Nguyên nhân gây suy giảm hiệu suất trong lò phản ứng thép không gỉ là gì?

Trong quá trình vận hành, các lò phản ứng bằng thép không gỉ thường xuyên tiếp xúc với các môi trường ăn mòn như axit, kiềm, muối và dung môi hữu cơ. Trong điều kiện vận hành nhiệt độ cao và áp suất cao, tác động ăn mòn của các môi trường này lên vật liệu thép không gỉ được tăng cường đáng kể.

• Ăn mòn rỗ và ăn mòn liên hạt: Ion clorua (Cl⁻) là nguyên nhân chính gây ra ăn mòn rỗ và nứt ăn mòn ứng suất trong thép không gỉ. Trong môi trường chứa clorua hoặc dung dịch làm sạch có clorua, lớp màng thụ động trên bề mặt thép không gỉ có thể dễ dàng bị hư hỏng, dẫn đến ăn mòn cục bộ.
• Ăn mòn kẽ hở: Các kẽ hở nhỏ có xu hướng hình thành ở các vị trí như phớt trục khuấy, mối nối mặt bích và mối hàn. Sự giữ lại chất điện phân trong các khu vực này tạo ra các tế bào tập trung oxy, có thể khởi đầu ăn mòn kẽ hở.
• Hư hỏng lớp phủ: Một số bên trong lò phản ứng có thể được bảo vệ bằng men, PTFE phun hoặc các lớp phủ chống ăn mòn khác. Khi các lớp phủ này bị trầy xước, bong tróc hoặc không được thi công đều, lớp nền kim loại bên dưới sẽ tiếp xúc trực tiếp với môi trường ăn mòn, đẩy nhanh quá trình suy thoái.
• Khuyến nghị: Chọn các loại thép không gỉ thích hợp dựa trên môi trường quy trình—chẳng hạn như thép 316L hoặc thép song công—để tăng cường khả năng chống ăn mòn ion clorua. Thường xuyên kiểm tra tình trạng bề mặt bên trong và thực hiện xử lý thụ động khi cần thiết để khôi phục lớp màng thụ động bảo vệ.

Các lò phản ứng trải qua chu kỳ nhiệt độ thường xuyên (gia nhiệt/làm mát) và thay đổi áp suất (tăng áp/giảm áp), khiến vật liệu phải chịu ứng suất nhiệt và cơ học định kỳ. Theo thời gian, điều này có thể dẫn đến hư hỏng do mỏi.

• Nứt do mỏi nhiệt: Sự dao động nhiệt độ nhanh chóng gây ra sự giãn nở và co lại không đều trên các bộ phận khác nhau của bình, tạo ra ứng suất nhiệt. Các vết nứt nhỏ đặc biệt có khả năng xảy ra ở các vị trí gián đoạn cấu trúc như vòi phun, cửa chui và các kết nối hỗ trợ.
• Mỏi áp suất: Sự thay đổi áp suất lặp đi lặp lại dẫn đến biến dạng dẻo tích lũy trong kim loại, làm giảm độ bền và độ dẻo dai của nó, có khả năng dẫn đến lan truyền vết nứt hoặc thậm chí là vỡ.
• Ảnh hưởng của rung động: Rung động cơ học do hệ thống khuấy tạo ra trong quá trình vận hành có thể làm trầm trọng thêm hư hỏng do mỏi tại các mối hàn và điểm kết nối.
• Khuyến nghị: Kiểm soát tốc độ gia nhiệt và tăng áp trong quá trình vận hành để tránh sốc nhiệt; tiến hành kiểm tra không phá hủy thường xuyên (ví dụ: kiểm tra bằng siêu âm hoặc hạt từ tính) để phát hiện sớm các vết nứt tiềm ẩn.

Để đảm bảo độ tinh khiết của phản ứng và ngăn ngừa nhiễm chéo, các lò phản ứng cần được vệ sinh thường xuyên. Tuy nhiên, các phương pháp làm sạch không đúng cách thực sự có thể làm giảm hiệu suất của thiết bị.

• Sử dụng chất tẩy rửa axit/kiềm mạnh: Mặc dù có hiệu quả trong việc loại bỏ cặn, nhưng nếu không kiểm soát đúng nồng độ hoặc xả không đủ sau khi làm sạch, axit hoặc kiềm còn sót lại có thể tiếp tục ăn mòn bề mặt thép không gỉ—đặc biệt là trong thép không gỉ có hàm lượng niken thấp.
• Vệ sinh không hoàn toàn: Các sản phẩm phản ứng, polyme hoặc các chất kết tinh còn sót lại có thể tích tụ trên thành bình, làm giảm hiệu quả truyền nhiệt và đóng vai trò là vị trí khởi đầu cho sự ăn mòn.
• Sử dụng bàn chải cứng hoặc chất tẩy rửa mài mòn: Chúng có thể làm xước bề mặt bên trong, làm hỏng lớp thụ động và tăng khả năng bị ăn mòn.
• Khuyến nghị: Sử dụng chất tẩy rửa trung tính hoặc chuyên dụng và tuân theo trình tự làm sạch tiêu chuẩn: xả sơ bộ → rửa → xả kỹ → làm khô. Cân nhắc việc triển khai hệ thống CIP (Vệ sinh tại chỗ) để cải thiện hiệu quả và an toàn khi làm sạch.

Tính hợp lý của thiết kế và chất lượng sản xuất là những yếu tố cơ bản quyết định tuổi thọ của thiết bị.

• Thiết kế cấu trúc kém: Các vùng chết quá mức, dòng xả kém hoặc bố trí máy khuấy không đúng cách có thể dẫn đến giữ lại vật liệu và trộn không đều, làm tăng khó khăn khi làm sạch và nguy cơ ăn mòn.
• Lựa chọn vật liệu không chính xác: Sử dụng các loại thép không gỉ không phù hợp (ví dụ: thay thế 304 bằng 316L trong các ứng dụng chứa clorua) làm giảm đáng kể tuổi thọ của thiết bị.
• Chất lượng mối hàn kém: Các vấn đề như xốp, lẫn xỉ hoặc hợp nhất không hoàn toàn trong mối hàn không chỉ làm giảm độ bền cơ học mà còn tạo ra các vị trí ưu tiên để khởi đầu ăn mòn.
• Xử lý bề mặt không đầy đủ: Bề mặt bên trong quá thô hoặc thiếu các phương pháp xử lý đánh bóng/thụ động cản trở sự hình thành của một lớp oxit đồng nhất, dày đặc, làm giảm khả năng chống ăn mòn.
• Khuyến nghị: Xem xét kỹ lưỡng bản vẽ thiết kế, chứng nhận vật liệu và trình độ chuyên môn về quy trình hàn trong quá trình mua sắm. Tiến hành kiểm tra bằng ống soi và xử lý thụ động trước khi vận hành.

Thiếu quản lý bảo trì khoa học và hiệu quả là một yếu tố con người quan trọng góp phần làm giảm hiệu suất thiết bị.

• Không thay thế phớt đã cũ: Phớt cơ khí hoặc vòng đệm có thể bị suy giảm hoặc biến dạng sau thời gian sử dụng kéo dài, dẫn đến rò rỉ ảnh hưởng đến hoạt động chân không hoặc áp suất và có khả năng gây ra các sự cố an toàn.
• Tắc nghẽn hoặc ăn mòn van và đường ống: Nếu các cổng cấp/xả, van xả và đường ống liên quan không được làm sạch thường xuyên, có thể xảy ra tắc nghẽn dòng chảy, ảnh hưởng đến sự ổn định của quy trình.
• Bỏ qua việc kiểm tra định kỳ: Không xác định kịp thời các dấu hiệu ăn mòn, tiếng ồn bất thường hoặc rung động bất thường có thể dẫn đến bỏ lỡ các cơ hội sửa chữa kịp thời.
• Bôi trơn không đủ: Thiếu bôi trơn trong các bộ phận truyền động (ví dụ: hộp số, ổ trục) làm tăng tốc độ mài mòn và ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của hệ thống khuấy.
• Khuyến nghị: Thiết lập nhật ký bảo trì thiết bị toàn diện, thực hiện các kế hoạch bảo trì theo lịch trình (ví dụ: kiểm tra hàng quý, đại tu hàng năm), thay thế các bộ phận bị mòn kịp thời và duy trì hồ sơ dịch vụ chi tiết.

• Ăn mòn do vi sinh vật (MIC): Trong một số hệ thống lên men sinh học hoặc hệ thống nước, các sản phẩm phụ trao đổi chất của vi sinh vật (ví dụ: hydro sulfua) có thể gây ra ăn mòn cục bộ.
• Ăn mòn điện hóa: Khi thép không gỉ tiếp xúc trực tiếp với các kim loại khác nhau (ví dụ: giá đỡ bằng thép carbon, phụ kiện dụng cụ bằng đồng) trong môi trường điện phân, các tế bào điện hóa có thể hình thành, đẩy nhanh quá trình ăn mòn thép không gỉ.
• Lỗi của người vận hành: Vận hành thiết bị vượt quá giới hạn nhiệt độ hoặc áp suất của nó, hoặc đưa vào các vật liệu không tương thích, có thể gây ra hư hỏng không thể khắc phục cho lò phản ứng.