ĂN mòn và bảo vệ CÔNG TRÌNH KIM LOẠI

PHẦN II. ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ CÔNG TRÌNH KIM LOẠI PHẦN II. 1. CƠ SỞ LÝ THUYÊT ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI Có nhiều loại vật liệu làm điện cực anôt hy sinh, mỗi loại có một số ¬ưu nhược điểm trong từng môi tr¬ường nhất định. Các loại vật liệu điện cực anôt hy sinh thường dùng là hợp kim trên cơ sở Al, Mg, Zn. Các kim loại và hợp kim có điện thế âm hơn kim loại cần bảo vệ trong cùng môi tr¬ường đều có khả năng làm vật liệu anốt hy sinh. Tùy theo vật liệu công trình cần bảo vệ mà có thể lựa chọn đ¬ược các loại vật liệu anôt hy sinh thích hợp. Chương 14. CHÔNG ĂN MÒN CÔNG TRÌNH KIM LOẠI TRONG CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT DẦU KHÍ Trong công nghiệp dầu khí có nhiều công trình, thiết bị làm việc trong các môi trường khác nhau. Để bảo vệ đường ống bể chứa có thể phân ra bảo vệ bề mặt phía bên trong và bảo vệ bề mặt bên ngoài công trình. Bề mặt phía bên trong luôn tiếp xúc với sản phẩm dầu, khí. dung dịch.... của hệ thống công nghệ, cho nên việc bảo vệ khá phức tạp. Đối với bồn bể chứa thì ở phần đáy bồn bể, khoang tàu luôn có lượng nước lắng, trong đó chứa một lượng lớc các chất gây ăn mòn rất mạnh. Phần bề mặt tiếp xúc với sản phẩm dầu, khí khô thì tốc độ ăn mòn thấp hơn. Có thể tạo lớp phủ bảo vệ và dùng chất ức chế chống ăn mòn kim loại. Bề mặt bên ngoài công trình tiếp xúc với môi trường nước, đất, bê tông có điện trở và độ ăn mòn khác nhau. Vì vậy khi bảo vệ phía ngoài đường ống, bể chứa thì thường dùng bọc phủ cách ly kết hợp với bảo vệ catôt. Các thiết bị phản ứng trong dây chuyền công nghệ luôn tiếp xúc với hóa chất gây ăn mòn rất nhanh. Có thể dùng các phương pháp kết hợp sơn phủ, chất ức chế ăn mòn hoặc là bảo vệ điện hóa. Để bảo đảm khả năng chống ăn mòn công trình, đường ống lớp bọc phải có tính chất sau đây: là chất cách điện; lớp bọc kín liên tục; là chất bền hoá học khi bị tác động của môi trường; có độ bền cơ học trong quá trình vận chuyển, thi công; Không chứa các thành phần gây ăn mòn công trình; có độ bám dính tốt với bề mặt kim loại. 14.1. Tạo lớp phủ tăng cường trên bề mặt công trình kim loại Phương pháp này dùng lớp phủ nên bề mặt kim loại nhằm ngăn cách kim loại với môi trường xâm thực. Lớp cách ly thường được dùng bằng vật liệu bền ăn mòn. Bề mặt kim loại phải được phủ kín hoàn toàn là lớp cách ly, hoặc là không thấm nước. Có thể bổ sung chất ức chế để tăng khả năng chống ăn mòn của màng. Yêu cầu lớp bọc phủ cách ly: • Màng có tính hấp phụ nước kém • Bền hoá, không bị phân huỷ theo thời gian • Màng có điện trở chuyển tiếp, tính cách điện cao, điện trở từ 106 – 108 .m2 • Màng có độ dính bám tốt trên bề mặt kim loại nền • Tạo độ đặc sít cao, độ bền cơ lý tốt • Không chứa những thành phần ảnh hưởng xấu đến nền kim loại • Trong quá trình sản xuất và sử dụng, không gây độc hại cho môi sinh. Lớp bọc phủ cách ly bằng Bitum nhựa đường Quy trình bọc: Nguyên liệu dùng để bọc cần đảm bảo tiêu chuẩn bọc lót, được bảo quản cẩn thận, không bị ẩm ướt, không chứa các chất bẩn. Nhựa đường bitum, giấy Brizon, giấy Crap, bột cao su, dung môi, phụ gia, sơn lót... Các thiết bị, dụng cụ cần thiết cho công nghệ bọc lót. Xử lý bề mặt công trình kim loại trước khi bọc: Trước khi sơn lót nhựa đường , cần phải xử lý bề mặt bằng cơ học, hoá học, làm sạch và để nơi khô ráo. Sơn lót nhựa đường phải được làm ngay sau khi xử lý bề mặt để tránh bề mặt bị bẩn, bị oxy hoá. Lớp sơn lót phải đều đặn, không bị vón cục, không bi bỏ sót, độ dày lớp lót khoảng 0,10,2 mm. Khi sơn lót khô thì phải bọc nhựa đường ngay, không nên để lâu quá mới bọc. Nhựa đường bitum (khoảng 23kgcục) được xếp vào khoảng ¾ thể tích thùng, đun nóng chảy ( khoảng 160180 0C), khuấy đều , đun trong khoảng 15 20 phút, bổ sung tiếp rồi đun tan chảy cho đến lúc hết bọt nổi lên. Sau đó cho chất độn vào khuấy thật đều và đun đến khi hết bọt. Trong quá trình làm không được để nước bắn vào thùng nhựa đường đang sôi. Dụng cụ khuấy rót phải khô ráo, sạch sẽ. Không được đun nhựa đường quá 2000C, vì ở trên khoảng nhiệt độ này nhựa đường thay đổi tính chất. Khi có khói vàng bay lên tức là nhựa đã biến chất sắp bốc cháy. Trong trường hợp đó phải đậy vung, tắt lửa. Tuyệt đối không được dùng nước để dập lửa. Tiến hành bọc: bọc gối mép giấy vải lên nhau, vòng sau gối lên vòng trước khoảng 20mm, không để hở. Vải bọc phải giữ phẳng, không để vải bọc nhăn nheo hoặc trồi ra ngoài mép gấp. Sau khi bọc xong thì bề mặt phải nhẵn, bóng đều. Sản xuất Mactin nhựa đường: Trong thực tế có thể tự chế tạo Mactin nhựa đường: Đun nhựa đường đến 160 – 1800C đến khi hết hơi nước không còn sủi bọt. Bổ sung bột cao su khoảng 510% khối lượng. Sau đó khuấy đều, tiếp tục đun đến khi bột cao su tan đều, trong khối nhựa đường không còn bọt thì thôi đun. Trong công nghiệp thì sơn lót nhựa đường đã có sẵn, nhưng cũng có thể tự chế tạo sơn lót.

PHẦN II ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ CÔNG TRÌNH KIM LOẠI

PHẦN II 1 CƠ SỞ LÝ THUYÊT ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI

Có nhiều loại vật liệu làm điện cực anôt hy sinh, mỗi loại có một số ưu nhượcđiểm trong từng môi trường nhất định Các loại vật liệu điện cực anôt hy sinhthường dùng là hợp kim trên cơ sở Al, Mg, Zn Các kim loại và hợp kim có điện thế

âm hơn kim loại cần bảo vệ trong cùng môi trường đều có khả năng làm vật liệuanốt hy sinh Tùy theo vật liệu công trình cần bảo vệ mà có thể lựa chọn được cácloại vật liệu anôt hy sinh thích hợp

Chương 14 CHÔNG ĂN MÒN CÔNG TRÌNH KIM LOẠI TRONG CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Trong công nghiệp dầu khí có nhiều công trình, thiết bị làm việc trong cácmôi trường khác nhau

Để bảo vệ đường ống bể chứa có thể phân ra bảo vệ bề mặt phía bên trong và bảo

vệ bề mặt bên ngoài công trình

- Bề mặt phía bên trong luôn tiếp xúc với sản phẩm dầu, khí dung dịch của

hệ thống công nghệ, cho nên việc bảo vệ khá phức tạp Đối với bồn bể chứa thì ởphần đáy bồn bể, khoang tàu luôn có lượng nước lắng, trong đó chứa một lượng lớccác chất gây ăn mòn rất mạnh

Phần bề mặt tiếp xúc với sản phẩm dầu, khí khô thì tốc độ ăn mòn thấp hơn Cóthể tạo lớp phủ bảo vệ và dùng chất ức chế chống ăn mòn kim loại

- Bề mặt bên ngoài công trình tiếp xúc với môi trường nước, đất, bê tông cóđiện trở và độ ăn mòn khác nhau Vì vậy khi bảo vệ phía ngoài đường ống, bể chứathì thường dùng bọc phủ cách ly kết hợp với bảo vệ catôt

- Các thiết bị phản ứng trong dây chuyền công nghệ luôn tiếp xúc với hóachất gây ăn mòn rất nhanh Có thể dùng các phương pháp kết hợp sơn phủ, chất ứcchế ăn mòn hoặc là bảo vệ điện hóa

Để bảo đảm khả năng chống ăn mòn công trình, đường ống lớp bọc phải cótính chất sau đây: là chất cách điện; lớp bọc kín liên tục; là chất bền hoá học khi bịtác động của môi trường; có độ bền cơ học trong quá trình vận chuyển, thi công;Không chứa các thành phần gây ăn mòn công trình; có độ bám dính tốt với bề mặtkim loại

14.1 Tạo lớp phủ tăng cường trên bề mặt công trình kim loại

Phương pháp này dùng lớp phủ nên bề mặt kim loại nhằm ngăn cách kim loạivới môi trường xâm thực Lớp cách ly thường được dùng bằng vật liệu bền ăn mòn

Bề mặt kim loại phải được phủ kín hoàn toàn là lớp cách ly, hoặc là không thấmnước Có thể bổ sung chất ức chế để tăng khả năng chống ăn mòn của màng

Yêu cầu lớp bọc phủ cách ly:

• Màng có tính hấp phụ nước kém

• Bền hoá, không bị phân huỷ theo thời gian

• Màng có điện trở chuyển tiếp, tính cách điện cao, điện trở từ 106 – 108 Ω.m2

• Màng có độ dính bám tốt trên bề mặt kim loại nền

• Tạo độ đặc sít cao, độ bền cơ lý tốt

• Không chứa những thành phần ảnh hưởng xấu đến nền kim loại

• Trong quá trình sản xuất và sử dụng, không gây độc hại cho môi sinh

* Lớp bọc phủ cách ly bằng Bitum nhựa đường

- Trong quá trình làm không được để nước bắn vào thùng nhựa đường đangsôi Dụng cụ khuấy rót phải khô ráo, sạch sẽ

- Không được đun nhựa đường quá 2000C, vì ở trên khoảng nhiệt độ nàynhựa đường thay đổi tính chất Khi có khói vàng bay lên tức là nhựa đã biến chấtsắp bốc cháy Trong trường hợp đó phải đậy vung, tắt lửa Tuyệt đối không đượcdùng nước để dập lửa

- Tiến hành bọc: bọc gối mép giấy vải lên nhau, vòng sau gối lên vòng trướckhoảng 20mm, không để hở Vải bọc phải giữ phẳng, không để vải bọc nhăn nheohoặc trồi ra ngoài mép gấp

- Sau khi bọc xong thì bề mặt phải nhẵn, bóng đều

* Sản xuất Mactin nhựa đường:

Trong thực tế có thể tự chế tạo Mactin nhựa đường: Đun nhựa đường đến

160 – 1800C đến khi hết hơi nước không còn sủi bọt Bổ sung bột cao su khoảng 10% khối lượng Sau đó khuấy đều, tiếp tục đun đến khi bột cao su tan đều, trongkhối nhựa đường không còn bọt thì thôi đun

5-Trong công nghiệp thì sơn lót nhựa đường đã có sẵn, nhưng cũng có thể tự chế tạo

* Sản xuất sơn lót:

Đun nhựa đường đến 160 – 1800C đến khi hết hơi nước, không còn nhìn thấysủi bọt; để nguội đến 60 – 650C rồi pha xăng (xăng không có chì) Tỷ lệ khoảng 3phần sơn nóng, 1 phần xăng, tuỳ theo yêu cầu loãng hay đặc; sau đó khuấy thật đềuthì được loại sơn lót chất lượng cao

Chú ý khi sản xuất loại sơn bằng phương pháp này phải luôn tuân thủ quy trình điềulệnh phòng chống chay nổ, an toàn lao động

* Lớp sơn phủ Epoxy:

Lớp sơn phủ Epoxy thường được chế tạo từ nhựa Epoxy, chất đóng rắn và

các phụ gia tăng cường tính bền, chống ăn mòn của vật liệu Lớp phủ Epoxy có khảnăng cách ly bảo vệ nền rất tốt, nó đáp ứng được yêu cầu của lớp sơn phủ Có thểphủ lớp epoxy compozit sẽ có độ bền khá cao Loại màng phủ này được dùng nhiềucho các công trình biển và công nghiệp hoá chất dầu khí

Khi sử dụng lớp phủ Epoxy phải tuyệt đối tuân thủ quy trình hướng dẫn sử dụngcủa nhà sản xuất, phải xử lý bề mặt nền thật sạch, khô ráo

* Phương pháp tạo màng sơn phủ bảo vệ

Ngoài các lớp phủ bọc tăng cường thì các màng sơn có tác dụng bảo vệ thiết

bị khá tốt trong một thời gian nhất định Các loại sơn dùng bảo vệ công trình phảituân theo chỉ định của nhà thiết kế

Yêu cầu quá trình tạo thành lớp sơn phủ cách ly

- Lớp sơn phủ nền phải mỏng nhằm cho lớp sau dễ hoà đồng lên lớp trước vàbám chắc trên bề mặt kim loại

- Lớp sơn lót nhằm mục đích làm phẳng bề mặt nền kim loại nên cần phảiđược quét đều, mỏng

- Lớp sơn phủ nhằm tăng chiều dày màng sơn và là lớp bảo vệ trang trí

- Khi lớp sơn quét trước khô mới được quét lớp tiếp theo sau để không cóhiện tượng dồn lớp sơn

- Làm khô màng sơn: Có thể làm khô tự nhiên, thông thoáng gió hoặc có thểlàm khô cưỡng bức, sấy nhẹ hoặc bằng chất đóng rắn

- Khi sơn chưa thật khô tuyệt đối không để va chạm cơ học, không ướt nước,không làm nóng lạnh đột ngột

Chọn màu sơn:

Thông thường các màu tối hay dùng để sơn các công trình ngầm ( màu đencủa sơn bitum nhựa đường) Các loại đường ống công nghệ sơn màu xanh, màughi Những màu sáng, phản quang hay được dùng cho sơn trang trí hoặc biển báotheo quy định của từng lĩnh vực

Tuỳ thuộc vào từng loại sơn mà ta chọn phương pháp sơn thích hợp Cácphương pháp hay dùng phổ biến là quét, lăn, phun

Một số loại sơn thường dùng: sơn Bitum; sơn Epoxy; sơn chống rỉ, sơn thiênnhiên; sơn alkyl; sơn Clovinyl; sơn Arilat; sơn chống hà; sơn chịu nhiệt; Sơn cáchđiện; sơn chịu axit; và nhiều loại sơn khác nhau trong công nghiệp

14.2 Chống ăn mòn bằng chất ức chế

Trong công nghiệp dầu khí, hóa chất chất ức chế ăn mòn được sử dụng khánhiều nó là phương pháp có hiệu quả cao và tốt nhất khi các đphương pháp kháckhông thể sử dụng được Các thiết bị bị phản ứng , chưng cất, cô đặc, truyền nhiệtkhông thể dùng sơn chống ăn mòn Môi trường khí, đường ống công nghệ chuyểntải sản phẩm dầu khí, hóa chất, dung dịch khoan, dầu mỡ bôi trơn

- Với hệ thống làm mát tuần hoàn thì dùng chất ức chế ăn mòn khá thuận tiện, kinh

tế và hiệu quả cao Trên thế giới sử dụng rất nhiều và đã có quy chuẩn

Bảo vệ kim loại bằng chất ức chế ăn mòn là phương pháp không thể thiếu trongcông nghiệp dầu khí, hóa chất Tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam thì hầu hết nhập chất

ức chế ăn mòn kim loại từ các hãng của nước ngoài; nó được dùng như là một hóachất thông dụng khác trong ngành dầu khí hóa chất

* Một số chất ức chế ăn mòn trong CN dầu khí

Có nhiều loại chất ức chế dùng trong công nghiệp khai thác, chế biến , chuyển tải ,lưu trữ sản phẩm dầu khí ( Tham khảo thêm các chất ức chế ăn mòn kim loại trongcông nghiệp dầu khí NACE )

Piridine, alkyl derivs, acetates 1-10%

* Một số chất ức chế cho môi trường nước trung tính, lò hơi, tháp giải nhiệt.

- Amino trimethylene phosphonic acid , dùng chống cáu cặn, gỉ cho việc xử lý tháp giải nhiệt và lò hơi

- BTA: 1,2,3 Benzotriazole - Chống ăn mòn bề mặt kim loại

- HEDP – Hydroxyethylidene – 1,1-Diphospphonic acid Kiểm soát rỉ- chống ăn mòn trong tháp giải nhiệt và lò hơi

- Carboxylate/sulfonate/nonioni-c funtional terpolymer ;Ức chế ăn mòn, phân tán chất cáu cặn trong lò hơi và tháp giải nhiệt

- Polyacrylic acid; Kiểm soát ăn mòn và chống cáu cặn trong hệ thống lò hơi, tháp giải nhiệt và hệ thống nước công nghiệp

- Nitrite、Chống cáu cặn, ăn mòn ở hệ thống kín tháp giải nhiệt

14.3 Bảo vệ điện hóa công trình kim loại trong công nghiệp

Trong công nghiệp dầu khí người ta dùng nhiều phương pháp bảo vệ bảo vệcông trình Sau đây là một số các phương pháp được dùng

Bảo vệ catốt là phương pháp dễ dàng thực hiện, nó không gây nguy hiểm chocông trình cho nên phương pháp này được sử dụng từ lâu và khá rộng rãi trong cácngành công nghiệp Bảo vệ điện hoá có tác dụng cao đối với các công trình bị ănmòn do dòng điện rò, Nó có thể bảo hệ hoàn toàn công trình ngầm trong thời giandài mà phương pháp sơn phủ cách ly không thể đáp ứng được

Thông số kỹ thuật bảo vệ điện hóa công trình công nghiệp:

- Điện thế bảo vệ: Điện thế bảo vệ là điện thế của công trình cần bảo vệ mà tại

đó công trình hoàn toàn không bị ăn mòn trong môi trường xâm thực

Điện thế bảo vệ của thép trong môi trường nước biển là âm 0,85V so với điệncực Cu/CuSO4

Điện thế bảo vệ phụ thuộc vào bản chất công trình kim loại và môi trườngxung quanh công trình cần bảo vệ ( tham khảo bảng số liệu điện thế bảo vệ)

- Dòng điện bảo vệ, mật độ dòng điện bảo vệ: là mật độ dòng điện bảo vệ

công trình kim loại trong môi trường xâm thực

Mật độ dòng điện bảo vệ phụ thuộc vào trạng thái bề mặt công trình ( lớp sơnphủ, sơn mới hay cũ, môi trường xâm thực , dòng chảy, nhiệt độ, khôngsơn Tham khảo bảng số liệu mật độ dòng bảo vệ)

Phương pháp bảo vệ anốt:

- Điều kiện bảo vệ anốt: Bảo vệ anốt chỉ thực hiện được đối với kim loại có khả

năng tạo màng thụ động trong môi trường ăn mòn Ví dụ thép không gỉ trong môitrường axit

Hệ thống bảo vệ anốt thiết bị làm lạnh axit:

- Kim loại cần bảo vệ (Anôt): bề mặt bên trong thiết bị thép 316, phần ngập axit.Anốt được nối với cực dương của nguồn điện một chiều

- Điện cực catốt: làm bằng vật liệu đặc biệt dùng cho bảo vệ anốt Điện cực catốtđược nối với cực âm của nguồn điện một chiều

- Điện cực so sánh: là thiết bị điện hoá để đo điện thế của công trình cần bảo vệ vàđiều khiển hệ thống bảo vệ

- Trạm Anốt: Là thiết bị chuyên dụng cấp nguồn điện một chiều cho hệ thống bảo

vệ Nguồn điện xoay chiều cấp vào 220 V , nguồn điện một chiều ra 10V,

0,5-50 A

- Hệ thống điều khiển, cáp dẫn, và các phụ kiện

- Hệ thống điều khiển: Thu nhận xử lý tín hiệu, điều khiển thông số kỹ thuật của hệthống trạm bảo vệ anốt

- Hệ thống cáp dẫn: Cáp để nối mạch và điều khiển hệ thống bảo vệ anốt hoạt động:

• Cáp anốt,

• cáp catốt,

• Môi trường axit ngập chìm trong thiết bị Môi trường axit có nồng độ93-98% nhiệt độ khoảng 450C , 700C ; 1200C tuỳ theo nhiệt độ vào, racủa thiết bị làm lạnh Ngoài nồng độ và nhiệt độ thì việc ngập chìm củaaxit phải luôn được đảm bảo.

• Hệ thống điều khiển: Với các tín hiệu được đưa đến từ điện cực sosánh, trạm anốt thì hệ thống điều khiển xử lý nhằm giữ cho trạm anốtphân cực công trình thép 316 vào vùng thụ động Tại vùng này thì dòng

ăn mòn của thép nhỏ nhất

• Trạm Anốt: Trạm Anốt cung cấp nguồn điện một chiều để phân cựcanốt công trình cần bảo vệ Giá trị điện thế phân cực nằm trong vùng mà bề mặtthép ở trạng thái thụ động với một khoảng an toàn Vượt ra ngoài khoảng điện thếthụ động thì thép sẽ không được bảo vệ, mà ngược lại sẽ làm tăng độ hoà tan củathép

Yêu cầu kỹ thuật của điện cực catốt dùng trong bảo vệ Anốt

- Độ bền hóa, bền cơ cao, cấu trúc đồng đều

hệ thống trạm anốt sẽ kéo theo các thay đổi khác

Phương pháp này có yêu cầu kỹ thuật rất cao, nếu có sơ suất nhỏ, thiếu chuẩn xác thì công trình bị phá huỷ nhanh gấp rất nhiều lần, bởi vậy phương pháp này vẫn hạn chế dùng trong công nghiệp Tuy nhiên trong sản xuất hóa chất phân bón thì các phương pháp khác không thể đạt yêu cầu nên vẫn cần phải dùng nó là

*Phương pháp bảo vệ catốt

Phương pháp bảo vệ catốt được tiến hành bằng cách nối một kim loại có điệnthế âm hơn điện thế công trình ( protectơ) hoặc là nối công trình cần bảo vệ với cực

âm của nguồn điện một chiều (bảo vệ bằng trạm catốt)

Phần lớn các công trình thiết bị công nghiệp đều làm bằng vật liệu thép, để

bảo vệ catốt thép thì điện thế bảo vệ tối thiểu của công trình phải đạt âm 0,85V so

với điện cực Cu/CuSO4, tuỳ thuộc vào môi trường mà điện thế bảo vệ dịch chuyển

về phía đủ âm để có hiệu quả cao

* Điều kiện để dùng phương pháp điện hóa chống ăn mòn công trình ngầm:

- Công trình phải ngập chìm trong môi trường chất điện ly ( nước biển, nướcngọt, đất, môi trường hóa chất, bêtông,… )

- Công trình cần bảo vệ phải độc lập, không nối với các công trình khác ( có thểcách ly về điện khi bảo vệ catôt)

- Không dùng để bảo vệ trong môi trường có độ axit ( pH thấp)

- Đối với trạm catốt thì không được dùng trong môi trường có khả năng cháy

nổ, môi trường nhiệt độ cao

- Phải có đủ nguồn điện cung cấp thường xuyên, ổn định cho trạm catôt

Một số thông số bảo vệ cần thiết của vật liệu trong các môi trường được trình bày ở các bảng sau đây

Bảng Điện thế bảo vệ tối thiểu của một số kim loại trong các môi trường khác nhau

Vật liệu Môi trường Điện thế bảo vệ

Nước trung tínhNước biểnNước nóng chứa Cl-Nước trung tínhNước trung tính trongbêtông mặn

0,850,950,100,300,181,28

0,75 ->0,95

Bảng … Giá trị mật độ dòng bảo vệ cần thiêt của một số vật liệu kim loại trong các môi trường

Nước biển tĩnh không sơn chưa có cặn lắng

Nước biển tĩnh, không sơn, có cặn lắng

Nước biển động, không sơn, có hà, cặn

Trong đất, bọc atphan, sau 10 năm

0,04 -> 0,070,0001 -> 0,0010,5 -> 1,0

0,05 -> 0,100,03 -> 0,30,001 -> 0,004

Bảng Một số loại vật liệu dùng làm điện cực anốt trong kỹ thuật điện hóa

Vật liệu Tổn thất khối lượng,

( kg/Anăm) Môi Trường

Ta hoặc Nb mạ Pt 8.10-6 chất điện ly, Biển

- Hệ thống cáp dẫn: Cáp anôt, cáp catốt, dây tiếp địa Cáp điện là loại chịunước, chịu môi trường xâm thực theo quy chuẩn ngành điện.

- Hệ thống điện cực anôt ( Anode): Điện cực anốt có thể đặt thành chùm hoặcđơn chiếc Điện cực có thể đặt trong chất bọc hoặc không có chất bọc tùy theo môitrường và thiết kế ( xemphụ lục )

- Chất bọc điện cực anôt: nhằm tạo môi trường xung quanh điện cực, tạo chođiện cực làm việc ổn định trong thời gian dài Nó chỉ dùng khi bảo vệ công trìnhtrong môi trường đất

- Điện cực so sánh ( Reference Electrode): có thể dùng loại khác nhau, thôngthường người ta hay dùng điện cực Cu/CuSO4 , bởi vì nó làm việc ổn định hơn cácloại điện cực khác

- Các phụ kiện cho điện cực anôt: Cọc chống giữ điện cực anôt, vành định vịđiện cực; ống thông khí; lớp lót đệm

- Hộp kiểm tra, hộp nối,

Tuỳ theo đặc điểm công trình, bản chất vật liệu và môi trường mà thiết kếhợp lý phương pháp bảo vệ catốt và lựa chọn giải pháp thi công để có hiệu quả cao Đối với những công trình ngầm như dàn khoan, cầu cảng, kho chứa đườngống thì bắt buộc phải bảo vệ bằng phương pháp điện hoá, nó là phương phápkhông thể thiếu trong việc bảo vệ công trình công nghiệp

Như vậy khi dùng phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài thì cầnnghiên cứu tính toán trạm catốt, hệ thống cáp dẫn, hộp nối, hệ thống đo, điện cựcanôt, chất bọc điện cực, hệ thống cách điện, tiếp điện

14.3.2 Phương pháp bảo vệ bằng thiết bị protector (anốt hy sinh- Sacrificial

anode).

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ công trình bằng protec tơ

Hình …… Sơ đồ nguyên lý bảo vệ công trình bằng Protector

Các công trình thiết bị trong công nghiệp dầu khí luôn làm việc trong môitrường xâm thực, dễ cháy nổ nên người ta đã sử dụng thiết protectơ chống ăn mòncông trình kim loại từ rât lâu Vật liệu Protectơ thường dùng là các hợp kim Nhôm,Kẽm, Magiê

- Protectơ magiê dễ cháy nổ nên không được dùng trực tiếp vào trong lòngbồn, bể chứa xăng dầu mà chỉ dung protectơ Nhôm hoặc Kẽm Protectơ Magiê cóđiện thế âmlớn, dòng điện tự sản lớn, hiệu suất sử dụng thấp, it thụ động nên đượcdùng cho những môi trường có điện trở lớn

- Protectơ kẽm có điện thế, dòng điện và dung lượng nhỏ, hay thụ động khinhiệt đọ tăng, tỷ trọng lớn, hiệu quả bảo vệ không cao nên chỉ nên dùng trong nhữngtrường hợp đặc biệt cần thiết

- Protectơ nhôm có điện thế khá âm, dòng điện, dung lượng sản dòng lớn ít bịthụ động trong nước biển nên được dùng khá rộng rãi trông môi trường biển

Thiết bị protectơ rất đa dạng, nó được chế tạo với khối lượng kích thước vàhình dạng khác nhau tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật ( xem phụ lục) Khối lượng của nó cóthể thay đổi từ 100 – 200 gam đến hơn 300 kg Thông thường loại protectơ nhỏdùng cho thiết bị làm mát, truyền nhiệt, vỏ tàu biển, nó có thể thay thế bảo dưỡngđịnh kỳ theo công trình Loại protectơ có khối lượng lớn ( 40-300 kg) dùng để bảo

vệ công trình ngầm trong đất, biển như cầu cảng, dan khoan với thời gian sử dụngdài bằng tuổi thọ công trình

Phần chủ yếu của thiết bị protectơ gồm:

- Hợp kim protectơ (Hợp kim của nhôm, kẽm hoặc magiê)

- Thanh tiếp điện ( hoặc dây dẫn điện) của protectơ Thanh tiếp điện thườnglàm bằng thép, dây dẫn điện là dây chống nước, chịu môi trường xâm thực Thanhtiếp điện có thể bằng thép lá, thép xoắn, thép uốn

- Chất bọc protectơ, vành định vị, túi dựng định hình thiết bị protec tơ (chỉ cóđối với loại protectơ dùng trong đất)

Đối với loại protectơ có khối lượng lớn thì thanh tiếp điện bằng thép chịu lựccũng đồng thời là giá giữ nối protectơ với công trình cần bảo vệ Do vậy có thể thiết

kế nhiều lõi dẫn với kích thước tương thích đủ để chịu lực giữ protectơ trong suốtthời gian bảo vệ công trình

Thành phần vật liệu Protectơ đóng vai trò quan trọng Tuỳ thuộc vào yêu cầu

mà lực chọn thiết kế các loại protectơ khác nhau

Một số hình dạng protectơ được trình bày trong bảng phụ lục

Hình … Anot hy sinh

- Bảo vệ catốt cho công trình kim loại trong công nghiệp dầu khí là một phươngpháp quan trọng Nó là phương pháp không thể thiếu để chống ăn mòn công trìnhkim loại.

- Khi bảo vệ đường ống phải tuân theo quy chuẩn về chống ăn mòn

Sau đây là quy chuẩn bảo vệ catốt đường ống ngầm:

• Công trình đường ống phải được chống ăn mòn kim loại

• Đường ống phải được bảo vệ kết hợp bằng phương pháp bọc chống ăn mòn

và các phương pháp bảo vệ điện hoá trạm catôt hoặc Protectơ

• Các phương tiện bảo vệ điện hoá phải được đưa vào hoạt động chậm nhất làsau 1 tháng kể từ ngày đưa đường ống vào vận hành

• Đường ống chính phải được bảo vệ điện hoá liên tục, những nơi đường ống

rẽ vào kho hoặc bên xuất phải dùng bích cách điện

• Điện thế công trình kim loại thép phải đạt từ giá trị từ âm 1,52v đến âm 0,85

• Đối với trạm catốt, mỗi tháng đo 2 lần, Protectơ 6 tháng 1 lần bằng thiết bị

và khá rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp dầu khí

Chương 15 MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU, THIẾT BỊ DÙNG TRONG KỸ THUẬT BẢO

VỆ ĐIỆN HOÁ CÔNG TRÌNH DẦU KHÍ.

15.1 Vật liệu chế tạo Protec tơ

Các loại vật liệu protectơ cần đáp ứng yêu cầu sau đây:

- Có điện thế đủ âm và ổn định trong suốt quá trình làm việc

- Có khả năng sinh ra dòng điện đủ lớn và ổn định

- Ít bị phân cực và không thụ động, hòa tan đều sau thời gian làm việc

- Dung lượng và hiệu suất sản dòng lớn

- Không gây phản ứng phụ độc hại, nguy hiểm cho môi sinh Giá thành rẻ vàcông nghệ chế tạo và sử dụng đơn giản

Các kim loại và hợp kim có điện thế âm hơn kim loại cần bảo vệ trong cùngmôi trường đều có khả năng làm vật liệu protectơ Tùy theo vật liệu công trình cầnbảo vệ mà có thể lựa chọn được các loại protectơ thích hợp Thành phần hợp kimprotectơ thay đổi thì tính chất điện hoá khác nhau Sau đây là một số loại Protectơ

15.1 1 Protectơ Magiê

Có nhiều loại protectơ Magiê với thành phần, hình dạng và kích thước khác nhau

Đặc tính: Protectơ Mg:

- Có điện thế khoảng âm 1450 đến âm 1600mV; dung lượng khoảng 1350 –

1400 ah/kg, Hiệu suất dòng khoảng 45-50% ;

- Vật liệu này được nghiên cứu sử dụng làm protectơ từ rất lâu Nó có một sốtính chất đặc biệt tốt mà ở các vật liệu khác không có được

- Điện thế tiêu chuẩn của nó khá âm, khả năng hoạt động tốt trong các môitrường đất có điện trở cao

- Tuy nhiên nó bị tiêu hao rất nhiều, giá thành cao, hiệu quả kinh tế thấp

- Loại này dùng trong môi trường nước có điện trở cao, đất, thiết bị truyềnnhiệt đặc biệt

Sau đây là một số loại protectơ

- Protector Mg dễ cháy nổ, không được dùng ở môi trường xăng dầu , không dùngcho môi trường biển ( chỉ dùng để bảo vệ vỏ tàu đặc biệt bằng hợp kim Nhôm)

- Công nghệ chế tạo phức tạp

*Thành phần hợp kimprotectơ Magiê I

Nguyên tố thành phần Hàm lượng ( %)

AlZnMnTiFeCuNiSiMg

5-71-50,2 – 0,5nhỏ hơn 0,040,0030,0040,0010,04còn lại

**Thành phần hợp kim Magiê II UltraMag Anode Chemistry*

UltraMg Anoe Chemistry

nguyên tố thành phần hàm lượng (%)

AlminumManganeseCopperSiliconIronNickelOthers eachMagnesium

0.01% max 0.50 - 1.3%

0.02% max 0.05% max 0.03% max 0.001% max 0.05% max Remainder

* Protectơ Magiê

15.1.2 Protectơ nhôm

- Protectơ nhôm có điện thế khoảng âm 1050 đến âm 1190 mV, dung lượng

khoảng 2500-2800 ah/kg, hiệu suất sản dòng khoảng 80-85% Đặc tính điện hoá củaprotectơ tuỳ thuộc theo thành phần và môi trường làm việc

- Protector Hợp kim nhôm có dung lượng cao, có điện thế đủ âm và ổn định

- Pr Nhôm dược dùng chống ăn mòn cho công trình biển, nước lợ, hóa chất vàmột số môi trường đất chua mặn, trong thiết bị làm mát tàu biển

- Công nghệ chế tạo phức tạp

Có nhiều thành phần hợp kim nhôm dùng làm Protectơ

*Thành phần hợp kim Protectơ nhôm

Nguyên tố thành

phần

Loại I hàm lượng(%)

loại IIHàm lượng (%)

loại IIIHàm lượng (%)

0,5-0,7 còn lại 0,05- 0,07

3-5

0,1-0,2 còn lại

**Thành phần hợp kim Protectơ nhôm IV:

Loại protectơ này có điện thế khoảng âm 1080 mV (SCE), dung lượng

1150Ah/pound

15.1 3 Protectơ hợp kim kẽm

Từ lâu người ta dùng kẽm tinh khiết để làm protectơ nhưng nó không có tínhchất điện hoá tốt Vì vậy ngày nay người ta chỉ dùng hợp kim kẽm làm prôtectơtrong những trường hợp đặc biệt

Đặc tính:

- Protectơ kẽm có điện thế khoảng âm 900 đến âm 1030 mV, hiệu suất sản

dòng khoảng 90-98%, dung lượng khoảng 750- 820 A.h/kg Khối lượng riêng lớn

- Loại Protectơ này có tính chất điện hoá không cao như các loại protectơNhôm, Mg nên nó chỉ được dùng bảo vệ những nơi dễ cháy nổ

- Protector kẽm dễ bị thụ động trong môi trường nước biển, môi trường nhiệt

độ trên 800C Hiệu quả kinh tế không cao vì dung lượng rất thấp

Thành phần hợp kim Protectơ kẽm

Nguyên tố thành

phần

loại IHàm lượng (%)

Loại IIHàm lượng (%)

còn lại

1,5-4.0 0,5-1,0

còn lại

Có nhiều loại Protectơ có thành phần khác nhau và cho tính chất điện hoácũng khác nhau Việc lựa chọn chủng loại và đặc tính điện hoá của Protectơ phảituân thủ theo yêu cầu của nhà thiết kế hệ thống công trình cần bảo vệ Do đặc thùcủa công nghệ khai thác, sản xuất, chuyển tải, lưu trữ sản phẩm dầu khí nên việcthiết kế lắp đặt protectơ phải tuân thủ tuyệt đối theo tiêu chuẩn ngành để đảm bảo kỹthuật chống ăn mòn, an toàn cháy nổ và môi sinh

15.2 Điện cực anốt dùng cho bảo vệ bằng trạm catốt

Khi bảo vệ bằng dòng điện ngoài thì điện cực anốt thường được sử dụng làGraphit, hợp kim chì, thép, Ferosilic, Ti, Pt, Rutindi và một số vật liệu compozit có

độ bền cao Các loại vật liệu Titan, Ta hay Nb có độ bền cơ cao, bền hoá cao, độtiêu hao nhỏ, mật độ dòng cho phép lớn hơn so với các vật liệu khác nhưng giáthành cao, vật liệu hiếm nên chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt, khi

mà các vật liệu khác không đáp ứng được Bởi vậy sử dụng các loại điện cực vậtliệu Ti, Pt, Ru còn nhiều hạn chế

Các hợp kim của chì được sử dụng từ lâu, nhưng chì là nguyên tố độc hại, dễtạo màng sản phẩm thụ động, bám chắc, làm tăng điện trở Bởi vậy hợp kim chì tuy

có độ bền cao nhưng không còn được sử dụng rộng rãi như các vật liệu khác

Người ta hay dùng điện cực Ferosilic hoặc điện cực compozit oxit kim loại có

độ bền cao Kích thước khối lượng, hình dạng của điện cực anốt phụ thuộc vào yêucầu thiết kế

Một số loại vật liệu dùng làm điện cực anốt được đưa ra ở bảng dưới đây.

độ tiêu hao mật độ dòng cho phép