CHƯƠNG 5 Ket noi com kho tài liệu miễn phí MỤC LỤC 1MỤC LỤC 2MỞ ĐẦU 3CHƯƠNG 1 3TÌM HIỂU CHUNG VỀ ĂN MÒN 4CHƯƠNG 2 4PHÂN LOẠI ĂN MÒN 42 1 Theo vị trí của quá trình ăn mòn 42 2 Theo hình thái 62 2 Các n[.]
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TÌM HIỂU CHUNG VỀ ĂN MỊN CHƯƠNG PHÂN LOẠI ĂN MÒN .4 2.1 Theo vị trí q trình ăn mịn 2.2 Theo hình thái 2.2.Các nguyên nhân gây ăn mòn CHƯƠNG .10 CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN 10 3.1 Vật liệu chống ăn mòn 10 3.1.1 Vật liệu phi kim: 10 3.1.2 Hợp kim chống ăn mòn (CRAs): 10 3.1.3 Thép không rỉ martansiric: 10 3.1.4 Thép không rỉ Austenic: 11 3.1.5 Thép không rỉ Duplex: 11 3.1.6 Thép hợp kim cao nickel: 11 3.2 Lớp phủ chống ăn mòn 11 3.2.1 Lớp phủ cho bề mặt ngoài: 12 3.2.2 Lớp phủ điểm nối: 14 3.2.3 Lớp phủ bề mặt bên đường ống: 15 3.3 Sử dụng chất ức chế 15 3.3.1 Chất ức chế chủ động: 16 3.3.2 Chất ức chế thụ động: 16 3.3.3 Chất diệt vi sinh 17 3.4 Phương pháp bảo vệ Cathod 17 KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỞ ĐẦU Nghành khai thác chế biến dầu khí nghành quan trọng kinh tế quốc dân Việc khai thác vận chuyển phần lớn dựa vào hệ thống ống dẫn từ khơi vào đất liền Nó đóng vai trị mạch máu lưu thơng cho dàn khai thác nhà máy chế biến Do việc vận hành đảm bảo vận hành thông suốt cho hệ thống yêu cầu thiết Một nguyên nhân gây đau đầu kỹ sư vận hành ăn mòn Việc bảo vệ phát hiện tượng ăn mòn yêu cầu số Trong đề tài tiểu luận nhóm nêu nguyên nhân chủ yếu biện pháp chống ăn mòn.gồm chương: Chương 1: Tìm hiểu chung ăn mịn Chương 2: Phân loại ăn mòn Chương 3: Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG TÌM HIỂU CHUNG VỀ ĂN MỊN Trước tiên, hiểu ăn mòn kim loại tự phá huỷ kim loại tác dụng hoá học điện hoá học với mơi trường bên ngồi Hoặc định nghĩa ăn mòn kim loại phá huỷ tự phát kim loại gây trình hoá học điện hoá học xảy bề mặt kim loại tiếp xúc với mơi trường ngồi (vd khí quyển, nước biển, mơi trường phản ứng, vv.) Dạng ăn mòn kim loại phổ biến gỉ sắt Gỉ sắt (có thành phần Fe2O3.nH2O) khơng bền xốp nên khơng bảo vệ sắt khỏi bị ăn mịn Hằng năm khoảng 10% kim loại khai thác bị ăn mịn, khơng sử dụng Có thể chống ăn mòn kim loại cách sơn, tráng men, tạo màng bảo vệ, mạ lớp kim loại khó bị ăn mòn crom, niken cách sử dụng protectơ Hiện tượng ăn mòn loại hư hỏng hệ thống đường ống, chiếm khoảng 20-25% sai hỏng ghi nhận, thường nguy hiểm Các biện pháp đo đạc cần thực thường xun để ngăn chặn q trình ăn mịn dừng sử dụng khí phát nguy hiểm để tránh thảm hoạ Những hư hỏng tác động ngoại lực hoạt động đào đắp, neo giữ, lắp đặt không hay lỗi vật liệu đánh giá quan trọng Tuy nhiên, hệ thống ống bị ăn mòn giảm khả chống chịu lại ngoại lực hay làm nghiêm trọng thêm điểm yếu vật liệu kết cấu Ngăn chặn trình ăn mịn cần quan tâm đến tồn q trình: từ thiết kế, lắp đặt, thử nghiệm suốt thời gian hoạt động Một trình ăn mòn xảy ra, việc giảm thiểu tác động lên tồn vẹn hệ thống khó khăn Thường tách biệt dự án vận hành gây khó khăn cho việc kiểm sốt ăn mòn Dự án thường cố gắng việc tạo hệ thống đường ống có khả làm việc khung thời gian tài cần thiết Như vậy, q trình vận hành phải nhận hệ thống khơng tối ưu chi phí chống ăn mịn cao Ln ln tồn cân nguồn vốn chi phí vận hành, cần phải phân tích cẩn thận để lựa chọn phương pháp chống ăn mòn để đạt cân kinh tế tốt Khó khăn lớn việc đánh giá kinh tế không chắn tuổi thọ q trình hoạt động Thơng thường chi phí cho việc chống ăn mịn chiếm khoảng 10-20% tổng vốn dự án 0,3-0,5% chi phí vận hành Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG PHÂN LOẠI ĂN MỊN 2.1 Theo vị trí q trình ăn mịn Hiện tượng ăn mịn đường ống chia làm loại ăn mòn bên ăn mịn bên ngồi - Q trình ăn mòn bên phụ thuộc vào việc hoạt động đường ống, chia thành loại sau : + Ăn mòn ngọt: Gây diện carbondioxide tan lưu chất, hay gọi ăn mòn carbonic acid, chủ yếu ăn mòn cục ăn mòn lỗ + Ăn mòn chua: Do hydrogen sulphide, q trình gây hỏng hóc nhanh làm nứt lớp thép đường ống + Nước đường ống: Q trình ăn mịn oxygen nước + Ăn mòn sinh vật: Do trình phát triển sinh vật đường ống - Q trình ăn mịn bên ngồi chủ yếu q trình ăn mịn điện hố 2.2 Theo hình thái - Ăn mịn cục bộ: Dạng ăn mịn thơng thường, q trình ăn mịn diễn biến đổi điều kiện mơi trường Q trình dễ khống chế ngăn chặn Tuy nhiên khó khăn việc xác định vị trí đo đạc - Ăn mòn lỗ: Sự khác biệt ăn mịn cục ăn mịn lỗ đơi gây nhầm lẫn Ăn mòn lỗ thật vị trí ăn mịn lập hồn tồn, phần lớn kim loại xung quang không bị ảnh hưởng Đối với thép carbon, lỗ có khuynh hướng lớn lên theo hình bán cầu vài lỗ chồng lên tạo vùng ăn mịn lớn hình vỏ sị Đối với thép hợp kim chống ăn mòn, lỗ thường có đường kính nhỏ ăn sâu thường tạo thành cụm - Dạng Intergranular (nổi sần sùi) gặp thép carbon trừ có khơng đồng vị trí có mối hàn, thường gây sulphide nitrate, loại thép hợp kim nhạy cảm với loại ăn mòn - Ăn mòn kết hợp với ứng suất gây nứt gãy: dạng ăn mòn mở Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí rộng nguy hiểm, hạn chế ngăn chặn cách cẩn thận đắn việc lựa chọn vật liệu, lắp đặt vận hành Q trình ăn mịn diễn có kết hợp ứng suất xuất tình trạng đặc biệt mơi trường Thép đường ống bị nứt mơi trường chua (Hydrogen sulphide) đất có chứa nhiều carbonate Hợp kim chống ăn mịn bị nứt mơi trường chloride - Nổi bọt: xuất mơi trường chua, có cấu trúc kim loại không đồng thép, chủ yếu xảy bồn chứa Phản ứng ăn mịn giải phóng hydrogen ngun tử số xâm nhập vào cấu trúc thép, sau kết hợp tạo thành phân tử khí hydrogen Khí khơng thể nên tập trung lại tạo nên áp suất cao gây bọt xuất bề mặt - Ăn mịn mỏi: xảy đường ống Bất tạo thành ứng suất có tính chu kỳ trở nên nguy hiểm có diện tác nhân ăn mịn Mơi trường có sulphide đặc biệt nguy hiểm loại - Ăn mịn ngọt: Lý cần phải đánh giá ăn mòn hệ nhiều pha việc vận chuyển khí chưa xử lý, khí ẩm, khí-lỏng với hệ thống ống ngồi khơi Đặc biệt với việc phát triển hệ thống mỏ vệ tinh, loại khí khơng xử lý mà vận chuyển đến trung tâm xử lý riêng, bờ khơi Do yếu tố cần xem xét đường ống làm với loại thép carbon thường hay phải thiết kế với loại vật liệu chống ăn mòn đắt nhiều Ăn mòn chủ yếu dạng ăn mòn lỗ ăn mịn cục bộ, vị trí đáy đường ống chịu ảnh hưởng mạnh Bề mặt kim loại bao phủ lớp filmsiderite thường xuyên bị phá vỡ cục bộ, vị trí lớp film bị phá vỡ q trình ăn mịn diễn nhanh nhiều so với khu vực có lớp film ổn định Các yếu tố ảnh hưởng đến trình ăn mịn ngọt: - Lượng nước diện dầu, khí - Diện tích kim loại tiếp xúc với nước - Hiện diện H2S - Hàm lượng muối chlorite (hàm lượng muối lớn làm tăng tốc độ ăn mịn nhanh chóng bão hồ) Đối với hệ dầu - nước: Khi tỷ lệ nước dầu ít, vận tốc di chuyển Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí dầu đủ lớn, nước bị theo dịng chảy dầu khơng thấm ướt bề mặt thép nên khơng xảy q trình ăn mòn Khi vận tốc thấp giá trị định mức, nước dầu tách rời bắt đầu xảy ăn mịn.Vận tốc ướt tính dựa nhiều yếu tố sức căng bề mặt dầu nước, độ nhớt… phần lớn loại dầu thô, vận tốc khoảng 0,8m/s Lượng nước giới hạn mang theo dầu trước trở thành pha liên tục ước tính tuỳ theo loại chất dầu, khoảng 20-30% nước dầu khơng tạo q trình ăn mịn Đối với hệ khí - lỏng: Trên 60 0C diện CO2 dẫn đến hình thành lớp carbonate bảo vệ, ngăn chặn q trình ăn mịn tiếp diễn, nhiên lớp dễ bị xói mịn, tốc độ xói mòn thấp, thép tạo lớp carbonate khác để thay Tuy nhiên vận tốc xói mịn cao, lớp carbonate thay khơng hình thành kịp thời, q trình ăn mịn xảy ra, tượng gọi ăn mịn - xói mịn (erosion - corrosion) Từ kinh nghiệm thực tế, vận tốc dịng chảy đạt đến 20m/s, mức bắt đầu nguy hiểm, nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố gây nhiễu loại mối hàn, đoạn nối (join), gờ đoạn cong 2.2.Các nguyên nhân gây ăn mòn - Ăn mòn vật rắn đường ống: Sự diện chất rắn đường ống, đặc biệt kim lọai, có tác động lớn Do phá vỡ lớp siderite làm q trình ăn mịn diễn nhanh gây thủng lỗ vài tuần, q trình ăn mịn gọi ăn mịn-xói mịn Đối với dịng chảy cho trước, hư hỏng thấy rõ vị trí cong hay khu vực có dịng chảy rối cao Do việc kiểm tra mức độ cát dịng chảy tốc độ khác cần thiết Một lượng nhỏ cát khoảng 35lb /1000lbs bỏ qua, lượng cát lớn mức độ cần phải có biện pháp giảm thiểu Đối với đường ống dẫn khí, có mặt cát gây tốc độ ăn mịn tăng cao tính tốn tương tự - Ăn mòn chua: Ăn mòn chua xuất đường ống lưu chất chứa hydrogen sulphide, mức độ sulphide để đánh giá chua không định nghĩa xác thường chấp nhận áp suất riêng phần 0,05psi (0,34Kpa) Ăn mịn sulphide gây có dạng sau: + Ăn mòn lỗ từ lắng đọng cathod acid rắn Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí + Ăn mịn lỗ vị trí lớp filmsulphide bị phá vỡ + Nứt gãy ứng suất ăn mòn sulphide + Nứt gãy - tạo bọt áp suất hydro - Ăn mịn điểm: Sulphide rắn hình thành từ phản ứng lưu chất với sắt trình ăn mòn hay phản ứng với kim loại nặng lưu chất, chủ yếu sắt sulphide, magan sulphide (MnS) kẽm sulphide, sulphide rắn trở thành cực dương so với sắt hình thành q trình ăn mịn điện hố bám bề mặt Mỗi phân tử sắt sulphide có tính chất phá huỷ khối lượng định kim loại, sau hết số chúng trở nên hoạt động Điều giải thích phần dựa hấp thụ H2 vào mạng tinh thể sulphide, phần dựa hình thành hydroxyt bọc lớp sulphide Trong lưu chất chua có nồng độ kim loại nặng thấp, hydrogen sulphide phản ứng với kim loại bề mặt hình thành lớp sulphide Lớp film có tác dụng ngăn chặn ăn mịn tiếp tục kim loại bên trong, nhiên lớp film bị tróc để lộ kim loại, hình thành pin galvanic với cực âm phần kim loại bị lộ ra, cực dương toàn phần lớp film sulphide, làm tốc độ ăn mòn diễn nhanh, lớp film khơng có khả tạo thành Trong mơi truờng chua nhẹ, lớp film tạo thành từ hỗn hợp siderite sắt sulphide, phần % sắt sulphide hỗn hợp tăng dần nồng độ hydrogen sulphide tăng đạt 100% nồng độ hydrogen sulphide đạt 100ppm, nồng độ dạng ăn mòn khác nứt gãy hydrogen hay tạo bọt trở nên nghiêm trọng Khi nồng độ sulphide thấp có khả làm giảm ăn mòn tăng dẻo dai lớp siderite, khả bảo vệ đánh giá tốt nhiệt độ cao, nhiên điều khơng đáng tin cậy dẫn đến ăn mòn lỗ Những yếu tố ảnh hưởng đến ổn định lớp film bao gồm nồng độ muối, chu kỳ nhiệt độ cấu trúc kim loại Nứt ứng suất ăn mòn Hydrogen sulphide: Sulphide stress corrosion cracking (SSCC) dạng nứt ứng suất ăn mịn SSCC hình thành tác động làm dịn cứng kim loại hydro, kết hợp tác động ứng suất môi trường chua lên vật liệu cứng Vấn đề xảy acid phản ứng với kim loại giải phóng hydro bề mặt kim loại Hydro tạo thành theo bước sau: Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí - Khuếch tán ion đến bề mặt kim loại - Ion hydrogen nhận electron tạo thành nguyên tử hydrogen - Nguyên tử hydrogen xâm nhập vào bề mặt - Sự kết hợp nguyên tử hydrogen tạo thành phân tử hydro Những nguyên tử hydrogen xâm nhập vào thép tập trung chỗ trống thép, chỗ trống chỗ khuyết tật tinh thể kim loại Phần lớn lỗ trống xuất chỗ có ứng suất cao trượt lên nguyên tử kim loại Hydrogen xâm nhập làm thép trở nên cứng ngăn cản trình giải tỏa ứng suất Khi xuất cong - uốn cục bộ, ứng suất vượt giá trị chuẩn, thép trở nên dịn ứng suất lớn khơng giải tỏa theo mạng tinh thể kim loại Quá trình gãy chia thành hai giai đoạn: giai đoạn bắt đầu lan truyền rộng, hai giai đoạn khơng định lượng Q trình chuẩn mức độ hydrogen sulphide gây SSCC khoảng 0.05psia (áp suất riêng phần) Nứt gãy hydrogen: Đây dạng tạo thành bọt, cịn gọi q trình nứt gãy hydrogen, nứt bậc thang… Nguyên tử hydrogen khuyếch tán vào thép bị hấp phụ mangan sulphide thép Tại nguyên tử hydrogen kết hợp lại tạo thành phân tử, phân tử khơng thể ngồi, tập trung lại gây áp suất cao đủ để hình thành chổ nứt gây bên thép Những vết nứt nhỏ lớn dần lên nối lại với thành vết nứt lớn Một trình HIC diễn ra, SSCC thâm nhập vảo cấu trúc kim loại dẫn đến vết nứt lớn Đường ống bị ăn mịn dạng hoạt động đến hệ thống đường ống thay thế, nhiên hải giảm áp suất hoạt động để giảm thiểu tốc độ ăn mòn - Ăn mòn nước đường ống: Nước thường bơm vào mỏ dầu để bảo đảm áp suất, đồng thời hỗ trợ việc hướng dầu đến mỏ sản xuất Thành phần ăn mịn nước biển oxy, sử dụng nước ngầm khơng có oxy, nhiên có CO H2S dẫn đến ăn mịn hay ăn mòn chua phần Sản phẩm từ q trình ăn mịn thép thường nhiều bịt kín phần bơm nước vào mỏ, oxy loại bỏ khỏi nước nhằm giảm thiểu Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí trình ăn mịn Nếu mỏ có dư khí loại bỏ khí phương pháp tách khí (gas stripping) loại bỏ khí phương pháp học Đối với q trình dùng khí tách khí, nước khí cho chảy ngược chiều Phương pháp có hiệu cao việc loại bỏ oxy dẫn đến việc acid hoá nước carbondioxyt bị hấp phụ nhiều Trong biện pháp loại khí học, nước bơm vào áp suất chân không, trình hiệu so với phương pháp tách khí địi hỏi hỗ trợ xử lý hoá học (những chất tách oxy amonium bisulphide NH4HS) Nước biển thường tách khí để giảm thiểu oxy, nồng độ mong muốn từ 5-10ppb, nhiên mức thấp tốc độ ăn mòn diễn nhanh - Ăn mòn vi sinh vật: Đường ống dẫn dầu nước chịu ăn mịn từ q trình phát triển vi khuẩn khử sulphate (SRB: sulphate reducing bacteria) Loại vi khuẩn phát triển với nhiều loại vi khuẩn khác SRB loại vi khuẩn yếm khí, tận dụng nguồn acid béo có nước sử dụng oxy có gốc sulphate để oxi hố acid béo Những vi khuẩn kích thích hoạt động gốc sulphide làm tăng cường q trình ăn mịn sulphide Trong q trình phát triển vi khuẩn, pH mơi trường tăng cao sulphide kết hợp với nước tạo thành hydrogen sulphide, acid di chuyển tạo mơi trường acid nơi khác Do vi khuẩn phát triển nơi gây vấn đề nơi khác - Ăn mịn điện hố: Ăn mịn điện hóa tượng hố học có liên quan chặt chẽ đến kim loại, q trình ăn mịn xảy mơi trường điện ly, tức có diện nước nhũ tương dầu, nước muối… Ăn mịn điện hố xảy chủ yếu bề mặt bên đường ống Tại khu anot, kim loại sắt (Fe) nhường electron tan vào môi trường điện ly Electron chuyển đến khu vực cathod, kết hợp với tác nhân đó, ví dụ oxy, carbonic, hydrosulphide, acid hữu cơ.… Phản ứng anod: Phản ứng cathod: Fe – 2e → Fe2+ Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại O2 + 2H2O +2e → 4OH- Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN Phương pháp bảo vệ chống ăn mòn đường ống bao gồm: - Sử dụng vật liệu chống ăn mòn - Sử dụng chất ức chế chống ăn mòn - Bảo vệ lớp bao phủ - Bảo vệ cathod anod hy sinh Bảo vệ bề mặt bên thường dùng phương pháp bao phủ bảo vệ cathode hay anod, bên dùng chất ức chế hay bao phủ 3.1 Vật liệu chống ăn mòn Vật liệu chống ăn mòn bao gồm vật liệu phi kim hợp kim chống ăn mòn 3.1.1 Vật liệu phi kim: Vật liệu phi kim sử dụng nhiều hồn tồn khơng bị ăn mòn, nhiên ứng dụng hạn chế nhược điểm khoảng nhiệt độ áp suất hoạt động, khả chịu va chạm rung động Một loại vật liệu phi kim trước thường sử dụng là: GRE (Reinforced Epoxy) dạng plastic gia cường sợi thuỷ tinh, làm đường ống bờ với áp suất hoạt động thấp, chủ yếu ứng dụng cấp thoát nước 3.1.2 Hợp kim chống ăn mòn (CRAs): CRAs sử dụng thép carbon mangan không phù hợp để sử dụng, lý lưu chất vận chuyển ăn mòn thép carbon thường cho dù có biện pháp chống ăn mịn khác sử dụng chất ức chế hay lớp phủ thông thường Các CRAs sử dụng thay hoàn toàn bao phủ bề mặt ống Các loại CRAs thơng dụng gồm có: thép khơng rỉ duplex (duplex stainsless steel), hợp kim nickel, ống thép carbon mangan phủ thép không rỉ austenic số loại vật liệu khác titan hợp kim Thép khơng rỉ sản xuất thép carbon cách giảm bớt lượng carbon, thêm vào nguyên tố không rỉ nickel, chromium 3.1.3 Thép không rỉ martansiric: Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 10 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Được sử dụng chủ yếu ống vận chuyển dầu van, vật liệu sản xuất từ thép carbon mangan thêm 13% chromium, hàm lượng Carbon khoảng 0,15%, khả chống ăn mòn tốt, giá thành gấp lần thép carbon thông thường, độ bền nhiệt độ thấp khó hàn Loại thép thường xử lý nhiệt trước sử dụng để nâng cao tính, Kawasaki cải thiện cách thêm vào lượng nhỏ nickel, mangan molipden, tính chống ăn mịn khả hàn tăng lên rõ rệt 3.1.4 Thép không rỉ Austenic: Đây loại thép không nhiễm từ sử dụng chủ yếu nhà máy chế biến nhà máy khí, hàm lượng nguyên tố không rỉ cao từ 18%Cr, 8%nickel đến 27%Cr, 30%nickel 3% molipden, khả chống ăn mòn cao, nhiên dễ bị nứt gãy chịu ứng suất ăn mịn có mặt chlorine (nồng độ giới hạn chlorine khoảng 50-100ppm nhiệt độ 600C) Nó sử dụng chủ yếu làm lớp phủ bề mặt cho đường ống, bể chứa hay chi tiết nhỏ vật liệu thép carbon Thép không rỉ austenic nhạy cảm với nứt gãy, dễ hư hỏng diện rộng khả chống ăn mòn suy giảm Giá thành gấp lần thép carbon thông thường, dễ hàn Tuy nhiên cần tránh tượng carbin hoá mối hàn vùng xung quanh nhiệt độ cao làm giảm khả chống ăn mòn, tăng cường khả ổn định cách giảm hàm lượng carbon xuống khoảng 0,05% thêm số nguyên tố ổn định titan hay niobi 3.1.5 Thép không rỉ Duplex: Thành phần C: 0,03-0,05%; Cr:22-25%; Ni:5-6%; Mo:3-6%, giá thành gấp lần thép carbon thông thường, dạng thép gần hỗn hợp ferrite austenic, khả chống gỉ tốt, khả hàn độ bền cao thép austenic 3.1.6 Thép hợp kim cao nickel: Chi phí loại vật liệu tương đối cao so với loại khác, chủ yếu hàm lượng nguyên tố chống rỉ cao Hàm lượng sau: Ni: 28-56%; Cr: 21-22%; Fe: 5-22%; Mo: 3-9%; Cu 2%; Nb 4%; Ti 1% Khả chống ăn mòn tốt, thường thấy sử dụng việc sản xuất acid mạnh Đường ống vận chuyển khơi thường phủ lớp thép hợp kim cao, giá thành giảm tương đối, khoảng từ 7-10% thép carbon thơng thường 3.2 Lớp phủ chống ăn mịn Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 11 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Là phương pháp chống ăn mòn hữu hiệu nay, thông thường sử dụng kết hợp với biện pháp bảo vệ cathod Những đặc tính cần xem xét vật liệu làm lớp phủ là: Khả bám dính, mềm dẻo, điện trở, khả cách nhiệt, chống chịu tác động học, tính chất vật lý hố học ổn định, dễ sử dụng bền môi trường 3.2.1 Lớp phủ cho bề mặt ngoài: Vật liệu làm lớp phủ: Những loại vật liệu quan trọng dùng bao phủ bên ngồi như: - Nhựa đường nóng - PE PP - FBE - Bằng plastic - Asphal mastic - Epikote (một loại nhựa xuất phát từ than đá) Giới hạn nhiệt độ sử dụng loại vật liệu theo bảng 5.1: Bảng 5.1 Giới hạn nhiệt độ sử dụng loại vật liệu Loại vật liệu Nhiệt độ tối đa Nhựa đường 60 PE 65 PP * FBE 100** Băng plastic 60 Asphalt mastic 60 Epikote 80 *: Nhiệt độ giới hạn chưa shell thiết lập, lấy khoảng 1000C **: Chỉ điều kiện môi trường khô Trong điều kiện ẩm ướt, nhiệt độ nên lấy 750C Nhựa đường (hoặc nhựa than đá): Được sử dụng lâu trước đây, Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 12 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí dùng chủ yếu cho đường ống bị chơn lấp đường ống ngồi khơi, thường phủ trước vận chuyển lắp đặt Lớp phủ tạo thành cách cho nhựa đường nóng chảy tự bên ngồi ống, khơng cần lọc tạp chất kỹ càng, bề dày cần đạt 2,5mm cho đường ống bờ 5mm cho đường ống khơi Bên phủ lớp vải sợi thuỷ tinh để hạn chế tác động học đất đá trình lắp đặt Gần ứng dụng khuynh hướng sử dụng lớp phủ nhẹ mỏng PE, FBE cho đường ống bờ thay cho lớp phủ nặng nề nhựa đường Tuy nhiên đường ống khơi, lớp nhựa đường sử dụng rộng rãi bên lớp bọc bê tông PolyEtylen: loại vật liệu sử dụng rộng rãi nay, coi loại vật liệu bảo vệ bên tốt khoảng 10 -15 năm trở lại Bề dày lớp PE tuỳ thuộc vào đường kính ống, tham khảo theo bảng 5.2: Bảng 5.2: Bề dày tối thiểu lớp PE Đường kính ống (mm) Bề dày tối thiểu lớp PE(mm) Tiêu chuẩn Gia cường < 250 2.0 2.5 250-500 2.2 3.0 500-800 2.5 3.5 > 80 3.0 3.5 Quá trình phủ PE tiến hành theo hai cách: Bột PE phủ lên bề ống làm gia nhiệt trước đến khoảng 300 0C hay lớp PE nóng kéo phủ lên bề mặt làm gia nhiệt khoảng 120-1800C Trong phương pháp cần phải sử dụng chất bám dính ban đầu ví dụ (cao su butyl) PE khơng dính vào thép Trong hai phương pháp, để tăng cường gắn kết khả chống bong tróc, lóp mỏng FBE phủ lên trước lớp PE Lớp PE bền, chống tác động học trình vận chuyển, lắp đặt tốt, điện trở cao, nên làm giảm dòng bảo vệ cathod FBE (Fusion Boned Epoxy): Lớp băng epoxy mỏng bột epoxy sử dụng nhiều hệ thống đường ống, đặc biệt hệ thống Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 13 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí bờ, cho hệ thống có đường kính đến 1600mm, hoạt động nhiệt độ đến 1000C có nhiều tính chất vượt trội so với vật liệu khác Lớp phủ epoxy tạo cách dùng súng phun tĩnh điện, phun bột nhựa lên bề mặt ống làm gia nhiệt trước đến khoảng 230-240 0C Lớp phủ tạo thành mỏng, từ 350-450µm, bền, bám dính tốt vào thép, độ bền hố học cao, nhiên môi trường ẩm ướt, khả chịu nhiệt giảm sút, hoạt động tốt 750C Lớp phủ dễ bị hỏng va chạm với vật sắc nhọn, cần phải cẩn thận trước vận chuyển lắp đặt Nhưng va chạm không làm bong tróc khu vực xung quanh trám lại nhựa epoxy trường Bọc băng plastic: Kỹ thuật thực từ năm 1950 Có nhiều loại vật liệu plastic dạng băng bao gồm PVC, PE… có độ dày khác nhau, tự bám dính vào bề mặt cần phải có lớp trợ dính Phương pháp có nhiều ưu điểm dễ thực hiện, nhiên có nhược điểm lớn dễ bong tróc, đặc biệt điểm chồng lên Khi sử dụng với hệ thống bảo vệ cathod, nhược điểm làm giảm hiệu dòng bảo vệ nên ngày phương pháp bọc ống băng plastic khơng cịn áp dụng hệ thống dẫn dầu khí Lớp phủ asphalt mastic: Asphalt plastic, Somatic hỗn hợp asphalt, cát, bột đá vôi, bột đá sợi amiăng Lớp asphalt thực nhà máy với thiết bị phức tạp Hỗn hợp asphalt nung nóng phủ lên bề mặt ống làm sạch, làm thường dày, khoảng từ 12mm trở lên, nhằm điều khiển bề dày đường ống Sau phủ xong, asphalt không cần có lớp bọc bên ngồi trường hợp Lớp phủ asphalt thường chắc, nặng chống mòn tốt, chủ yếu áp dụng cho đường ống ngồi khơi, nơi ln cần tăng thêm trọng lượng Epikote: Nhựa Epikote loại nhựa có nguồn gốc từ than đá, sử dụng số trường hợp đường ống chôn lắp đường ống ngồi khơi Nó phủ làm nhiều lớp lên bề mặt ống làm sạch, lớp phủ có bề dày 400µm chịu nhiệt độ đến 80 0C, nhiên ngày người ta sử dụng lớp FBE có nhiều ưu điểm 3.2.2 Lớp phủ điểm nối: Trên đường ống thường có điểm rẽ nhánh, chỗ lắp đặt Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 14 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí thiết bị chuyên dùng Những vị trí thường bảo vệ kỹ để đảm bảo an toàn cho hệ thống Những loại vật liệu sau thường sử dụng: - PolyEtylen: Loại băng PE có khả co lại bị đốt nóng, chịu nhiệt độ đến khoảng 900C, đàn hồi tốt, bị cứng lão hố Nó phủ cách quấn xung quanh, sau sử dụng đuốc hơ nóng để co lại bám chắt vào bề mặt cần bao phủ Loại băng thường dùng để che phủ bên lớp FBE bao phủ bột PE - Phủ bột FBE bột PE: Thực cách làm bề mặt bên ngoài, gia nhiệt cho đường ống, sau phun lớp bột FBE, PE sử dụng dung dịch chúng, cuối bọc bên ngồi lớp băng PE nói - Băng cold-applied: Chủ yếu sử dụng cho đường ống ngồi khơi, quấn quanh mối hàn, sau phủ lên lớp asphalt mastic nóng 3.2.3 Lớp phủ bề mặt bên đường ống: Lớp phủ bên nhằm mục đích tạo rào ngăn cách lưu chất bề mặt kim loại, chống lại q trình ăn mịn sản phẩm có tính ăn mịn Lớp phủ bên thường lớp sơn epoxy, ngồi việc bảo vệ chống ăn mịn cịn nhằm mục đích giảm ma sát tạo cho bề mặt bên ống Quá trình sơn phủ bên diễn nhờ thiết bị gắn hai thoi Trước sơn phủ, bề mặt bên ống súc rửa dung dịch acid phù hợp, làm khơ Sau thoi di chuyển toàn bề mặt bên sơn phủ Quá trình sơn phủ kiểm tra camera gắn thoi 3.3 Sử dụng chất ức chế Chất ức chế hoá học sử dụng để giảm tốc độ ăn mịn Nó cho vào lưu chất vận chuyển phụ gia lớp sơn phủ đường ống Chất ức chế chia làm loại: - Chất ức chế chủ động: phản ứng với kim loại, tạo thành lớp film bảo vệ chống ăn mòn - Chất ức chế thụ động: Được hấp phụ vào bề mặt kim loại tạo thành bề mặt ngăn cản tiếp xúc kim loại với tác nhân ăn mòn - Các độ chất sinh học dùng để diệt vi sinh vật loại chất ức Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 15 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí chế nhằm làm giảm số lượng vi sinh vật hoạt động đường ống Chất ức chế đưa vào hệ thống theo đợt liên tục Biện pháp sử dụng chất ức chế khơng đảm bảo việc bảo vệ an tồn đường ống nên phải sử dụng với biện pháp bảo vệ khác 3.3.1 Chất ức chế chủ động: Chất ức chế loại thêm vào hệ thống với nồng độ thấp thường loại chất rắn tan hoàn toàn lưu chất vận chuyển Chúng phản ứng với kim loại tạo thành lờp film bảo vệ kim loại bên khơng bị ăn mịn Thông thường loại chất chứa gốc nitrite, chromate phosphate Các chất ức chế không sử dụng riêng lẽ mà thường phối hợp nhiều loại với nhau, kết hợp với việc sử dụng chất diệt khuẩn, biện pháp hiệu chỉnh pH làm tăng hiệu chất ức chế Chi phí cho việc sử dụng chất ức chế thường cao 3.3.2 Chất ức chế thụ động: Chất ức chế loại tạo thành lớp film bao phủ bề mặt kim loại, ngăn chặn phản ứng cathod anod, qua ngăn chặn khả ăn mòn Chất ức chế loại thường hợp chất cao phân tử, cấu tạo gồm hai phần: phần đầu mang nhóm hoạt động có khả hấp phụ vào bề mặt kim loại, phần đuôi mang nhóm hữu làm thành lớp ngăn cảng khuyếch tán tác nhân ăn mòn vào bề mặt kim loại Phần đầu thường gốc amin, alcihol, acid vòng mang N 2, sulphide phosphate Phần thường vịng thơm gốc acid béo Loại chất ức chế thường không hiệu có mặt oxy, nhiên hoạt động ngăn cản CO2 H2S tốt Chất ức chế thụ động hấp thu vào bề mặt kim loại tạo thành lớp film liên kết với liên kết vật lý, số lượng lớp film đủ dày để thấy Những lớp film thường bị bóc tạo thành liên tục Khi lựa chọn chất ức chế thụ động, người ta thường quan tâm đến yếu tố sau: - Tương thích với chất hố học dầu - Khơng tạo nhũ tương với nước hay dầu - Ổn định nhiệt Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 16 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí - Tạo kết tủa bám dính - Khơng gây nhiễm mơi trường: tất chất ức chế sau sử dụng điều thảy mơi trường, u cầu khả phân huỷ nhanh không gây ô nhiễm môi trường cần thiết - Giá khả cung cấp 3.3.3 Chất diệt vi sinh Chất diệt vi sinh vật sử dụng nhằm hạn chế phát triển vi khuẩn khử sulphate (sulphate reducing - SRB) Chất cho vào đợt sử dụng mức vi khuẩn đường ống khoảng 10 3/ml Chất diệt khuẩn thường kết hợp với chất ức hế tiến hành 3.4 Phương pháp bảo vệ Cathod Phương pháp bảo vệ cathod sử dụng bảo vệ bề mặt phía ngồi đường ống, chủ yếu để đảm bảo ngăn chặn trình ăn mịn điện hố xảy điểm lớp bọc bị hư hỏng Quá trình bảo vệ thực cách cung cấp dòng điện chiều chạy dọc theo đường ống nối đường ống với kim loại khác tạo thành cặp pin điện Hình 5.1 Sơ đồ nguyên tắc bảo vệ ống Cathod 1: Anod 2: Cathod 3: Dây dẫn có bọc cách điện 4: Nguồn điện Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 17 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí * Nguyên lý phương pháp bảo vệ Cathod Khi kim loại nằm mơi trường điện ly (nước, đất…) dễ dàng bị ăn mịn theo chế ăn mịn điện hố Ăn mịn điện hố xảy phản ứng diễn bề mặt kim loại tác nhân làm di chuyển electron từ kim loại vào môi trường điện ly Ví dụ: O2 + 4e+ H2O → 4OHĐể tạo electron, nguyên tử kim loại tạo thành ion dương tan vào mơi trường điện ly Ví dụ: Fe – 2e → Fe2+ Từ đó, q trình ăn mịn diễn Hệ thống bảo vệ cathod cung cấp nguồn electron thay thế, ngăn chặn phản ứng tạo electron kim loại q trình ăn mịn Nguồn cung cấp electron nguồn ngồi nguồn tạo thành từ cặp pin galvanic thép kim loại khác mạnh thép Mg, Zn… Sự phức tạp phương pháp chỗ phải cung cấp đủ electron, không dư, tất khu vực cần bảo vệ Thế điện cực kim loại cung cấp thơng tin mức độ bảo hồ kim loại với electron lượng electron tăng lên vượt mức bão hoà, điện cực kim loại tạo nên âm có tính khử mạnh Trong đất trầm tích có vi khuẩn khử sulphate, hoạt động vi khuẩn làm phức tạp thêm tính chất nhiệt động kim loại Lớp sulphide tạo thành hoạt động vi khuẩn trở thành cathod sắt, cần nhiều electron để bảo vệ Trong thực tế phát có hoạt động vi khuẩn SRB điện bảo vệ cần tăng thêm –100mV Hệ thống bảo vệ cathod áp dụng đường ống khơng có lớp bọc, nhiên chi phí đắt Hệ thống đường ống thực tế bao phủ hoàn toàn, hệ thống bảo vệ cathod đảm bảo không bị ăn mòn chỗ hư hỏng lớp bọc Đối với hệ thống, lớp bọc tuyệt đối tốt, cường độ dòng bảo vệ Tuy nhiên thực tế đường ống cần cường độ dòng bảo vệ khoảng 100-200mA lên 50A cho hệ thống hoạt động lâu năm Đối với đường ống bờ, dòng điện thường cung cấp máy phát từ lưới điện, qua chuyển đổi thành dòng chiều qua thiết bị gọi T/R Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 18 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Đối với đường ống ngồi khơi, khơng thể cung cấp dịng điện, đường ống bảo vệ anod hy sinh Những anod chôn khoảng cách cố định với nối với đường ống dây dẫn Vật liệu làm anod thường Mg Zn… gần nhôm sử dụng nhiều Ăn Mòn Và Bảo Vệ Kim Loại 19 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí KẾT LUẬN Tác hại ăn mịn đường ống vấn đề phức tạp.việc bảo vệ cho hệ thống tránh thiệt hại đáng tiếc xảy cần thiết, để xảy cố gây thiệt hại kinh tế mà cịn nhiểm mơi trường vơ lớn Trong tiểu luận nhóm giới hạn việc tìm ngun nhân cách chống ăn mịn đặc trưng Rất mong có đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn cô, đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo, thạc sĩ Nguyễn Thị Thanh Châu- người hướng dẫn nhóm tận tình để hồn thành tiểu luận Ăn Mịn Và Bảo Vệ Kim Loại 20 Th.S Nguyễn Thị Thanh Châu