Bao cao môn ăn mòn các nghiên cứu về công nghệ chống ăn mòn

CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ
CHỐNG ĂN MÒN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
GVHD : TS. HUỲNH QUYỀN
HVTH : PHÙNG THỊ CẨM VÂN
: HOÀNG MẠNH HÙNG
HCM , 05/2011
HCM , 05/2011
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
1
1
PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
2
2
2

Ăn mòn kim loại là sự tự phá hủy kim loại do tác dụng hóa
học và điện hóa giữa kim loại với môi trường bên ngoài.

Ăn mòn kim loại gây ra những thiệt hại vô cùng nghiêm
trọng vì vậy nghiên cứu về ăn mòn và chống ăn mòn kim
loại là công việc hết sức quan trọng trong tất cả các lĩnh
vực khoa học kỹ thuật khác nhau.
3
1. Tổng quan về ăn mòn


Vấn đề ăn mòn kim loại có liên quan đến hầu hết các
ngành kinh tế (theo ước tính chi phí cho lĩnh vực ăn mòn
chiếm khoảng 4% tổng thu nhập quốc dân đối với các
nước công nghiệp phát triển)

Chi phí cho lĩnh vực ăn mòn có thể bao gồm:

Chi phí mất mát trực tiếp: tiền chi phí cho việc thay thế các vật
liệu bị ăn mòn và những thiết bị xuống cấp do ăn mòn;

Chi phí mất mát gián tiếp: Chi phí sữa chữa số lượng sản phẩm
giảm chất lượng trong quá trình sản xuất hoặc mất mát do hiện
tượng ăn mòn kim loại gây ra.

Chi phí cho các biện pháp phòng ngừa, các biện pháp để bảo
vệ chống hiện tượng ăn mòn kim loại.

Chi phí trực tiếp ít hơn rất nhiều so với chi phí gián tiếp
4
1. Tổng quan về ăn mòn

Theo cơ chế của quá trình ăn mòn:

Ăn mòn điện hóa

Ăn mòn hóa học

Theo điều kiện của quá trình ăn mòn:

Ăn mòn khí quyển


Ăn mòn trong chất điện ly

Ăn mòn trong đất;

Ăn mòn do dòng điện ngoài

Ăn mòn do ứng suất;

Ăn mòn do sinh vật
5
1. Tổng quan về ăn mòn

Xác định tốc độ ăn mòn theo thiệt hại về khối lượng:
Q : Tốc độ ăn mòn, g/m
2
.giờ
∆m : Thiệt hại khối lượng, g
m
1
: Khối lượng trước khi thí nghiệm, g
m
2
: Khối lượng sau khi thí nghiệm, g
S : Diện tích bề mặt, m
2
t : Thời gian thí nghiệm, giờ
6
1. Tổng quan về ăn mòn
1 2

m -m
Δm
Q= =
S.t S.t

Xác định tốc độ ăn mòn theo chỉ số độ sâu ăn mòn
P : Chỉ số độ sâu ăn mòn, mm/năm
Q : Tốc độ ăn mòn, g/m
2
.giờ
d : Khối lượng riêng của kim loại, g/m
2
7
1. Tổng quan về ăn mòn
Q
P=8,76
d

Xác định tốc độ ăn mòn theo chỉ số độ sâu ăn mòn
8
1. Tổng quan về ăn mòn
Nhóm ổn định Chỉ số độ bền (P, mm/năm) Bậc
Siêu bền 0,001 1
Độ bền cao
0,001-0,005 2
0,005-0,01 3
Độ bền trung bình
0,01-0,05 4
0,05-0,1 5
Độ bền thấp

0,1-0,5 6
0,5-1,0 7
Độ bền rất thấp
1,0-5,0 8
5,0-10,0 9
Hoàn toàn không bền > 10,0 10
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
1
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
2
2
9
2.1. Xử lý môi trường
2.2. Bảo vệ bằng cấu tạo thiết bị hợp lý
2.3. Thụ động hóa kim loại
2.4. Bảo vệ điện hóa
2.5. Lớp phủ bảo vệ
2.6. Phương pháp kết hợp
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
1
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
2

2
10
2.1. Xử lý môi trường
2.2. Bảo vệ bằng cấu tạo thiết bị hợp lý
2.3. Thụ động hóa kim loại
2.4. Bảo vệ điện hóa
2.5. Lớp phủ bảo vệ
2.6. Phương pháp kết hợp

Giảm hàm lượng chất khử phân cực
Giảm hàm lượng chất khử phân cực (Ví dụ: Trung hòa H
+

bằng vôi sống)

Khử oxy trong dung dịch nước:
Khử oxy trong dung dịch nước:

Tăng nhiệt độ

Xử lý chân không;

Sử dụng các hóa chất khử oxy như Na
2
SO
3
, SO
2
, NaS
2

O
4
,…

Dùng chất làm chậm ăn mòn (Chất ức chế):
Dùng chất làm chậm ăn mòn (Chất ức chế): là các chất khi
cho lượng nhỏ chất làm chậm vào môi trường thì tốc độ ăn
mòn điện hóa của kim loại và hợp kim giảm đi nhanh chóng.
Cơ cấu tác dụng của CLC là ngăn cản quá trình anod và catod
hay tạo màng.
Dựa vào cơ cấu tác dụng phân loại thành CLC anod, CLC
catod, CLC tạo màng, CLC hỗn hợp
11
2.1. Xử lý môi trường
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
1
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
2
2
12
2.1. Xử lý môi trường
2.2. Bảo vệ bằng cấu tạo thiết bị hợp lý
2.3. Thụ động hóa kim loại
2.4. Bảo vệ điện hóa
2.5. Lớp phủ bảo vệ
2.6. Phương pháp kết hợp


Đặc điểm cấu tạo của thiết bị ảnh hưởng lớn đến quá trình
ăn mòn, cấu tạo thiết bị không hợp lý là nguyên nhân làm
tăng tốc độ ăn mòn  Cấu tạo thiết bị hợp lý là một biện
pháp bảo vệ kim loại.

Khi thiết kế cần lưu ý:

Tránh tiếp xúc trực tiếp giữa các kim loại cùng nằm trong môi
trường điện ly;

Loại bỏ ứng suất;

Cấu tạo ống thoát không đọng môi trường ăn mòn;

Tránh ăn mòn cục bộ do chất lỏng chảy dọc thành thiết bị;

Giảm các khe hẹp trong các mối nối các chi tiết nằm trong dung
dịch chất điện ly;

Tránh các góc chết gây nên tính không đồng nhất chất điện ly.
13
2.2. Bảo vệ bằng cấu tạo
thiết bị hợp lý
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
1
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
2
2
14
2.1. Xử lý môi trường
2.2. Bảo vệ bằng cấu tạo thiết bị hợp lý
2.3. Thụ động hóa kim loại
2.4. Bảo vệ điện hóa
2.5. Lớp phủ bảo vệ
2.6. Phương pháp kết hợp

Trạng thái thụ động của kim loại hay hợp kim là trạng
thái mà trên bề mặt của nó hình thành một lớp màng
mỏng có tính chất bảo vệ kim loại/hợp kim trong dung
dịch ăn mòn.
Fe + 2H
2
O → Fe(OH)
2
+ 2H
+
+ 2e

Bề dày của lớp màng thụ động có thể từ vài A
o
đến vài
trăm A
o
được hình thành do quá trình oxy hóa.


Khi kim loại ở trạng thái thụ động thì điện thế điện cực
của nó chuyển về phía dương hơn (phân cực anod lớn)
và điện trở ăn mòn lớn, nên tốc độ ăn mòn giảm nhanh.
15
2.3. Thụ động hóa kim loại

Hiện tượng thụ động do Lomonoxov tìm ra năm 1938 và
sau đó được Faraday phát triển thêm vào năm 1840 khi
ông nghiên cứu sự ăn mòn Fe trong dung dịch HNO
3
.

Có 2 cách để chuyển kim loại vào trạng thái thụ động:

Phân cực anod (Bảo vệ anod bằng dòng ngoài)

Nhúng vào dung dịch điện ly có chứa cấu tử thích hợp
16
2.3. Thụ động hóa kim loại
PHÂN CỰC ANOD
PHÂN CỰC ANOD
Fe bị phân cực anod trong dung dịch 0,5M H2SO4, bắt đầu phân cực từ điện thế
ăn mòn Ecorr
17
2.3. Thụ động hóa kim loại
PHÂN CỰC ANOD
PHÂN CỰC ANOD

Phương pháp: Nối kim loại cần bảo vệ với cực dương của nguồn
một chiều hoặc nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện

cực dương hơn.

Phương pháp bảo vệ anod chủ yếu dùng để nâng cao độ bền của
thép cacbon, thép không gỉ, hay titan trong một số môi trường như
xút đặc, H
2
SO
4
nồng độ cao.

Điều kiện tiến hành bảo vệ anod:
Điều kiện tiến hành bảo vệ anod:

Kim loại có khả năng thụ động khi phân cực anod;

Dòng điện bé khi duy trì trạng thái thụ động để đảm bảo độ bền ăn
mòn cao. Lúc đầu cần có mật độ dòng lớn để vượt qua dòng giới
hạn đến vùng thụ động của kim loại;

Đảm bảo duy trì dòng điện thường xuyên khi bảo vệ anod;

Vùng điện thế hiệu quả lớn.
18
2.3. Thụ động hóa kim loại
PHÂN CỰC ANOD
PHÂN CỰC ANOD

Khó khăn
Khó khăn


Bảo vệ anod không thực hiện được ở phần kim loại không
tiếp xúc với dung dịch;

Dòng điện ban đầu cho sự thụ động anod lớn nên cần phải có
dụng cụ khống chế điện thế và duy trì dòng điện;

Rất khó khăn cho các đường ống dẫn dài;
19
2.3. Thụ động hóa kim loại
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
1
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
2
2
20
2.1. Xử lý môi trường
2.2. Bảo vệ bằng cấu tạo thiết bị hợp lý
2.3. Thụ động hóa kim loại
2.4. Bảo vệ điện hóa
2.5. Lớp phủ bảo vệ
2.6. Phương pháp kết hợp

Nguyên tắc
Nguyên tắc: Bảo vệ điện hóa là dịch chuyển điện thế
điện cực về phía âm hơn hoặc về phía dương hơn nằm
trong miền thế loại trừ ăn mòn.


Dựa vào nguyên tắc có 2 phương pháp bảo vệ điện hóa:

Bảo vệ catod bằng dòng điện ngoài

Bảo vệ catod bằng anod hi sinh (Protector)

Bảo vệ anod bằng dòng điện ngoài (Thụ động hóa)
21
2.4. Bảo vệ điện hóa

Bảo vệ catod bằng dòng điện ngoài
Bảo vệ catod bằng dòng điện ngoài

Kim loại cần được bảo vệ, các đường ống dẫn nhiên liệu dưới đất, vỏ tàu biển, được nối
với cực âm của nguồn điện một chiều, còn cực dương của nguồn điện nối với một anod
bằng vật liệu ít tan.
22
2.4. Bảo vệ điện hóa

Bảo vệ catod bằng anod hi sinh
Bảo vệ catod bằng anod hi sinh

Kim loại cần được bảo vệ phải có giá trị điện thế dương hơn vật
liệu làm anod hi sinh. Anod hi sinh bị hòa tan để bảo vệ kim loại.

Công trình được bảo vệ thường là thép. Ví dụ như vỏ tàu biển,
các giàn khoan khai thác dầu khí ngoài biết. Vật liệu anod hi sinh
thường là kim loại nhôm, kẽm, magie, hoặc hợp kim của chúng.
23

2.4. Bảo vệ điện hóa

Bảo vệ catod bằng anod hi sinh(tt)
Bảo vệ catod bằng anod hi sinh(tt)
Yêu cầu:
Yêu cầu:

Giữa vật bảo vệ và anod hy sinh có hiệu điện thế đủ lớn, nghĩa
là anod hy sinh phải có điện thế âm hơn điện thế của thiết bị
cần bảo vệ;

Vật liệu anod có điện thế làm việc ít thay đổi;

Vật liệu anod phải ổn định, không bị thụ động trong môi trường
làm việc, ăn mòn đều, hiệu suất cao.
24
2.4. Bảo vệ điện hóa
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN
1
1
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN
2
2
25
2.1. Xử lý môi trường
2.2. Bảo vệ bằng cấu tạo thiết bị hợp lý
2.3. Thụ động hóa kim loại

2.4. Bảo vệ điện hóa
2.5. Lớp phủ bảo vệ
2.6. Phương pháp kết hợp