Kiểm soát ăn mòn trong hệ thống tháp giải nhiệt

Hệ thống nước làm mát dễ bị hư hỏng do ăn mòn bởi sự phản ứng của bề mặt kim loại với môi trường. Môi trường này bao gồm nước làm mát, cặn lắng, màng bề mặt, chất gây ô nhiễm và sự phát triển của vi sinh vật. Những điều kiện này và các điều kiện khác dẫn đến sự xuống cấp nhanh chóng của tháp giải nhiệt, bộ trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống. Các chương trình xử lý nước hiệu quả bao gồm các quy trình ức chế ăn mòn để kéo dài tuổi thọ hệ thống giải nhiệt.

Ăn mòn tháp giải nhiệt

Cơ chế ăn mòn xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa. Trong cơ chế này, quá trình oxy hóa xảy ra tại anot của vị trí ăn mòn, nơi sắt (Fe) hòa tan vào nước. Các electron được giải phóng tại anot di chuyển qua kim loại đến catot, nơi oxy (O 2 ) bị khử để tạo thành các ion hydroxide. Sau đó, hydroxide có thể phản ứng với sắt (II) để tạo thành sản phẩm phụ không hòa tan của quá trình ăn mòn, sắt (II) hydroxide. Thông thường, các oxit sắt lắng đọng tại vị trí ăn mòn dẫn đến hình thành nhiều nốt sần dọc theo bề mặt kim loại. Nếu các nốt sần được cạo sạch bằng dao trét hoặc bàn chải sắt, kim loại trần sẽ lộ ra một loạt các lỗ rỗ hình thành do phản ứng oxy hóa.

Sự ăn mòn điện hóa bao gồm bốn thành phần: (1) vị trí anot, (2) vị trí catot, (3) đường dẫn dòng điện (kim loại) và (4) chất điện phân (nước).

Tốc độ phản ứng ăn mòn phụ thuộc vào các biến số bao gồm lượng oxy hòa tan có sẵn ở catot, nhiệt độ, độ pH của nước, vận tốc nước và tổng chất rắn hòa tan.

Trong hóa học nước làm mát, yếu tố kiểm soát tốc độ chính là lượng oxy hòa tan có sẵn trên bề mặt kim loại. Kiểm soát ăn mòn hiệu quả dựa vào khả năng của chất ức chế hóa học làm chậm hoặc ức chế phản ứng hóa học xảy ra ở anot hoặc catot. Chất ức chế ăn mòn có hiệu quả trong việc kiểm soát các phản ứng xảy ra ở anot được gọi là chất ức chế anot. Những chất ức chế hoạt động ở catot được gọi là chất ức chế catot. Những chất ức chế này được cho là hoạt động nhờ khả năng tạo thành lớp màng phân tử trên bề mặt kim loại. Chất ức chế phân cực sự ăn mòn anot/catot, do đó làm chậm hoặc dừng phản ứng ăn mòn.

>> Xem thêm: Nguyên nhân gây cáu cặn và tác hại của cáu cặn trong hệ thống Tháp giải nhiệt - Chiller

Chất ức chế ăn mòn

Có nhiều chất ức chế ăn mòn khác nhau được thêm vào hệ thống nước làm mát để kiểm soát tốc độ ăn mòn trên các vật liệu thép nhẹ, đồng và hợp kim đồng, thép không gỉ, thép mạ kẽm và nhôm. Vì một số chất ức chế có hiệu quả hơn trong việc kiểm soát sự ăn mòn của một kim loại cụ thể so với những chất khác, nên chương trình kiểm soát ăn mòn phải được điều chỉnh theo vật liệu của hệ thống.

Một chương trình xử lý nước làm mát hiệu quả luôn bắt đầu bằng việc kiểm tra vật liệu, cấu tạo thiết bị. Sau khi hoàn tất việc này, có thể triển khai một chương trình kiểm soát ăn mòn hiệu quả.

Sau đây là một số chất ức chế ăn mòn nước làm mát phổ biến và hiệu quả:

Polyphosphate hoạt động bằng cách tạo ra một lớp màng ức chế tại catốt của vị trí chống ăn mòn. Chất ức chế này có hiệu quả nhất đối với thép nhẹ và không bảo vệ được đồng hoặc nhôm. Sự bảo vệ tốt nhất xảy ra khi mức canxi trong nước làm mát được duy trì trong khoảng 100 đến 400 ppm. Nếu canxi vượt quá 400 ppm, có thể xảy ra hiện tượng kết tủa canxi phosphate, đặc biệt là ở những khu vực có lưu lượng thấp (dưới 1 foot mỗi giây) của hệ thống.

Liều lượng polyphosphate thông thường là 10 đến 30 ppm dưới dạng PO₄ . Độ pH của nước làm mát phải được duy trì trong khoảng 5,5 đến 7,5 để giảm thiểu sự bám bẩn của canxi phosphate.

Orthophosphate hình thành trong nước làm mát do quá trình thủy phân (phân hủy) polyphosphate. Orthophosphate là chất ức chế anot. Nó cũng ít tan hơn polyphosphate và phản ứng với canxi để kết tủa tricalcium phosphate ở nồng độ canxi cao và ở độ pH cao. Orthophosphate thường không được sử dụng riêng trong xử lý nước làm mát.

Kẽm là chất ức chế catốt cho thép, nhưng không cung cấp khả năng bảo vệ hiệu quả cho đồng hoặc nhôm. Liều lượng thông thường là 1 đến 5 ppm ở độ pH được kiểm soát từ 6,5 đến 6,7. Kẽm ít tan hơn ở độ pH cao hơn. Ở độ pH trên 8,0, kẽm khó có thể duy trì trong dung dịch và có xu hướng kết tủa ở các khu vực có lưu lượng thấp của hệ thống.

Kẽm có độc với cá và vi sinh vật ở nồng độ trên 3 ppm. Do hạn chế về độ hòa tan và độc tính, kẽm hiếm khi được sử dụng riêng trong các chương trình xử lý nước làm mát.

Molybdate thường được sử dụng như một chất ức chế ăn mòn trong các hệ thống nước làm mát hở và kín. Các khuyến nghị ban đầu kêu gọi 100 đến 200 ppm natri molybdate để ức chế thép nhẹ. Khi so sánh với các chất ức chế khác, molybdate đắt tiền. Thực tế này có xu hướng hạn chế việc sử dụng molybdate trong các hệ thống nước làm mát kín. Tuy nhiên, khi kết hợp với kẽm, phosphate hoặc polysilicate, liều lượng molybdate có thể giảm xuống còn 5 đến 10 ppm, giúp giảm đáng kể chi phí xử lý. Người ta thường sử dụng ít hơn như một chất ức chế ăn mòn và nhiều hơn như một chất đánh dấu hóa học để tạo điều kiện cho việc thử nghiệm liều lượng sản phẩm. Molybdate ban đầu được cho là không độc hại. Tuy nhiên, EPA vẫn đang điều tra tác động của molybdate đối với môi trường bùn thải và trong chuỗi thức ăn.

Polysilicate có hiệu quả trong việc bảo vệ nhôm và đồng. Nói chung, nó được sử dụng ở liều lượng từ 10 đến 15 ppm dưới dạng SiO 2 ở độ pH từ 7,5 đến 10,0. Do độ hòa tan giảm, polysilicate không được áp dụng ở độ pH dưới 7,0. Polysilicate có thể được sử dụng với molybdate (1 đến 3 ppm dưới dạng MoO 4 ) để tăng cường khả năng bảo vệ thép.

Orthosilicate cung cấp khả năng bảo vệ kém hơn Polysilicate. Nó không hiệu quả lắm ngay cả ở liều lượng cao và có thể gây ra tình trạng rỗ nghiêm trọng nếu không được áp dụng và kiểm soát cẩn thận.

Cromat là một trong những chất ức chế ăn mòn hiệu quả nhất. Nó hoạt động như một chất ức chế anot bằng cách tạo thành một lớp màng bền trên bề mặt kim loại. Liều lượng truyền thống là 100 đến 500 ppm dưới dạng CrO 4 ở pH 5,5 đến 10. Pha trộn cromat với các chất ức chế khác như kẽm, polyphosphate, polysilicate và molybdate cho phép liều lượng thấp hơn từ 5 đến 30 ppm dưới dạng CrO 4 .

Việc sử dụng cromat trong hệ thống nước làm mát hở đã bị EPA cấm vì độc tính và các vấn đề về xử lý. Cromat vẫn bị hạn chế sử dụng trong các vòng nước làm mát kín hoặc trong các hệ thống có hệ thống loại bỏ cromat trước khi xả nước.

Chất ức chế hữu cơ bao gồm các hợp chất azole như mercaptobenzothiazole (MBT), benzotriazole (BT) và tolytriazole (TT). Các chất ức chế này chủ yếu được sử dụng để ức chế đồng và hợp kim đồng. Liều lượng thông thường là 5 đến 10 ppm cho MBT và 1 đến 3 ppm cho BT và TT. Tolytriazole là chất ức chế kim loại màu vàng phổ biến nhất trong các công thức nước làm mát vì tính ổn định của nó khi có clo và liều lượng hiệu quả thấp. Chất ức chế hữu cơ được phân loại là chất ức chế chung vì không rõ liệu chúng có hoạt động ở cực dương, cực âm hay cả hai hay không.

Nitrit được sử dụng trong hệ thống nước làm mát vòng kín. Vì nitrit là nguồn thức ăn cho vi khuẩn nên không được chấp nhận sử dụng trong hệ thống nước làm mát mở.

Nitrit là chất ức chế anốt cung cấp khả năng bảo vệ tuyệt vời cho thép nhẹ. Liều lượng thông thường trong hệ thống nước lạnh khép kín là 800 đến 1200 ppm dưới dạng natri nitrit. Trong hệ thống nước nóng khép kín, liều lượng khuyến cáo cao hơn một chút, 1500 đến 2000 ppm dưới dạng natri nitrit. Nitrit được pha trộn với các chất ức chế khác như natri tetraborat, metaborat, silica và tolytriazole để cung cấp khả năng bảo vệ đa kim loại hoàn chỉnh. Thành phần borax được điều chỉnh để đệm pH trong khoảng từ 9,0 đến 9,5.

Mangan phosphat là chất ức chế mới rất hiệu quả đối với đồng và hợp kim đồng.

Duy trì lớp màng ức chế bảo vệ

Chất ức chế ăn mòn phải được áp dụng liên tục để thiết lập và duy trì lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại. Liều lượng ban đầu thường cao hơn liều lượng duy trì để tạo điều kiện cho việc thiết lập lớp màng thụ động ở cực dương hoặc cực âm.

Giám sát sự ăn mòn trong hệ thống làm mát

Hiệu quả của chương trình kiểm soát ăn mòn được xác định bởi mức độ bảo vệ kim loại của hệ thống. Một cách để xác định điều này là kiểm tra định kỳ thiết bị nhà máy. Tuy nhiên, việc chờ đợi kiểm tra có thể tốn kém vì một khi hư hỏng do ăn mòn đã xảy ra, chỉ còn lại một số ít lựa chọn khác ngoài việc sửa chữa hoặc thay thế. Tốt hơn là phát hiện ra các vấn đề ăn mòn trước khi chúng đạt đến điểm hỏng để có thể thực hiện hành động khắc phục ngay lập tức. Điều này được thực hiện bằng một số phương pháp giám sát ăn mòn.

Tốc độ ăn mòn được tính toán dựa trên khối lượng mất đi của lớp phủ và thời gian tiếp xúc.

Tỷ lệ ăn mòn, mils mỗi năm = 22,3 x W
Đ x A x T

W = giảm cân tính bằng miligam

D = trọng lượng riêng của kim loại tính bằng gam trên centimet khối

A = diện tích của phiếu giảm giá tính bằng inch vuông

T = thời gian tính bằng ngày

Rỗ kim loại được ghi nhận và mức độ nghiêm trọng của sự ăn mòn rỗ này được báo cáo là độ sâu rỗ tối đa tính bằng hàng nghìn inch (mils). Độ sâu rỗ được đo bằng thước đo độ dày hoặc kính hiển vi. Tốc độ rỗ có thể được xác định bằng:

Tỷ lệ rỗ = Độ sâu rỗ tối đa, mils X 365
Thời gian, ngày

ĐÁNH GIÁ TỶ LỆ ĂN MÒN

(Tỷ lệ tính bằng mils mỗi năm trong 90 ngày)

Kim loại	Xuất sắc	Tốt	Trung bình	Yếu	Nguy hại
Ống thép nhẹ	< 1	1 đến 3	3 đến 5	5 đến 10	> 10
Ống thép nhẹ HX	< 0,2	0,2 đến 0,5	0,5 đến 1,0	1.0 đến 1.5	> 1,5
Đồng và hợp kim	< 0,1	0,1 đến 0,2	0,2 đến 0,3	0,3 đến 0,5	> 0,5
Thép mạ kẽm	< 2	2 đến 4	4 đến 8	8 đến 10	> 10
Thép không gỉ		< 0,1			> 0,1

Các thiết bị đo điện trở hoạt động bằng cách đo điện trở của một đầu dò kim loại mỏng; khi sự ăn mòn khiến kim loại bị loại bỏ khỏi đầu dò, điện trở của nó sẽ tăng lên.

Ưu điểm chính của phương pháp điện trở so với phiếu ăn mòn là các phép đo có thể được thực hiện thường xuyên hơn và ít tốn công sức hơn nhiều. Có thể thực hiện các phép đo liên tục và với các kỹ thuật phân tích dữ liệu tinh vi, những thay đổi về tốc độ ăn mòn có thể có chỉ trong vòng hai giờ thay vì 30 ngày hoặc hơn như yêu cầu đối với phiếu. Đầu dò điện trở về cơ bản là "phiếu tự động" và có nhiều ưu điểm và hạn chế của các phiếu tiêu chuẩn. Tuy nhiên, việc lắng đọng cục bộ trên đầu dò kim loại có thể đưa ra kết quả sai lệch. Vì lý do này, đầu dò ER không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nước làm mát.

Điện trở phân cực tuyến tính (LPR) là một phương pháp điện hóa đo dòng điện một chiều (i meas ) qua giao diện kim loại/chất lỏng. Dòng điện một chiều được tạo ra do sự phân cực của một hoặc hai điện cực được tạo thành từ kim loại đang nghiên cứu bằng cách áp dụng một điện thế nhỏ. Vì dòng điện ăn mòn tỷ lệ thuận với tốc độ ăn mòn, nên các kỹ thuật LPT cung cấp các phép đo tốc độ ăn mòn tức thời. Phương pháp này có một số ưu điểm nhất định so với phiếu ăn mòn khi cần theo dõi ăn mòn liên tục.

Đầu dò LPR cung cấp chỉ báo chính xác về hoạt động ăn mòn trong hệ thống. Các thiết bị này đủ nhạy để phát hiện sự khác biệt về tốc độ ăn mòn ở nhiều mức chất ức chế khác nhau. Chúng cũng có thể được sử dụng để cảnh báo người vận hành nhà máy về sự cố ăn mòn như độ pH thấp.

Các phương pháp LPR ghi lại xu hướng rỗ bằng chênh lệch điện thế điện cực phát sinh khi dòng điện bị đảo ngược. Sau đó, các điện cực đạt trạng thái cân bằng, chúng ghi lại tốc độ ăn mòn chung và rỗ tương tự như tốc độ được đề xuất bởi các phép đo phiếu tiêu chuẩn.

Nhìn chung, việc theo dõi tốc độ ăn mòn trong hệ thống nước làm mát là một phần không thể thiếu của một chương trình xử lý nước hoàn chỉnh. Việc sử dụng phiếu ăn mòn, điện trở và đầu dò điện trở phân cực tuyến tính làm cho nhiệm vụ này trở nên đơn giản và tiết kiệm chi phí.

>> Xem thêm: Nguyên nhân gây cáu cặn và tác hại của cáu cặn trong hệ thống Tháp giải nhiệt - Chiller.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Mọi thông tin cần tư vấn quý khách có thể liên hệ với chúng tôi thông qua:

CÔNG TY TNHH REECHEM

Địa chỉ: Tầng 5 tòa nhà Lighthouse, 1254 Xô Viết Nghệ Tĩnh, P.Hòa Cường Nam, Q.Hải Châu, Tp.Đà Nẵng

Điện thoại: 0236 391 88 68 / Hotline (zalo): 0789 086 626

Email: info@reechem.com.vn

Website: reechem.com.vn

​Kiểm soát ăn mòn trong hệ thống tháp giải nhiệt