な幾何学的形状によって部品内の応力分布が多領域にわたる。また、複数の部品が組み合わさることで電気対を形成する可能性も生じる。これらはすべて注目すべき点である。二、考えられる腐食現象
金属の腐食形態は、主に均一腐食と局部腐食の2つに分類される。前者はその外観上の特徴から容易に発見でき、またほとんどのマニュアルや資料においても明確に記述されているため、ここでは詳しく説明しない。ここでは後者についてのみ若干検討する。局部腐食は局所的にのみ発生し、孔食、隙間腐食、粒界腐食、応力腐食、摩耗腐食など、極めて深刻で大きな被害をもたらす種類の腐食です。遠心分離機では局部腐食が一般的に見られるため、その発生メカニズムに着目して分析し、対策を講じて克服する必要があります。1、孔食とは、高度な腐食現象の一種で、ステンレス鋼などの不動態化しやすい金属に主に見られます。表面に存在する可能性のある欠陥や、溶液中に含まれる不動態膜を破壊する活性イオン（例えばハロゲンイオン）によって不動態膜が局部的に破壊され、電気的なカップルが形成されることで孔食が生じます。孔食が形成されると、遠心力の作用により孔内の電気化学反応が加速され、それによって穿孔に至るまで孔食が持続する。これは静的な状態での孔食現象とは異なる点である。2、粒界腐食は部品の強度と延性を失わせ、部品の脆性的な破壊を引き起こします。これは表面から結晶粒の境界に沿って内部へと進行し、外面には腐食の兆候が現れない有害な損傷です。3、摩耗腐食とは、部品の表面が摩耗と腐食の両方によって損傷を受けることです。4、応力腐食とは、腐食性の環境下で、一定の引張応力の影響によって生じる損傷です。それには、残留引張応力、外部からの引張応力、腐食性浸透環境、局部的な欠陥といった特徴がある。上記の4種類の腐食は遠心分離機に極めて深刻な影響を与え、重大な結果を招く可能性があります。三、対策1、異なる材料や分離要件に応じて、異なる機種を選択する必要がある。機種および主要な仕様が決定された後、異なる材料のさまざまな環境下での耐食性、その理化学的特性、コストパフォーマンスなど多くの要因を総合的に考慮し、基本的な観点から強度部品の材料を決定する。材料自体を見ると、対象となる物質に対しては安全であるため、材料の選定にあたっては以下の原則に従うべきです。a、絶対的に万能な防食材料は存在せず、使用環境を十分に理解し、その状況に合わせて材料を選ぶ必要があります。例えば、ステンレス鋼は濃硫酸には適していませんが、炭素鋼は適しています。b、ステンレスは錆びないわけではなく、空気やその他の適応環境下でのみ錆びないのです。c、同一環境下では、できるだけ同じ種類の材料、または平衡電位が近い材料を選び、電池対による環境への影響を避ける。d、総合的なコストパフォーマンスにおいて、特に加工工程の影響に重点を置くべきである。2、構造設計　優れた設計によって機器の使用寿命を延ばし、安全性を確保することができる。構造設計において、腐食を促進しやすい設計上の欠点は応力集中の傾向と隙間の存在である。時には金属が溶液に浸っていても腐食速度は低いが、隙間ができると内部の溶液の化学的・電気化学的状態が変化（pHや電位が低下）し、深刻な隙間腐食が引き起こされる。したがって、設計にあたっては以下に注意すべきである：a、隙間の発生をできるだけ避けること；b、同じ環境下ではできるだけ同じ種類の材料を使用すること；c、部品の組織の均一性を保つか、圧縮応力を加えること；d、死角ができないようにし、流体がスムーズに流れるようにすること。3、表面保護対策における腐食制御の基本的な考え方は、腐食環境を遮断することです。遠心分離機の設計においては、フランジ、亜鉛メッキ、クロムメッキ、化学メッキなどの表面処理がよく用いられる。これらの方法は多くの環境下で有効だが、回転部品の場合、重要な現象に注意する必要がある。すなわち、基材とメッキ層は異なる材料であり、その線膨張係数も異なるため、回転部品が弾性的に変形する際に異なる変形量が生じ、それによって多数の微小なき裂が発生する。このような現象が存在すると、腐食の進行が加速される。したがって、回転部品の表面保護方法については、慎重に採用すべきである。4、腐食抑制剤用遠心分離機自体は多くの学問分野に関わっており、遠心分離機をうまく使うためには、上記の対策に加えて、その適用環境についても考慮する必要がある。防食剤の利用は、実際の応用においても広く採用されている。特定の過酷な環境においては、適切な防食剤を使用することで部品を使用可能な状態にすることができる。工程上可能であれば、防食剤の使用は遠心分離機の応用における有効な手段となるはずだ。5、正しい工程方法の設計と適切な材料選定は、遠心分離機の腐食を防ぐための前提条件に過ぎない。加工工程が適切に行われるかどうかも、ある程度、遠心分離機の耐腐食性に影響を与える。加工方法によっては、部品や装置にずれや局部的な応力といった多くの欠陥が生じることがあります。ずれによって隙間ができたり、固定方法が不適切だと部品が偏心したりします。不適切な切削によって表面が粗くなったり、組み立てが不適切であったり、溶接や熱処理が不適切だったり、ボルトの締め付け具合にばらつきがあったりすると、局部的な応力が集中します。したがって、適切な加工方法を見つけることも、腐食を防ぐための有効な手段です。遠心分離機の腐食問題は、その作業環境が一般的な資料マニュアルで静的な状態で得られたデータと大きく異なるため、複合的で難しい問題です。したがって、関連資料を参照する際には、上記の分析に加えて、溶液中の溶存酸素や温度、高速流体、および分離領域における流動状態の変化など、多くの要因の影響も考慮し、適切な措置を講じて遠心分離機が安全かつ信頼性を持って稼働するようにしなければならない。