Ăn mòn và chống ăn mòn trong công nghiệp hóa chất

Bảo vệ điện hoáNguyên lý: là phương pháp thay đổi điện thế điện cực của công trình kim loại đến gía trị điện thế mà tại đó kim loại không bị ăn mòn.. Phương pháp điện hoá bảo vệ kim loại

ĂN MÒN VÀ CHỐNG ĂN MÒN CÔNG TRÌNH KIM LOẠI TRONG CÔNG NGHIỆP HOÁ CHẤT DẦU KHÍ

Ăn mòn kim loại là gì?

Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại do tương tác hoá học và điện hoá của chúng với môi trường xung quanh.



Tạo ra sản phẩm khác

Phá vỡ cấu trúc kim loại nền

Tổn thất khối lượng kim loại

giảm độ bền cơ học kim loại

Nguyên nhân gây ra ăn mòn công trình kim loại

Do bản chất kim loại đưa vào sử dụng

Do kết cấu thiết bị công trình kim loại

Do thiết kế công trình, chế độ công nghệ chưa hợp lý

Do tác động của môi trường xung quanh gây ra: Môi trường đất, không khí; nước, môi trường biển,hoá chất, nhiệt độ

Các dạng ăn mòn

Ăn mòn hoá học: ăn mòn hoá học xẩy ra trong môi trường không có chất điện ly

Ăn mòn điện hoá: chỉ xẩy ra trong môi trường có mặt chất điện ly.

Do vật liệu không đều hoặc phân cực nồng độ (nồng độ dung dịch hoặc do thông khí không đều).

Ăn mòn do dòng điện rò

Các dạng ăn mòn khác

Ăn mòn khe ( khe nứt theo cấu trúc tinh thể kim loại)

Ăn mòn do lắng đọng, ăn mòn nhiều pha

Ăn mòn tinh giới, ăn mòn tiếp xúc

Ăn mòn lựa chọn

Mài mòn

Ăn mòn ứng lực , ăn mòn mỏi

Ăn mòn điểm ( piting)

PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN CÔNG TRÌNH KIM LOẠI TRONG CÔNG NGHIỆP

Các phương pháp chống ăn mòn trong CN

1 Tạo hợp kim bền, lựa chọn vật liệu thiết kế hợp lý máy móc thiết bị

2 Tạo lớp phủ trên bề mặt công trình kim loại

3 Thay đổi, tác động vào môi trường, dùng chất ức chế ăn mòn kim loại

4 Bảo vệ điện hoá

4.1 Phương pháp bảo vệ anốt

4.2 Phương pháp bảo vệ catốt

1 Tạo hợp kim bền, lựa chọn vật liệu thiết kế

hợp lý máy móc thiết bị

Thiết kế hợp lý máy móc thiết bị

Lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị

2 Tạo lớp phủ trên bề mặt công trình kim loại

Màng bảo vệ bằng kim loại: Mạ điện, mạ hoá học, nhúng,tráng phủ bằng phương pháp nhiệt….

Tạo màng thụ động trên bề mặt kim loại: Màng oxy hoá, màng phốt phát hoá.

Màng phủ cách ly bảo vệ kim loại:

- Lớp sơn phủ cách ly bảo vệ kim loại

- Lớp bọc phủ tăng cường bằng vật liệu compozit

- Lớp tráng men

3 Thay đổi, tác động vào môi trường, dùng chất

ức chế ăn mòn kim loại

Bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn bằng cách thay đổi môi trường, thay đổi pH, nhiệt độ, dùng chất ức chế ăn mòn.

Chất ức chế ăn mòn kim loại được sử dụng để bảo vệ trong phạm vi môi trường có thể tích xác định.

Chỉ cần một lượng nhỏ là có thể đủ để giảm đáng kể tốc độ ăn mòn công trình

Chỉ cần một lượng nhỏ là có thể đủ để giảm đáng kể tốc độ ăn mòn công trình

kim loại.

Có nhiều loại chất ức chế ăn mòn, mỗi loai chỉ thích hợp với một môi trường nhất định.

Một số loại chất ức chế chống ăn mòn

Chất ức chế trong môi trường axit

Chất ức chế trong môi trường kiềm,

Chất ức chế trong môi trường trung tính

Chất ức chế hữu cơ, vô cơ, chất ức chế hỗn hợp.

Chất ức chế trong môi trường nước, trong không khí, trong dầu mỡ, Chất ức chế bay hơi

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của

4 Bảo vệ điện hoá

Nguyên lý: là phương pháp thay đổi điện thế điện cực của công trình kim loại đến gía trị điện thế mà tại đó kim loại không bị ăn mòn.

Bảo vệ điện hoá được sử dụng phổ biến để bảo vệ kim loại khỏi phá huỷ trong môi trường xâm thực Nó có thể cho phép bảo vệ kim loại hoàn toàn không bị ăn mòn trong suốt thời gian dài, đặc biệt là bảo vệ điện hoá các công trình ngầm, các công trình trong CN dầu khí Phương pháp điện hoá bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn chỉ dùng để bảo vệ phần kết cấu thiết bị kim loại trong môi trường chất điện ly

Phân chia phương pháp bảo vệ điện hoá thành hai loại là phương pháp bảo vệ anốt và phương pháp bảo vệ catốt.

BẢO VỆ ANÔT

4.1 Phương pháp bảo vệ anốt

Nguyên tắc: phân cực anốt cho kim loại cần bảo vệ bằng dòng điện ngoài hoặc bằng kim loại có điện thế dương hơn điện thế của kim loại đó Điện thế điện cực được chuyển về phía dương hơn so với điện thế ăn mòn cho đến khi kim loại rơi vào vùng thụ động- khi đó kim loại không bị ăn mòn và được gọi là phương pháp bảo vệ anôt

Phương pháp này, chỉ dùng đối với các kim loại có khả năng thụ động trong môi trường Thường dùng để bảo vệ các thiết bị thép không rỉ, thép bền cao trong một số môi trường axit hoặc môi trường kiềm

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 người ta dùng với yêu cầu kiểm soát kỹ thuật chặt chẽ.

BẢO VỆ ANÔT

Phương pháp bảo vệ anốt được dùng để bảo vệ cho các thiết bị trong CN sản xuất hoá chất, phân bón có diện tích không lớn.

Nguyên tắc: Cực dương của nguồn điện một chiều nối với công trình cần bảo vệ và cực

âm của nguồn điện đựơc nối với cực catốt.

Nguồn điện cung cấp cho hệ thống bảo vệ phải ổn định liên tục.

Trong một khoảng điện thế thụ động, kim loại ở trạng thái ít hoạt động, nó có dòng ăn mòn rất nhỏ.Vịệc chọn khoảng điện thế cho phép để đưa kim loại về trạng thái thụ động sẽ làm tăng tuổi thọ của công trình kim loại

Ứng dụng bảo vệ anốt trong các trường hợp:

Bảo vệ anốt được đưa ra để bảo vệ cho sắt, thép không rỉ trong một số môi trường sau: Thiết bị truyền nhiệt thép không rỉ xử lý cô đặc axit H2SO4

Bảo vệ thiết bị bằng gang, thép hợp kim gia nhiệt axit H2SO4

Thép không gỉ độ bền cao trong môi trường axit acetic

Thép các bon cho các thiết bị sản xuất phân bón có chứa phôtphát

Thép bền cao, thép không gỉ các thiết bị xưởng sản xuất H3PO4 và các bể chứa

Thiết bị đo lường, điều khiển thông số bảo vệ

Hệ thống dây dẫn tiếp điện

Bộ phận phụ kiện khác: Bích cách điện,chịu nhiệt, vòng đệm…

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ anôt thiêt bị

BẢO VỆ CATỐT

4.2 Phương pháp bảo vệ catốt

Bảo vệ catốt là phương pháp phân cực công trình kim loại đến một điện thế nhất định, tại điện thế đó công trình được bảo vệ Khi điện thế điện cực kim loại được chuyển về phía âm hơn so với điện thế ăn mòn thì sự hoà tan kim loại hoàn toàn ngừng hẳn, khi đó kim loại không bị ăn mòn.

Phương pháp này có thể tiến hành bằng cách sử dụng một kim loại có điện thế âm hơn điện thế công trình ( anôt hy sinh – protectơ ) hoặc là sử dụng nguồn điện ngoài (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 Nếu điện thể bảo vệ chưa đạt đủ âm thì bảo vệ không hoàn toàn, nếu điện thế quá âm thì tốn năng lượng, hiệu quả kinh tế không cao.

Bảo vệ catốt là phương pháp dễ dàng thực hiện, nó không gây nguy hiểm cho công trình cho nên phương pháp này được các nhà kỹ thuật quan tâm sử dụng từ lâu và khá rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp dầu khí hoá chất

4.2.1 Phương pháp bảo vệ bằng Trạm catôt:

Phương pháp này dựa trên cơ sở dùng dòng điện của nguồn một chiều bên ngoài để phân cực catốt cho công trình kim loại cần bảo vệ - nó được thực hiện bằng cách nối cực âm của nguồn

catốt cho công trình kim loại cần bảo vệ - nó được thực hiện bằng cách nối cực âm của nguồn

điện một chiều với kim loại cần bảo vệ và cực dương với điện cực anốt phụ Khi đó kim loại cần bảo vệ sẽ không bị ăn mòn trong thời gian bảo vệ Điện cực anốt thường dùng là các vật liệu kim loại bền ăn mòn

Đối với những công trình ngầm thì bắt buộc phải bảo vệ bằng phương pháp điện hoá, nó

là phương pháp không thể thiếu trong việc bảo vệ công trình công nghiệp.

Trạm catốt có thể chống ăn mòn cho công trình có diện tích rất lớn

Sơ đồ nguyên tắc bảo vệ bằng dòng điện ngoài như hình I.1.

Sơ đồ nguyên tắc chống ăn mòn bằng

dòng điện ngoài- Trạm catốt

4.2.2 Phương pháp bảo vệ bằng thiết bị

protectơ (anốt hy sinh)

Phương pháp này được thực hiện bằng cách nối kim loại cần bảo vệ với một kim loại khác có điện thế âm hơn Kim loại có điện thế âm hơn đó được gọi là anôt hy sinh hoặc Protectơ Vật liệu làm protectơ thường là các hợp kim Nhôm, Kẽm, Magiê

Khi lắp đặt vào công trình, nhờ có sự chênh lệch điện thế giữa protectơ

và kim loại cần bảo vệ mà tạo thành cặp pin, trong đó anốt hy sinh bị hoà tan, công trình kim loại được bảo vệ.

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ thiết bị kim loại bằng protectơ theo hình I.2

CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA PROTECTƠ BẢO VỆ CÔNG

TRÌNH

Anot Zn bảo vệ tàu biển

Một số sản phẩm KHCN đã ứng dụng

Tram catot bao vệ cầu cảng dầu khí PTSC Vũng tàu

Prôtectơ nhôm, kẽm

Điện cực so sánh Cu/CuSO 4

Protectơ dùng bảo vệ thiết bị truyền nhiệt