Cơ sở hình thành cáu cặn và ăn mòn thiết bị

Sự đóng cặn thiết bị

Cáu cặn bám trên thiết bị

Cặn được phân loại như sau:

Lớp oxit sắt bảo vệ rất cần thiết (lớp magnetite) có màu nâu sẫm đến đen, rất mỏng (<0.1mm), rắn chắc giống như lớp vảy cán mỏng.
Lớp cặn xốp không mong muốn, có màu xám hoặc hơi nâu nhạt được tạo thành từ các chất nhiễm bẩn trong nước (chủ yếu là cặn cứng hoặc cặn silic).
Lớp cặn sa lắng xốp, có màu nâu nhạt tới nâu đỏ, là sản phẩm của quá trình ăn mòn sắt (được hình thành chủ yếu do lượng sắt có trong nước cấp).
Phồng rộp hoặc bong tróc cục bộ giống như cáu cặn do ăn mòn gây ra bởi oxy trong quá trình vận hành. Cáu cặn không mong muốn do thành phần của nước hoặc sản phẩm ăn mòn. Sự tăng nhiệt độ này phụ thuộc vào chiều dày, thành phần và độ xốp của lớp cặn và có thể dẫn tới sự quá nhiệt của vật liệu, làm giảm độ bền, làm hỏng thiết bị. Đặc biệt nguy hiểm nhất là cặn silic và cặn chứa dầu hoặc mỡ.

Ăn mòn trong thiết bị

ăn mòn lò hơi

Ăn mòn trong thiết bị

Quá trình ăn mòn trong thiết bị xử lý nước chủ yếu là ăn mòn điện hoá. Đây là phản ứng giữa vật liệu kim loại với môi trường mà kết quả là vật liệu hoặc cấu kiện bị phá huỷ sớm hơn tuổi thọ thông thường của nó. Vùng mà kim loại bị ăn mòn và đi vào dung dịch dưới dạng cation kim loại (như ion Fe2+) gọi là anôt. Vùng mà môi trường xung quanh hầu hết là nước phản ứng với điện tử từ anôt chuyển đến gọi là catôt. Ví dụ như phản ứng khử ôxy (O2) thành anion OH- (dạng ăn mòn ôxy) hoặc cation H+ của axit bị khử thành nguyên tử hyđrô (dạng ăn mòn hyđrô). Trong thiết bị xử lý nước, ăn mòn được quyết định chủ yếu bởi trạng thái khác nhau của lớp magnetite bảo vệ (lớp xốp hay lớp chắc đặc), khuyết tật trong lớp magnetite (ví dụ nứt do có ứng suất khác nhau) hoặc những điều kiện thông khí khác nhau của lớp magnetite (như trên mặt và dưới lớp cặn, trên và dưới đường mức nước). Cần chú ý rằng lớp magnetite bảo vệ giòn hơn và dương điện hơn thép . Những phản ứng chung nhất trong quá trình ăn mòn ôxy trên sắt hoặc thép

Sự ăn mòn ôxy thường dẫn đến ăn mòn cục bộ gặp trong suốt quá trình vận hành. Sự ăn mòn này giống như thép cacbon bị ăn mòn trong khí quyển.

Ăn mòn ôxy mới xảy ra thường tạo nên gỉ màu nâu vàng. Ăn mòn ôxy đã sảy ra lâu và đã bị nung nóng thì có màu nâu đến nâu sẫm. Độ dẫn càng tăng khi ăn mòn sảy ra càng mạnh. Các dạng ăn mòn khác trong hệ thống xử lý nước là: – Ăn mòn axit do axit cacbonic , – Ăn mòn mài mòn hoặc ăn mòn do dòng chảy (FAC) và ăn mòn xói mòn (cavitation) cả hai đều chủ yếu chịu ảnh hưởng của điều kiện dòng chảy.

Ăn mòn xói mòn là kết quả của sự tạo bong bóng hơi và sự nổ tiếp theo hướng vào thành ống của chúng (có thể nghe thấy rõ rệt).

Thành phần của nước ảnh hướng đến việc hình thành cáu cặn và ăn mòn thiết bị xử lý nước

Nước tự nhiên (nước mưa, nước sông, nước giếng, nước máy…) tuỳ theo nguồn gốc mà nó có chứa các hợp chất rất khác nhau. Nước tự nhiên sạch nhất là nước mưa. Tất cả các loại nước khác (như nước sông) đều chứa các chất không tan và các ít hoặc nhiều chất hoà tan như độ cứng, silic, sắt, mangan, hợp chất hữu cơ, oxy … Dưới đây là một số khái niệm thường được sử dụng để đánh giá chất lượng nước. Các tạp chất thường gặp trong nước, ảnh hưởng của chúng và nguy cơ của nó đối với nồi hơi cũng được giải thích.

Độ dẫn điện ảnh hưởng đến độ ăn mòn thiết bị xử lý nước

Tổng của tất cả các chất hoà tan (dẫn điện) trong nước có thể được xác định thông qua độ dẫn điện (nhiệt độ lấy làm chuẩn là 250C). Độ dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ và độ dẫn tăng khi nhiệt độ tăng, ví dụ, tại 250C độ dẫn là 100μS/cm thì tại 1000C tăng lên khoảng 440μS/cm. (Hệ đo lường SI định nghĩa: S = 1Ω, trong đó, S: Siemen; Ω: điện trở ; 1S = 1 000 000 μS). Độ dẫn điện của nước được quyết định bởi các chất hoà tan như muối, axit (kể cả axit cacbonic), bazơ và một số chất hữu cơ, xem hình 9, nhưng silic không có ảnh gì tới độ dẫn của nước.

Các chất hoà tan trong nước nói trên phần lớn đều phân li thành các ion có điện tích khác nhau phụ thuộc vào hoá trị của chúng. Các ion tích điện dương gọi là cation (như Na+, Ca++, Fe+++) và tích điện âm gọi là anion (như Cl-, SO42-, PO43-). Thậm chí một phần rất nhỏ của nước cũng phân li thành cation H+ và anion OH-, vì vậy mà nước nguyên chất cũng có độ dẫn điện. Tại 250C, nước nguyên chất có độ dẫn khoảng 0,055μS/cm tương đương với điện trở khoảng 18,2 MΩ.cm = 18.200.000 Ω.cm! Ở châu Á, độ dẫn của nước mưa khoảng 10- 20μS/cm, của nước sông (không bị ảnh hưởng của nước biển) khoảng 100- 300μS/cm và của nước giếng hoặc nước ngầm cũng có giá trị tương tự. Độ dẫn của nước lợ có thể lên tới 10. 000- 20. 000μS/cm. Độ dẫn của nước ảnh hưởng tới ăn mòn, độ dẫn càng cao thì tốc độ ăn mòn càng lớn

pH ảnh hưởng đến ăn mòn lò hơi

Độ phân li rất thấp của nước nguyên chất quyết định giá trị pH trung tính là 7, pH thấp hơn 7 là đặc trưng của môi trường axit với độ axit tăng khi pH giảm về 0, và pH lớn hơn 7 là đặc trưng của môi trường bazơ (hoặc kiềm) với độ kiềm tăng khi pH tăng đến 14. Cần lưu ý rằng mỗi một bậc pH là kết quả của sự thay đổi nồng độ gấp 10 lần! Ví dụ như 0,4 mg/l xút (NaOH) trong nước sẽ cho pH = 9, nước có chứa 4 mg/l NaOH cho pH = 10, tương tự như vậy với dung dịch có 40 mg/l thì pH = 11 và 400 mg/l pH = 12. Dung dịch xút có nồng độ 1mmol/l tương đương với 40 mg/l xút (NaOH). Nước có độ kiềm vừa phải (pH 9 – 12) là điều kiện lí tưởng để bảo vệ sắt khỏi ăn mòn! Axit hoặc nước có tính axit sẽ hoà tan lớp magnetite bảo vệ và phá huỷ sắt/thép.

Độ cứng là nguyên nhân chính gây nghẹt thiết bị xử lý nước

Độ cứng của nước (chủ yếu là hợp chất của canxi và magie) được phân loại thành độ cứng cacbonat và độ cứng phi cacbonat. Độ cứng cacbonat (canxi/magie bicacbonat) là độ cứng chỉ có thể tan được trong nước cùng với một lượng axit cacbonic (do CO2 hoà tan trong nước). Nếu lượng CO2 này bị loại bỏ do đun sôi hoặc giảm đi do phun trong không khí hoặc đun nóng thì canxi cacbonat (đá vôi) sẽ kết tủa và tạo thành cặn cacbonat. Các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới thường có mưa to nên chỉ có ít đá vôi được tạo thành, vì vậy độ cứng cacbonat của nước thô tương đối thấp. Độ cứng phi cacbonat (canxi/magie clorua, sunphat, nitrat…) có thể hoà tan tốt trong nước, chỉ có canxi sunphat (thạch cao) tạo cặn nếu nồng độ của nó lớn hơn 2g/l = 2000mg/l. Nước thô bị nhiễm bẩn bởi nước biển hoặc nước lợ có độ cứng phi cacbonat cao vì nước biển có hàm lượng NaCl rất cao, thậm chí cả CaCl2 và MgCl2 cũng nhiều. Khi có silic trong nước (dạng axit silic, oxit silic) thì cả độ cứng cacbonat và phi cacbonat đều tạo cặn canxi/magie silicat (cặn silic) và làm giảm hệ số truyền nhiệt. Con đường dễ dàng, an toàn và thông dụng nhất để khử độ cứng của nước là áp dụng bình làm mềm nước, nó chuyển các hợp chất canxi và chất của natri rất dễ tan trong nước.

Độ kiềm ảnh hưởng đến tốc độ cáu cặn và ăn mòn lò hơi

Độ kiềm là thông số quan trọng trong quá trình vận hành nồi hơi, nó cho phép xác định các thành phần khác nhau của nước bằng cách chuẩn độ với axit 0,1N khi xác định giá trị độ kiềm m/p dương và với bazơ 0,1N khi xác định giá trị độ kiềm m/p âm . Độ kiềm được phân loại thành độ kiềm tổng, độ kiềm hỗn hợp, độ kiềm NaOH. Độ kiềm tổng (độ kiềm m dương) là độ kiềm gây nên bởi bicacbonat (ví dụ từ độ cứng cacbonat hoặc natri bicacbonat (sản phẩm phản ứng của độ cứng cacbonat trong quá trình mềm nước), nó bao gồm cả độ kiềm hỗn hợp (độ kiềm p dương) và độ kiềm NaOH nếu có. Nếu nước chỉ có có độ kiềm m dương, tức là nước chỉ chứa bicacbonat (như độ cứng cacbonat hoặc NaHCO3), đây là đặc trưng cơ bản của nước thô hoặc nước sau khi làm mềm. Nếu nước có độ kiềm m âm biểu hiện môi trường axit có pH thấp hơn 4,3 và được xác định bằng cách chuẩn độ với NaOH 0,1N.

Độ kiềm hỗn hợp (độ kiềm- p dương) được gây nên bởi tất cả các hợp chất có tính kiềm với pH > 8.2 như cacbonat (soda), Na3PO4 và kiềm tự do (như xút ăn da NaOH), và nó thay thế phép đo độ kiềm NaOH. Độ kiềm hỗn hợp bao gồm cả độ kiềm NaOH. Giá trị độ kiềm p âm (- p) chỉ thị pH < 8,2 và thể hiện môi trường có tính kiềm hoặc axit yếu, nó được xác định bằng cách chuẩn độ với NaOH 0,1N. Độ kiềm NaOH chỉ cho biết hàm lượng kiềm tự do trong nước nhưng nó cần xác định theo một qui trình đặc biệt trước khi chuẩn độ xác định độ kiềm p (chỉ thị phenolphtalein) Chất chỉ thị được dùng khi xác định độ kiềm m là metyl da cam, nó chuyển màu tại pH = 4,3. Chất chỉ thị được dùng khi xác định độ kiềm p là phenolphtalein, nó chuyển màu tại pH = 8,2. Điều này có nghĩa là nước chỉ có tính kiềm khi nó có giá trị kiềm p. Sự chuyển tiếp giữa giá trị độ kiềm p âm/dương, độ kiềm m âm/dương, pH và dải thay đổi chỉ thị

Sự đóng cặn thiết bị

Cáu cặn bám trên thiết bị

Ăn mòn trong thiết bị

Ăn mòn trong thiết bị

Thành phần của nước ảnh hướng đến việc hình thành cáu cặn và ăn mòn thiết bị xử lý nước

Độ dẫn điện ảnh hưởng đến độ ăn mòn thiết bị xử lý nước

pH ảnh hưởng đến ăn mòn lò hơi

Độ cứng là nguyên nhân chính gây nghẹt thiết bị xử lý nước

Độ kiềm ảnh hưởng đến tốc độ cáu cặn và ăn mòn lò hơi

Bài viết liên quan

Sự cố bể Aerotank thường gặp và cách khắc phục

King Power vinh dự đón nhận ISO 9001:2015, ISO 14001:2015, ISO 45001:2018 do tổ chức Chứng Nhận Quốc Tế cấp

Trùn chỉ trong bể hiếu khí và cách xử lý

Vận hành - Bảo trì Hệ thống Xử Lý Nước

Sự đóng cặn thiết bị

Cáu cặn bám trên thiết bị

Ăn mòn trong thiết bị

Ăn mòn trong thiết bị

Thành phần của nước ảnh hướng đến việc hình thành cáu cặn và ăn mòn thiết bị xử lý nước

Độ dẫn điện ảnh hưởng đến độ ăn mòn thiết bị xử lý nước

pH ảnh hưởng đến ăn mòn lò hơi

Độ cứng là nguyên nhân chính gây nghẹt thiết bị xử lý nước

Độ kiềm ảnh hưởng đến tốc độ cáu cặn và ăn mòn lò hơi

Bài viết liên quan

Sự cố bể Aerotank thường gặp và cách khắc phục

King Power vinh dự đón nhận ISO 9001:2015, ISO 14001:2015, ISO 45001:2018 do tổ chức Chứng Nhận Quốc Tế cấp

Trùn chỉ trong bể hiếu khí và cách xử lý