Kỹ thuật

Ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở

66

Ăn mòn rỗ so với ăn mòn kẽ hở

Hình ảnh đồ họa so sánh ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở trong thép không gỉ

Ăn mòn rỗ so với ăn mòn kẽ hở: Xác định sự khác biệt

Ăn mòn – sự xuống cấp của các vật liệu kỹ thuật do tương tác hóa học với môi trường của chúng – là một vấn đề cực kỳ tốn kém. Ăn mòn thép không gỉ không được kiểm soát trong hệ thống ống là nguyên nhân hàng đầu gây mất lợi nhuận cho các ứng dụng ngoài khơi và gần bờ, chi phí lên tới 1 tỷ đô la mỗi năm, theo nghiên cứu từ Hiệp hội Kỹ sư Ăn mòn Quốc gia (NACE). Theo NACE, những con số này là do “589 triệu đô la cho chi phí đường ống và cơ sở vật chất trên bề mặt; 463 triệu đô la hàng năm trong chi phí ống hạ lưu; và 320 triệu đô la chi phí vốn khác liên quan đến ăn mòn.

Tin tốt là các loại ăn mòn phổ biến có thể được giảm thiểu hoặc ngăn chặn bằng một số biện pháp tương đối đơn giản trước khi chúng gây ra thiệt hại đáng kể và tốn kém cho hệ thống chất lỏng dầu khí.

Thực hiện các biện pháp chủ động phụ thuộc vào khả năng xác định và phân biệt giữa một loạt các loại ăn mòn và thực hiện các giải pháp thích hợp. Ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở là một trong những loại phổ biến nhất được tìm thấy trong ngành dầu khí và một số loại tốn kém nhất. Với suy nghĩ này, chúng ta hãy phân tích lý do tại sao ăn mòn xảy ra, điều gì phân biệt ăn mòn rỗ với ăn mòn kẽ hở và những gì bạn có thể làm để bảo vệ tài sản của mình khỏi các hỏng hóc liên quan đến ăn mòn.

Hình ảnh đồ họa so sánh ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở trong thép không gỉ

TÌM HIỂU SÂU HƠN VỀ ĂN MÒN

Làm thế nào ăn mòn thép không gỉ xảy ra

Gần như mọi kim loại được sử dụng trên khắp thế giới của chúng ta đều bị ăn mòn trong một số trường hợp nhất định. Nhưng có những bước có thể được thực hiện để ngăn chặn sự ăn mòn thép không gỉ trong các ứng dụng dầu khí, đặc biệt là ngoài khơi. Các bước này đòi hỏi sự hiểu biết cơ bản về các loại ăn mòn khác nhau và nguyên nhân của chúng. Biết nơi để tìm kiếm sự ăn mòn có thể giảm thiểu rủi ro trên giàn khoan dầu và trong các nhà máy lọc dầu – tiết kiệm đáng kể thời gian và tiền bạc.

Ở cấp độ cơ bản nhất, ăn mòn là một tập hợp các phản ứng điện hóa với quá trình oxy hóa (mất electron) ở cực dương và khử (thu được electron) ở cực âm. Ví dụ, sắt trong ống có thể bị oxy hóa, tạo ra hai electron và hòa tan vào nước dưới dạng Fe2+ ion dương. Đồng thời, các electron từ sắt oxy hóa có thể tham gia vào phản ứng khử sử dụng O2 hòa tan trong H2O để tạo thành các ion âm OH- .

Hệ thống ống kim loại thường được sử dụng cho thiết bị phân tích và xử lý, đường thủy lực, và các ứng dụng điều khiển và tiện ích. Nhiều kim loại kỹ thuật được sử dụng trong các ứng dụng dầu khí được làm từ thép không gỉ, chứa hơn 10% crôm. Loại thứ hai giúp tạo thành một lớp oxit bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn. Tuy nhiên, ăn mòn thép không gỉ xảy ra khi điều kiện môi trường hoặc hư hỏng cơ học khiến lớp đó bị phá vỡ. Nếu oxit bảo vệ không thể cải cách trong một dung dịch nhất định, các phản ứng ăn mòn có thể tiến triển nhanh chóng.

Một lần nữa, mọi kim loại đều dễ bị ăn mòn tùy thuộc vào điều kiện. Ví dụ, rỉ sét là một sản phẩm phụ thường xảy ra của sự ăn mòn thép carbon, do ăn mòn sắt và tạo thành oxit sắt. Tuy nhiên, nhiều loại ăn mòn khác tồn tại. Mỗi loại đặt ra một mối đe dọa duy nhất phải được đánh giá khi chọn vật liệu tối ưu cho ứng dụng của bạn.

Ăn mòn rỗ so với ăn mòn kẽ hở: Sự khác biệt là gì?

Nhiều loại ăn mòn có thể tàn phá việc lắp đặt dầu khí, Tùy thuộc vào thành phần của vật liệu xây dựng, môi trường hoạt động và chất lỏng xử lý. Nhưng có hai dạng ăn mòn thép không gỉ cục bộ xảy ra thường xuyên hơn các dạng khác: ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở.

Ăn mòn rỗ.

Một bức ảnh cận cảnh ăn mòn rỗ ảnh hưởng đến thép không gỉĂn mòn rỗ xảy ra khi lớp oxit giàu Cr bảo vệ trên bề mặt thép không gỉ bị phá vỡ, cho phép kim loại trần bên dưới dễ bị tấn công liên tục trong dung dịch ăn mòn. Cuộc tấn công điện hóa cục bộ này bắt đầu sự hình thành các khoang nhỏ, hoặc “hố”.

Mặc dù điểm vào của hố có thể được phát hiện thông qua kiểm tra trực quan kỹ lưỡng, nhưng có thể có một mạng lưới sâu các vật liệu bị mất ẩn dưới bề mặt. Nếu không được kiểm soát, các hố như vậy có thể phát triển đủ sâu để đục thủng hoàn toàn thành ống, gây rò rỉ tốn kém, nguy cơ môi trường và an toàn, và đòi hỏi các sự kiện bảo trì ngoài kế hoạch tốn kém. Ăn mòn rỗ cũng có thể tạo điều kiện cho sự khởi đầu và phát triển của các vết nứt trong các bộ phận dưới tải trọng kéo. Môi trường có nồng độ clorua (Cl) cao hơn, bao gồm cả những môi trường được tạo ra bởi sự bay hơi từ các giọt nước mặn lắng đọng, có khả năng gây ra sự ăn mòn rỗ – đặc biệt là ở nhiệt độ cao.

Khi kiểm tra ống thép không gỉ để ăn mòn rỗ, hãy tìm các cặn oxit sắt màu nâu đỏ cũng như các hố tiềm năng có thể đã hình thành trên bề mặt kim loại. Đặc biệt chú ý đến các bề mặt hướng lên trên, nơi nước chứa Cl (ví dụ: nước biển) có thể đọng lại và bay hơi. Khi nước bay hơi, nồng độ Cl trong nước còn lại sẽ tăng lên và trở nên ăn mòn hơn. 

NGĂN CHẶN SỰ ĂN MÒN VỚI CÁC VẬT LIỆU PHÙ HỢP

Ăn mòn kẽ hở.

Một bức ảnh cận cảnh mô tả sự ăn mòn kẽ hở ảnh hưởng đến thép không gỉĂn mòn kẽ hở, như ăn mòn rỗ, được bắt đầu với sự phá vỡ màng oxit bảo vệ của thép không gỉ. Tuy nhiên, thay vì xảy ra trong tầm nhìn rõ ràng, sự ăn mòn kẽ hở – như tên gọi của nó – xảy ra trong các kẽ hở. Sau khi bắt đầu, sự ăn mòn kẽ hở tiếp tục với sự phát triển của các hố rộng và tương đối nông.

Trong một hệ thống chất lỏng điển hình, các kẽ hở tồn tại giữa ống và giá đỡ ống hoặc kẹp, giữa các ống chạy liền kề và bên dưới bụi bẩn và cặn bẩn có thể tích tụ trên bề mặt. Các kẽ hở hầu như không thể tránh được trong việc lắp đặt ống, và các kẽ hở chặt chẽ đặt ra một trong những mối nguy hiểm lớn nhất đối với tính toàn vẹn của thép không gỉ. Trong các ứng dụng ven biển hoặc ngoài khơi, ăn mòn kẽ hở thường xảy ra khi nước biển khuếch tán vào kẽ hở, dẫn đến môi trường xâm thực về mặt hóa học, nơi các ion gây ăn mòn không thể dễ dàng khuếch tán ra khỏi kẽ hở. Trong kịch bản như vậy, toàn bộ bề mặt trong kẽ hở có thể bị ăn mòn với tốc độ nhanh chóng.

Sự ăn mòn kẽ hở chỉ có thể được quan sát trực quan khi kẹp ống được tháo ra khỏi ống được lắp đặt. Điều quan trọng cần nhớ là ăn mòn kẽ hở có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn so với ăn mòn rỗ vì cần ít nỗ lực hơn để tạo ra một “hố” bên dưới kẽ hở hình học (ví dụ: kẹp ống).

Một biểu đồ mô tả tốc độ mà tại đó các nhiệt độ khác nhau góp phần vào sự ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở trên các hợp kim kim loại và thép không gỉ khác nhau

Làm thế nào để ngăn chặn biểu tượng ăn mòn

Làm thế nào để ngăn chặn sự ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở

Trong nhiều trường hợp, ăn mòn có thể được giảm thiểu bằng cách giáo dục lực lượng lao động với kiến thức vật liệu cơ bản và áp dụng các phương pháp hay nhất về phòng chống ăn mòn.

Đầu tiên, hãy xem xét việc lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng ống, từ chính ống đến giá đỡ ống và kẹp. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm về nhiệt độ rỗ tới hạn (CPT) và nhiệt độ kẽ hở tới hạn (CCT) theo tiêu chuẩn ASTM G48 là một công cụ vô giá để so sánh các vật liệu được sử dụng trong môi trường ăn mòn. Thử nghiệm CPT đánh giá nhiệt độ bắt đầu rỗ trên vật liệu trong dung dịch ăn mòn cụ thể. Tương tự, thử nghiệm CCT đánh giá sự ăn mòn kẽ hở nhiệt độ bắt đầu khi một kẽ hở được xác định trước được đặt trên mẫu kim loại trong dung dịch ăn mòn.

Vật liệu có giá trị cao cho CPT và CCT thường phù hợp hơn để sử dụng trong môi trường ăn mòn tương tự so với vật liệu có giá trị thấp. Ví dụ: 304L có giá trị CPT thấp nhất trong số các vật liệu được hiển thị trong hình trên trong khi 6Mo và 2507 là hai mức cao nhất đối với nhiệt độ CPT và CCT. Điều này cho thấy 6Mo và 2507 có khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở cao hơn 304L và 316L trong các dung dịch chứa clorua. Điều quan trọng cần lưu ý là các thử nghiệm này rất hữu ích cho việc so sánh và lựa chọn vật liệu nhưng không dự đoán được khi nào vật liệu sẽ thất bại trong ứng dụng thực tế.

Loại ống thép không gỉ 316L (UNS S31603) hoạt động tốt trong nhiều lần lắp đặt miễn là nó được giữ sạch sẽ và nhiệt độ không quá cao. Ở vùng khí hậu ấm hơn, đặc biệt là ở những nơi mà cặn muối dễ dàng hình thành và trong các công trình lắp đặt nơi rỉ sét từ dầm và sàn kết cấu thép carbon tích tụ trên bề mặt thép không gỉ, sự ăn mòn của ống không gỉ 316L dễ dàng quan sát thấy hơn. Tuy nhiên, do sự bổ sung có lợi của molypden, 316L thường tạo ra tốt hơn thép không gỉ 304L (UNS S30403) trong những môi trường ăn mòn này.

XEM HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN VẬT LIỆU CỦA CHÚNG TÔI

Đối với các tình huống mà 316L không đủ để đáp ứng các yêu cầu về tuổi thọ của ứng dụng, ống làm từ thép không gỉ siêu austenit (ví dụ: 6Mo hoặc 6HN, UNS N08367) hoặc siêu song công (ví dụ: 2507, UNS S32750) cung cấp khả năng chống ăn mòn được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, năng suất và độ bền kéo cao hơn của thép không gỉ siêu austenit và siêu song công giúp dễ dàng xây dựng các hệ thống phải được đánh giá đến áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP) cao hơn. Làm việc với nhà cung cấp ống và phụ kiện ống của bạn để được hướng dẫn trong việc lựa chọn các sản phẩm và vật liệu phù hợp có thể giúp bạn tránh các lỗi tốn kém.

Ngoài việc lựa chọn vật liệu, thực hành hệ thống cẩn thận là cần thiết để ngăn ngừa ăn mòn và giảm thiểu số lượng vị trí có thể xảy ra ăn mòn kẽ hở. Một cách để giảm thiểu sự ăn mòn kẽ hở trong hệ thống ống là tránh đặt ống trực tiếp vào tường hoặc chống lại nhau. Khi quan sát thấy sự ăn mòn kẽ hở của ống thép không gỉ 316L, người ta có thể thay thế ống 316L bằng ống chống ăn mòn hơn như 6Mo, có thể được lắp đặt với các phụ kiện ống 316L hiệu quả về chi phí trong các kết hợp thiết kế vật liệu hỗn hợp được đề xuất.

Cách trang bị tốt nhất cho bản thân để ngăn chặn sự ăn mòn của thép không gỉXây dựng sự hiểu biết cơ bản về ăn mòn – nó trông như thế nào, nó xảy ra ở đâu và vì lý do gì – trong số những người thường xuyên làm việc với hệ thống ống có thể giúp ngăn ngừa hỏng hóc vật liệu và sửa chữa tốn kém cũng như cải thiện tuổi thọ hệ thống. Được trang bị những điều cơ bản, bạn và nhóm của bạn có thể bảo vệ hệ thống của mình tốt hơn và hoạt động có lợi nhuận với thời gian ngừng hoạt động tối thiểu.

Bạn muốn tìm hiểu thêm? Các chương trình đào tạo có sẵn có thể giúp trang bị cho nhóm của bạn kiến thức sâu hơn có thể mang lại lợi ích cho cả thành viên mới trong nhóm và cựu chiến binh trong ngành. Ở những nơi khác, hãy khám phá Điểm tham chiếu Swagelok để biết thêm thông tin chi tiết về cách ngăn chặn sự ăn mòn và các cách khác để giữ cho tài sản của bạn luôn hoạt động tối ưu.

Theo: Pitting Corrosion vs. Crevice Corrosion | Swagelok

0 ( 0 bình chọn )

NGUYỄN QUANG HƯNG BLOG

https://nguyenquanghung.net
Kỹ sư cơ khí, hiện đang làm việc trong nghành chế tạo, cung cấp, lắp đặt thiết bị, hệ thống.

Ý kiến bạn đọc (0)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *