Trang chủ > Phương pháp phun phủ nhiệt – giải pháp chống ăn mòn dưới lớp bảo ôn

Phương pháp phun phủ nhiệt – giải pháp chống ăn mòn dưới lớp bảo ôn

Vấn đề ăn mòn dưới lớp bảo ôn (CUI) là một trong những mối đe dọa hàng đầu của nhiều ngành công nghiệp trên thế giới. Việc sử dụng lớp vỏ kim loại bọc bên ngoài có vai trò bảo vệ và cách ly bề mặt vật liệu với môi trường. Tuy nhiên, quá trình vận hành và sự thay đổi của nhiệt độ môi trường đã tạo điều kiện cho sự hình thành nước và ăn mòn dưới lớp bảo ôn. Công nghệ phun phủ nhiệt (Thermal Spray Coating – TSC) ra đời đã trở thành lựa chọn hàng đầu để ngăn chặn sự ăn mòn dưới lớp bảo ôn bằng các hệ thống sơn bảo vệ. Phương pháp này không chỉ tạo lớp phủ tiên tiến có thể ngăn chặn CUI mà còn cho thấy hiệu suất đầy hứa hẹn nhờ giảm đáng kể chi phí và thời gian ngừng máy.

 

phuong phap phun phu nhiet

Vậy cụ thể tình trạng ăn mòn dưới lớp bảo ôn được hình thành từ đâu và vì sao các phương pháp phun phủ nhôm, phủ nhiệt là giải pháp tối ưu cho các ngành công nghiệp hiện đại? Cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

 

1. Ăn mòn dưới lớp bảo ôn (CUI): tổng quan những điều bạn cần biết

Ăn mòn dưới lớp bảo ôn (CUI) là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hỏng hóc trong các ngành công nghiệp lọc, hóa dầu, điện… các công trình ở trên bờ và ngoài khơi. Nó cũng là dạng ăn mòn khó theo dõi và kiểm soát nhất vì lớp vỏ bảo ôn che khuất các vấn đề, thường chỉ được phát hiện khi tháo lớp bảo ôn để kiểm tra hoặc bảo trì. Phun phủ nhiệt là giải pháp hàng đầu hiện nay để giải quyết được mối lo ngại này. Để hiểu rõ hơn về quá trình ăn mòn này, dưới đây sẽ trình bày về khái niệm, cơ chế và nguyên nhân của CUI.

1.1. Ăn mòn dưới lớp bảo ôn (CUI) là gì? 

Ăn mòn dưới lớp bảo ôn (ăn mòn dưới lớp bảo ôn) hiểu một cách đơn giản là sự ăn mòn xảy ra do sự tích tụ độ ẩm trên bề mặt bên ngoài của thiết bị được bảo ôn. Vấn đề này dẫn đến những thiệt hại đáng kể như chi phí bảo trì và sửa chữa cao, tốn thời gian cho việc ngừng sản xuất tạm thời. 

Có nhiều yếu tố dẫn đến CUI và hầu hết tương tự như các loại ăn mòn khác chỉ khác ở điều kiện môi trường xảy ra. Sự tích tụ độ ẩm và xâm nhập của nước góp phần lớn vào các vấn đề liên quan tới ăn mòn dưới lớp bảo ôn CUI. Nước bên ngoài xâm nhập vào hệ thống bảo ôn chủ yếu do vỡ hoặc hư hỏng trong hệ thống bảo ôn. Ngoài ra, nước từ bên trong do môi trường kín của vật liệu bảo ôn tạo ra các điều kiện dễ dàng tích tụ hơi ẩm trên bề mặt bảo ôn khi nhiệt độ thay đổi cao hơn hoặc thấp hơn. Do lớp bảo ôn không cho phép bay hơi và hoạt động như một chất vận chuyển, còn hơi ẩm xuất hiện ở một khu vực di chuyển qua lớp bảo ôn đến khu vực khác làm cho sự ăn mòn lan nhanh hơn. Nếu không được phát hiện, kết quả của việc ăn mòn CUI này có thể dẫn đến việc ngừng hoạt động của một bộ phận hoặc toàn bộ hệ thống.

 

phun-phu-nhiet-chong-an-mon-duoi-lop-bao-on

1.2. Cơ chế CUI và nhu cầu cấp thiết cho giải pháp phun phủ nhiệt hiện đại

Ăn mòn dưới lớp bảo ôn là một thuật ngữ đề cập đến một số quá trình ăn mòn khác nhau như:

  • Ăn mòn điện hóa: liên quan đến việc chuyển các ion mang điện giữa cực dương và cực âm qua chất lỏng lỗ của lớp cách điện. Các nguyên tắc của ăn mòn điện hóa đối với một thành phần ăn mòn cơ bản yêu cầu bốn yếu tố cơ bản là cực dương (vị trí xảy ra ăn mòn và dòng điện chạy qua), cực âm (vị trí không xảy ra ăn mòn và có dòng điện chạy tới), chất điện phân (môi trường có khả năng dẫn dòng điện bằng dòng điện ion, trong trường hợp này là lớp cách điện chứa nước) và đường dẫn kim loại nơi kết nối giữa cực dương và cực âm cho phép dòng điện quay trở lại và hoàn thành mạch.
  • Môi trường Axit / kiềm: Xảy ra do sự kết hợp của độ ẩm bên trong và môi trường có tính kiềm hoặc axit trong các lớp bảo vệ loại sợi hoặc hạt. Khi nhiệt độ vượt quá 121 độ C, hầu hết nước sẽ bốc hơi và ngưng tụ ở bề mặt của các vật liệu bảo ôn. Sau đó nước hoà tan các chất kiềm/axit tạo nên dung dịch ăn mòn.
  • Clorua: xảy ra trên bề mặt thép không gỉ 300-series khi vật liệu bảo ôn chứa clorua kết hợp với nước ở nhiệt độ 60 độ C. Các ion clorua này thường xuất hiện từ sự bay hơi nước mưa hay nước trong hệ thống chữa cháy.

1.3. Xác định nguyên nhân của CUI để lựa chọn công nghệ phun phủ nhiệt phù hợp

Sự xuất hiện của CUI có thể khó dự đoán, tuy nhiên về cơ bản, sự ảnh hưởng của thiết bị đối với quá trình ăn mòn dưới lớp bảo ôn phụ thuộc vào một số yếu tố chính được trình bày dưới đây:

Nguồn nước

Hai nguồn chính liên quan đến CUI là sự xâm nhập từ các nguồn bên ngoài và sự ngưng tụ bên trong. Nước xâm nhập từ nguồn bên ngoài như nước mưa, xả hơi nước, phun vòi chữa cháy, hoặc nước chảy từ tháp giải nhiệt. Nước bên ngoài xâm nhập vào hệ thống bảo ôn thông qua các vết nứt hình thành qua thời gian. Còn sự ngưng tụ xảy ra khi nhiệt độ của bề mặt kim loại thấp hơn điểm sương trong khí quyển và gây ra bẫy chất lỏng giữa kim loại và vật liệu bảo ôn.

Nhiệt độ 

Nhiệt độ tăng sẽ làm cho quá trình ăn mòn kim loại xảy ra nhanh hơn, khiến lớp sơn phun phủ nhiệt bị hư hỏng sớm. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ăn mòn kim loại không đơn giản theo một chiều. Một mặt, sự tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ xảy ra các quá trình phản ứng hoá học, phản ứng điện hoá gây phá huỷ vật liệu. Mặt khác, nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ bay hơi của màng dung dịch trên bề mặt vật liệu, do đó làm giảm thời gian lưu ẩm trên bề mặt kim loại. Sự tăng nhiệt độ cũng làm giảm sự hoà tan oxy và các loại khí gây ăn mòn khác. Từ đó làm tăng tốc độ oxy hoá và ăn mòn của bề mặt kim loại dưới lớp bảo ôn.

Các giải pháp bảo ôn

Ăn mòn dưới hệ thống bảo ôn liên quan trực tiếp đến khả năng hút ẩm, hóa chất và lớp bảo ôn. Do đó, việc lựa chọn vật liệu bảo ôn phù hợp với hệ thống chính là chìa khóa để giảm thiểu nguy cơ bị ăn mòn bảo ôn.

Bản thân lớp bảo ôn cung cấp một khoảng trống hoặc kẽ hở hình khuyên để giữ nước và các phương tiện ăn mòn khác, đặc biệt là clorua. Trong môi trường kiềm có độ pH từ 7 đến 11, các ion clorua (CI-) có xu hướng phá vỡ tính thụ động (tỷ lệ ăn mòn tối thiểu) của thép cacbon và thép hợp kim và bắt đầu ăn mòn rỗ trong dung dịch axit. Nếu độ pH nhỏ hơn 5,5, quá trình ăn mòn sẽ có xu hướng tăng nhanh chóng với sự hiện diện của clorua.

Môi trường bên ngoài

Tỷ lệ ăn mòn cũng chịu sự ảnh hưởng của môi trường bên ngoài. Các yếu tố như môi trường biển, thời tiết nóng hoặc ẩm, khí hậu mưa nhiều… cũng góp phần dẫn tạo nên tỷ lệ CUI cao hơn. 

2. Các phương pháp phun phủ nhiệt chống ăn mòn dưới lớp bảo ôn hiện nay

Phun phủ nhiệt chống ăn mòn dưới lớp bảo ôn ra đời như “vị cứu tinh” giải quyết các vấn đề của quá trình ăn mòn liên quan đến chi phí bảo trì và thời gian ngừng máy. Phun nhiệt là một công nghệ được sử dụng cho các lớp phủ chống mài mòn và ăn mòn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp chính, bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô, sản xuất điện, hóa dầu và các công trình ngoài khơi. 

Trong đó, có thể kể đến một số phương pháp phun phủ nhiệt ngăn chặn ăn mòn dưới lớp bảo ổn – CUI nổi bật như:

2.1. Phương pháp phun phủ nhôm (Thermal Spray Aluminium) – Công nghệ cải tiến vượt trội

Lớp phun phủ nhôm (TSA) được sử dụng để tạo lớp phủ bảo vệ vật liệu khi tiếp xúc với các điều kiện môi trường khắc nghiệt với đặc tính chống ăn mòn tuyệt vời và thường được sử dụng trong các công trình dưới biển và ngoài khơi, điển hình như công nghiệp dầu khí ngoài khơi. Lớp phủ nhôm thường được sử dụng để bảo vệ chống ăn mòn ở nhiệt độ cao đến 660 độ C (nhiệt độ nóng chảy của nhôm). 

Các đặc tính nổi bật như độ bền cao, tuổi thọ lâu dài và yêu cầu bảo trì thấp khiến lớp phủ TSA trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng ngoài khơi. Giải pháp chống ăn mòn nhôm phun nhiệt (TSA) cực kỳ bền cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện, ngăn chặn quá trình ăn mòn và cải thiện tuổi thọ đáng kể so với các lớp phủ bảo vệ thông thường. Theo các báo cáo, lớp phủ TSA có độ dày 200µm sẽ cung cấp tuổi thọ sử dụng hơn 30 năm trong vùng môi trường bị ăn mòn nằm ở ngay dưới nước của các công trình xây dựng trên biển.

Cơ chế bảo vệ ăn mòn: Lớp phun phủ nhôm có cấu trúc của tấm nhôm, được bao bọc bên ngoài bởi oxit nhôm. Lớp oxit mỏng có chức năng như một lớp phủ hàng rào có khả năng chống rỗ và hư hại do xói mòn.

Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp chống ăn mòn an toàn và hiệu quả, phương pháp phun phủ nhiệt do VIVABLAST cung cấp với các ưu điểm vượt trội như tiết kiệm vật liệu, kéo dài tuổi thọ kim loại hiệu quả, giảm thiểu thời gian dừng máy và chi phí bảo hành sẽ là lựa chọn tốt nhất cho bạn.

 >>>Xem thêm thông tin về Dịch vụ chống ăn mòn áp dụng phương pháp phun phủ nhiệt của VIVABLAST

2.2. Phương pháp phun phủ nhiệt bằng kẽm (Thermal Spray Zinc) tạo lớp bảo vệ bề mặt tối ưu

Với đặc tính chống ăn mòn ấn tượng, kẽm thường được chọn làm lớp phủ bảo vệ lớp mạ và vật liệu khác nhau trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Phun phủ nhiệt bằng kẽm là một phương pháp chống ăn mòn hiệu quả cao, nó cũng cho phép tạo một lớp phủ dày hơn, góp phần kéo dài tuổi thọ của linh kiện, giúp chúng hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt.

Cơ chế bảo vệ ăn mòn: Kẽm hoạt động như một điện cực hy sinh để bảo vệ vật liệu bên trong. Hay nói cách khác, nó hoạt động như một rào cản đối với các yếu tố ăn mòn.  Đặc tính hy sinh cao của lớp phủ kẽm cung cấp khả năng bảo vệ catot trên bề mặt thép. Ngoài ra, nó cũng tạo ra các sản phẩm ăn mòn không hòa tan, ngăn chặn độ xốp của lớp phủ được phun nhiệt, do đó hạn chế sự ăn mòn của nền bằng cách ngăn phương tiện ăn mòn thâm nhập vào lớp phủ tiếp xúc với nền kim loại.

2.3. Phương pháp phun phủ nhiệt bằng ngọn lửa khí cháy – Flame Spraying

Quá trình phun lửa sử dụng năng lượng hóa học do nhiệt độ cháy cao từ việc kết hợp axetilen với oxy dẫn đến sự hình thành tia lửa nhiệt độ cao. Các nguyên vật liệu bao gồm bột phun và nhiên liệu đốt được bơm đưa vào, nóng chảy và được tăng tốc đến bề mặt vật liệu bằng dòng khí đang giãn nở. Tốc độ khí phản lực thường dưới 100 m/s tạo ra tốc độ hạt lên đến 80 m/s. Nhiệt độ của tia lửa thường là trên 2500 độ C. Quá trình phun ngọn lửa thường cho phép các lớp phủ lamella có mật độ 85-90%. 

Ngọn lửa sẽ được điều chỉnh trong quá trình phun và thông thường chỉ thực hiện phủ một lớp vài mét vuông/một lần phủ để dễ dàng kiểm soát nhiệt độ. Khi lớp phủ hoàn thành sẽ được nung với ngọn lửa. Hệ thống phun lửa thường được vận hành bằng tay nhưng có thể bán tự động hóa hoặc tự động hóa hoàn toàn quy trình nếu được yêu cầu. Chi phí về vật liệu và kỹ thuật của phun lửa thường thấp hơn phun hồ quang nhưng chi phí thực hiện thường cao hơn. Số lượng vật liệu có thể được phun bởi quá trình phun ngọn lửa cũng bị giới hạn bởi kích thước của dây và vật liệu.

 

2.4. Phương pháp phun phủ nhiệt bằng hồ quang điện – Arc Spraying

Quá trình phun hồ quang liên quan đến việc tạo ra hồ quang lệch điện giữa hai đầu dây dẫn bị nóng chảy. Vật liệu nóng chảy được nguyên tử hóa bằng cách sử dụng dòng khí nén tốc độ cao để đẩy nhanh các hạt về phía bề mặt cần phủ. Hệ thống bao gồm súng phun, hệ thống cấp liệu và nguồn điện.

Sự kết hợp giữa nhiệt độ hồ quang cao (6000 K) và vận tốc hạt vượt quá 100 m/s mang lại cho lớp phủ phun hồ quang độ bền liên kết vượt trội và mức độ xốp thấp hơn khi so sánh với lớp phủ phun bằng ngọn lửa được đề cập ở trên.

Với những lợi ích đáng giá và ưu điểm nổi trội, phương pháp phủ kim loại bằng phun phủ nhiệt đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ khí, chống ăn mòn, phủ chức năng bề mặt, chế tạo máy, gia công trang trí, mỹ nghệ… Ngoài việc ngăn chặn quá trình ăn mòn, công nghệ phủ nhiệt còn giúp các doanh nghiệp tiết kiệm vật liệu và kéo dài tuổi thọ của bề mặt kim loại cũng như cắt giảm thời gian tắt máy, chi phí vận hành và bảo trì. 

Tin tức khác

Coppyright © 2019 Vivablast. All right reserved