冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀性流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象,是机械性冲刷和电化学腐蚀交互作用的结果。当工艺介质中混入固相颗粒时即构成所谓的液/固、气固双相流冲刷腐蚀,它是引起石油、化工、冶金、电力等行业自动化控制过程中管道、阀门损坏的重要原因。

冲刷腐蚀是一个很复杂的过程，根据人们对冲刷腐蚀机理理论表明，影响自控阀冲刷腐蚀的因素概括起来主要包括流体力学、材料和环境三个方面。

一、流体力学对自控阀的冲刷腐蚀影响

流体力学对自控阀的冲刷腐蚀影响因素一般通过改变冲刷强度大小或传质过程来影响冲刷腐蚀性能。最重要的参数包括:流速流态、攻角、颗粒性质(种类 、硬度 、颗粒浓度 、颗粒度及分布 、颗粒形状、可破碎性、密度以及表面粗糙度等)、流体性质(粘度、密度)等。

1、流速流态

流速流态对冲刷腐蚀具有十分重要的影响。流体的流动状态对自控阀冲蚀, 它不仅取决于流速, 而且与流体的物性、设备的几何形状有关 , 通常用雷诺数(Re)来判别 。通常流速高的介质冲蚀越大；湍流状态下的流体（Re>4000）往往比层流（Re<2300）冲刷腐蚀要大得多。当介质流道的几何形状突然改变时，如节流面的变大或变小，都会增加冲蚀量。

2、攻角——介质流向材料表面的夹角

气/固冲蚀研究表明 , 延性材料和脆性材料遵循不同的规律, 延性材料的最大冲蚀率发生在攻角为20°～ 30°处 , 而脆性材料的最大冲蚀率则出现在接近90°处 。液/固双相流冲刷腐蚀条件下 , 延性材料的冲蚀率随攻角变化较为复杂，低速条件下(≤20 m/ s), 最大冲蚀率发生在 90°处 ；在高速条件下(>30 m/ s), 冲蚀率出现两个极大值(30°～ 60°和90°)和一个极小值(60°～ 70°)。在液/固双相流冲刷腐蚀条件下, 脆性材料(陶瓷、玻璃)的冲蚀率随攻角的变化类似于气/固冲蚀 , 但最大冲蚀率发生在 80°处而不是 90°。由于液流的粘滞性(水的粘度约为空气的 100 倍), 实际攻角已无法达到90°。

3、颗粒性质对液/固、气/固双相流冲刷腐蚀有很大影响 。一般条件下, 颗粒硬度越高, 冲刷腐蚀越严重 。颗粒浓度越大 , 冲刷腐蚀速率的绝对值越大, 但并不是一直线性增加 , 高浓度条件下颗粒间的相互影响所引起的“ 屏蔽效应” 使得其冲蚀效率降低。颗粒半径越大 , 冲刷腐蚀速率也越大 , 值得注意的是在气/固冲蚀中, 颗粒度的巨大变化会引起冲蚀机制的转变。多角颗粒往往比圆形颗粒造成更大的冲刷腐蚀, 多角粒子的切削作用要比圆形粒子的犁削作用产生更大的力学损伤 , 在液/固双相流中因颗粒多角引起的表面膜损伤会进一步造成材料的电化学损伤。

4、从流体力学方面减少自控阀的冲刷腐蚀措施

高流速往往引起严重的冲刷腐蚀 , 许多材料介质体系尤其是 带膜材料（如不锈钢表面的氧化膜）往往存在临界流速, 超过此流速会使材料流失突然增大 , 因此临界流速对工程设计无疑是十分重要的 。关于临界流速许多学者作了不少研究给出了铜在流速小于15 m/ s 条件下的失重数据和临界剪切应力数据。美国冲刷腐蚀研究中心的研究表明, 流速应控制在高于点蚀产生的低临界流速和产生强烈的冲刷腐蚀的高临界流速之间。当控制流速与实际生产条件发生矛盾时, 改变流态便成为控制冲刷腐蚀的有效方法 。这需要综合考虑流速 、几何尺寸、粘度、密度等参量, 找出流体流态的影响规律。合适的弯管半径要介于管道直径的 2 ～ 4 倍之间 , 要尽量使设备的壁面与流体的主要流动方向间的夹角小于 10°。

二、材料对自控阀的冲刷腐蚀影响

根据材料冲蚀理论可知，当两种材料相对运动时，往往相对较软的材料容易被损坏。鉴于此，当自控阀运行的介质工况含有固体颗粒物或则高压差时，为了提高阀门耐冲蚀性能，阀内件通常采用以下方式来提高材料的硬度。

1、堆焊司太立硬质合金。

如下图所示为单座阀、套筒阀阀内件常用的堆焊方法。

根据司太立合金材料的牌号不同，堆焊后，材料表面硬度都能达到HRC40以上，大大提高了自控阀内件的耐冲蚀寿命。

2、淬火，通过对材料的热处理可以大大提高材料的表面硬度。如9Cr18、440C等不锈钢材料，经过热处理后硬度可达HRC50以上。

3、材料表面处理技术，如超音速喷涂WC、Ni60、表面化学镀硬铬等技术也能大大提高材料的表面硬度。

三、环境对自控阀的冲刷腐蚀影响

工况介质的化学性质对自控阀的冲刷腐蚀常表现为氧化反应和电化学反应。氧化反应是金属原子失去电子变成金属离子；电化学反应是金属材料（合金或不纯的金属）与电解质溶液接触 , 通过电极（电位差）反应产生的腐蚀。常见的材料腐蚀现象有：点蚀、均匀腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、氢腐蚀等。

四、自控阀预防冲刷措施。

1、根据自控阀的工作压差及温度来确定是否采取材料表面硬化的方式来提高阀内件的材料表面硬度。如下图所示为压差、温度和表面硬化措施区域分布图。

2、根据阀门运行工况选择合理的阀门结构。液固/气固介质应尽量选择直通流道、介质扰动小的阀门结构。如重庆川武仪表有限公司自主研发的一款固液/气固专用型滑板阀结构。如下图所示为，介质流过滑板阀的仿真模拟图。根据图可知，阀门开启时，介质流向与管道表面平行，即使是调节型的滑板阀，介质冲刷角度也很小，介质冲刷磨损很小。

3、根据介质化学性质选择合适的阀体及阀内件材料。