Cửa van thép ở công trình thủy lợi làm việc trong điều kiện vừa chịu tải trọng phức tạp lại vừa chịu tác động của môi trường nước đặc biệt là môi trường nước mặn nên bị ăn mòn rất mạnh. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết Thực trạng ăn mòn cửa van thép công trình thủy lợi dưới đây. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.
Thực trạng Ăn mòn cửa van thép công trình thuỷ lợi PGS.TS Đỗ văn Hứa PGS.TS Vũ thành Hải TS Nguyễn đình Tân Trường Đại học Thuỷ lợi Tóm tắt: Cửa van thép công trình thuỷ lợi làm việc điều kiện vừa chịu tải trọng phức tạp lại vừa chịu tác động môi trường nước, đặc biệt môi trường nước mặn nên bị ăn mòn mạnh Bằng phương pháp khảo sát trường, đo đạc độ sâu ăn mòn, tính học sơn, phân tích cấu trúc tính chất học loại thép chế tạo cửa van, kết hợp với phân tích môi trường nước, thành phần lớp rỉ nhiễu xạ tia Rơn ghen, xác định nguyên nhân gây ăn mòn cửa van thép đưa định hướng cho giải pháp bảo vệ thép môi trường nước Đặt vấn đề Đối với vật liệu kim loại, nguyên nhân thoái hoá chủ yếu ăn mòn nước công nghiệp phát triển, thiệt hại hàng năm ăn mòn chiÕm tõ 4- 5% tæng thu nhËp kinh tÕ quèc dân Thiệt hại cho chi phí gián tiếp sửa chữa, phải ngừng sản xuất làm tổn thất tăng 2- 2,5 lÇn.ViƯt nam n»m vïng khÝ hËu nhiƯt đới có 3200km bờ biển Hệ thống công trình thuỷ lợi vừa làm việc điều kiện tải trọng nặng lại vừa chịu tác động môi trường nước, đặc biệt môi trường nước lợ, nước biển nên cửa van kết cấu thép công trình bị phá hoại ăn mòn nhanh Các công trình thuỷ lợi nước ta xây dựng khai thác nhiều năm Hơn 75 hệ thống thuỷ nông lớn vừa, 700 hồ chứa với hàng nghìn cửa van vận hành thực nhiệm vụ đa dạng công trình thuỷ lợi Dọc theo bờ biển có nhiều công trình thuỷ lợi xây dựng với nhiệm vụ quan trọng, là: ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu úng, thoát lũ góp phần phát triển kinh tế vùng ven biển Có thể nói suốt trình dài tập trung khai thác sử dụng công trình thuỷ lợi, việc khảo sát đánh giá mức độ ăn mòn cửa van ảnh hưởng đến an toàn công trình xác định nguyên nhân gây ăn mòn cửa van tác động môi trường khác chưa nghiên cứu sâu để có biện pháp bảo vệ thích hợp phục vụ cho công tác tư vấn, chế tạo, quản lý, vận hành cửa van Việc đánh giá trạng ăn mòn cửa van tiến hành hai cụm công trình tiêu biểu cụm công trình đầu mối hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải ( Xuân quan, Báo đáp ) cụm công trình ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu úng sông Lân, Thái bình (Lân II, Hoàng môn) Đồng thời với việc quan sát, chụp ảnh xác định chiều sâu ăn mòn trường, tiến hành thí nhiệm xác định thành phần nước, thành phần vật liệu thép, tiêu điện hoá thép, thành phần sản phẩm ăn mòn, tiêu cấu trúc lớp sơn phủ Trên sở việc phân tích kết thấy trạng, chất trình ăn mòn cửa van, nhân tố ảnh hưởng đến trình ăn mòn hiệu bảo vệ lớp phủ Kết đánh giá: Các kết quan sát trường phân tích ảnh kỹ thuật số có độ phân giải cao cho thấy, cống Xuân quan cũ sau 40 năm sử dụng bị hư hỏng nặng ăn mòn Các phận dầm biên bánh xe bị ăn mòn nặng không khả làm việc , mặt bị ăn mòn tạo thành lỗ rãnh khó làm Cống Xuân quan mới, thay năm 1999, có kết cấu giống cống cũ Được sơn bảo vệ ba lớp số phận gần bulông, nẹp có tượng phồng rộp, độ dính bám Bản mặt, dầm chính, dầm phụ chưa có tượng bị ăn mòn Cống Báo đáp nằm cách cống Xuân quan 3km phía thượng lưu cách hệ thống nước thải công nghiệp thị trấn Gia Lâm 100m phía hạ lưu Cửa van cống Báo đáp cũ sau17 năm vận hành toàn cửa van cũ bị hư hỏng nặng ăn mòn Dầm chính, dầm phụ, mặt bị ăn mòn mạnh, bị rỗ sâu Các dầm biên, dầm đáy bị thoái hoá mạnh hơn, đặc biệt vị trí gần cao su chặn nước Cửa van cống Báo đáp mới, thay năm 2000, có kết cấu giống cửa van cũ Sơn bảo vệ gồm lớp, chưa có trạng thoái hoá rạn nứt, có khả bảo vệ tốt Cống Lân II cống Hoàng Môn làm việc môi trường nước lợ Cống Lân II đưa vào khai thác năm 1996, gồm cửa van hình cung, mặt cong quay phía biển Phần mặt không thường xuyên ngập nước biển, lớp phun kẽm có độ dính bám tốt, nhiều chỗ mặt bị han rỉ không nặng lắm, hà bám không nhiều, bóc lớp hà mặt van thấy lớp phun kẽm không còn, bề mặt cửa van bị ăn mòn Càng xuống sâu hà bám dày đặc Hiện tượng ăn mòn không đều, lồi lõm, nhiều chỗ bị ăn mòn sâu Cống Hoàng Môn có cửa van phẳng hệ dầm thay năm 1999, cách cống Lân II vào khoảng 800m Sau năm đưa vào sử dụng, cửa van bị ăn mòn nặng, bề mặt lồi lõm khó làm rỉ bảo dưỡng định kỳ Nhiều chỗ mặt bị thủng Các dầm biên bị ăn mòn mạnh làm khả chịu lực Quá trình ăn mòn phụ thuộc vào kết cấu công trình, dầm biên dầm đáy thường bị ăn mòn mạnh (ăn mòn khe ăn mòn ứng suất) Chế độ triều, sinh vật biển bám cửa van làm tăng tốc độ ăn mòn Sự ăn mòn không làm cho số phận sớm bị hư hỏng hệ thống cửa van bị xuống cấp nhanh chóng Kết xác định chiều sâu ăn mòn cấu kiện cửa van trường (Bảng I) giúp cho thấy rõ trạng ăn mòn cửa van Chiều dày thực tế mặt dầm xác định thiết bị đo chiều dày thép Panametrics Model 25 sau ®· hiƯu chØnh b»ng mÉu thÐp chn cã chiỊu dày 15mm có hàm lượng bon thấp tương ứng với vật liệu thép cửa van Cửa van nâng lên đánh dấu vị trị cần đo Xi,Yj theo hệ toạ độ OXY nằm mặt phẳng thẳng đứng phía thượng lưu, có gốc toạ độ nằm góc trái đáy cửa van, trục X có chiều dương hướng từ trái sang phải, trục Y có chiều dương hướng từ lên Vị trí đo làm hàu hà tẩy lớp rỉ lớp sơn phủ giấy nhám mịn 500 Chiều dày thực tế ij giá trị trung bình ba lần đo điểm Xi,Yj Chiều sâu ăn mòn xác định: ij = bđij ; bđ chiều dày ban đầu đầm mặt Bảng I: Kết đo chiều sâu bị ăn mòn cửa van cống Xuân Quan cũ Các phận cửa van Xuân Quan (1959) độ ij (mm) Xi Yj 0,7 0,8 0,10 0,7 1,6 1,5 Dầm biên Toạ độ (m) ij (mm) Xi Yj 0,8 0,4 2,54 0,09 1,8 0,4 2,5 0,14 0,8 1,5 3,4 0,05 10 2,2 3,4 0,04 2,8 3,4 0,08 Điểm Dầm ngang Điểm Điểm Tên công Bản mặt Toạ trình (m) Toạ độ (m) ij (mm) Xi Yj 13 0,05 0,8 4,12 2,57 14 0,05 1,6 2,80 2,0 0,49 15 0,05 2,5 3,97 1,8 2,0 0,47 13* 0,05 0,8 4,20 11 0,8 4,0 0,47 14* 0,05 1,6 3,00 12 1,8 4,0 0,48 Chó thÝch: - ij (mm) chiều sâu bị ăn mòn điểm Xi Yj - Gốc toạ độ OXY đặt góc trái đáy van phía thượng lưu Từ kết quan sát kết xác định chiều sâu ăn mòn cho thấy cửa van bị ăn mòn không Chiều sâu ăn mòn dầm biên, dầm đáy chân vùng triều thường lơn so với vùng khác Vùng có hà bám thường bị ăn mòn mạnh làm cho bề mặt mặt bị lõm sâu Kết đo tiêu chất lượng nước, xác định thiết bị IH 8304, CO150, IH 9143 máy quang phổ hấp phụ DR2000 PALINTEST 7000, ghi bảng II Độ đẫn điện vùng nước lợ lơn hẳn vùng nước Cống Lân II cống Hoàng môn nằm môi trường có tác dụng xâm thực mạnh Hạ lưu cống Báo đáp ảnh hưởng môi trường ô nhiễm độ nên dẫn điện lơn so với thượng lưu Xuân quan Các môi trường có độ dẫn điện lớn tốc độ ăn mòn lơn hơn, mật độ dòng anốt hoà tan kim loại tăng Việc đánh giá ảnh hưởng vật liệu chế tạo cửa van dựa vào kết phân tích thành phần hoá học máy quang phổ phát xạ nguyên tử ARL-3460 kết xác định tính chất điện hoá thiết bị AUTOLAB với phần mềm GPES tự động (bảng III) Các mẫu thép cán Việt nam CT38 ( Báo đáp ) thép cán nhập CT3 Nga ( Xuân quan) mẫu nước lấy hiên trường Kết qủa cho thấy rõ ràng tốc độ ăn mòn thép thượng hạ lưu cửa van vùng biển có khác rõ rệt hẳn vùng nước Thép cán CT3 Nga có độ bền ăn mòn so với thép cán CT38 Việt nam, song loại thép thuộc nhóm thép đảm bảo độ bền ăn mòn môi trường làm việc Bảng II Kết đo tiêu chất lượng nước Xuân Quan T T Chỉ tiêu Đơn vị Báo Đáp Hoàng Môn Thg Hạ Thg Hạ lưu lưu lưu lưu Lân II Biển Đồng Biển Đồng pH - 7,72 7,68 7,61 6,91 7,81 7,78 7,77 7,42 §é dÉn S/cm 147,8 154,8 198,9 276 9930 5190 Độ mặn So/oo 0,1 0,1 0,1 0,1 5,5 2,8 4,6 0,3 DO mg/l - - - - 7,8 7,9 7,8 Cl- mg/l 18,5 20,7 18,2 22,7 3120 1340 2420 140 Ca2- mg/l 22 25 21 29 40,1 41 42,1 41 SO42- mg/l 8 10 250 150 332 30 NO3- mg/l 0,24 0,36 0,23 0,44 0.11 0,15 0.32 0.35 BảngIII: Các tiêu ăn mòn điện hoá thép CT3 Nga CT38 Việt nam: S T T Thông số điện hoá iăn mòn (A/cm2) Ptn (mm/năm) Cống Lân II CT38 Hoàng môn CT38 Báo đáp Hạ lưu biển đồng biển đồng 5,134.10-8 1,167.10-8 2,450.10-8 1,565.10-8 6,070.10-9 2,526.10-4 1,364.10-4 4,713.10-4 3,657.10-4 1,419.10-4 Thượng lưu Xuân quan Thg lưu CT38VN CT38VN CT3Nga 5,410.10-9 4,766.10-9 2,365.1010 1,264.10-4 1,114.10-4 5,526.10-5 Khi so sánh kết đo bảng I bảng III, thấy chiều sâu ăn mòn đo đạc trường lớn so với kết đo phòng thí nghiệm nhiều lần Nguyên nhân chủ yếu tác động thời nhiều nhân tố cơ, lý, hoá, vi sinh, kết cấu điều kiện làm việc Việc đánh giá mức độ ảnh hưởng sản phẩm ăn mòn dựa vào kết phân tích thành phần lớp rỉ nhiễu xạ tia Rơngen VÝ dơ ph©n tÝch líp rØ ë cưa van công Lân II cho kết sau: - FeO(OH): 48 50%; - FeO(OH): 10%; - FeO(OH): 28 30% ; Fe2O3