THIẾT KẾ, LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHỐNG ĂN MÒN

85
PHẦN 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN
CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ, LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHỐNG ĂN MÒN
7.1. Giới thiệu
Trong thực tế, hầu như không thể tránh được ăn mòn mà chỉ có thể khống
chế các điều kiện để thời gian sử dụng công trình là cao nhất.
Có ba giai đoạn ảnh hưởng đáng kể đến thời gian sử dụng một kết cấu: thiết
kế, chế tạo và sử dụng, trong đó ăn mòn đóng vai trò quan trọng trong mỗi giai
đoạn. Bất kỳ một sai sót nào trong việc khống chế ăn mòn ở mỗi giai đoạn đều
dẫn đến giảm thời gian sử dụng kết cấu.
Thiết
kế
↓
(a) Dạng hình học và cấu trúc
(b) Lựa chọn vật liệu
(c) Môi trường vận hành
(d) Sử dụng lớp phủ bảo vệ
(e) Sử dụng phương pháp bảo vệ điện hóa
Chế tạo
↓

(a) Tái tạo chính xác thiết kế
(b) Sử dụng vật liệu đã được chỉ định
(c) Sử dụng đúng phương pháp xử lý nhiệt
(d) Sử dụng đúng kỹ thuật chế tạo
(e) Áp dụng đúng các lớp phủ bảo vệ
Sử
dụng
↓

Quy trình bảo dưỡng đúng:
(a) Sử dụng đúng vật liệu để thay thế các chi tiết hư hỏng hoặc bị
ăn mòn
(b) Theo dõi các thông số của môi trường
(c) Bảo dưỡng các lớp phủ bảo vệ
(d) Theo dõi các thông số của thiết bị bảo vệ điện hóa
→
Hư hỏng trong bất kỳ giai đoạn nào cũng dẫn đến hư hỏng
sớm kết cấu

Các phương pháp khống chế ăn mòn quan trọng nhất là:
- Thay đổi môi trường
- Thay đổi thiết kế
- Lựa chọn vật liệu
- Sử dụng các lớp phủ bảo vệ
- Bảo vệ anốt hoặc bảo vệ catốt
Phương pháp khống chế ăn mòn phải luôn được xem xét như một thông số
trong việc thiết kế cho toàn bộ kết cấu, bên cạnh các thông số khác như tính toán
ứng suất, mỏi và rão, kỹ thuật chế tạo. Hiệu quả khống chế ăn mòn phải được
theo dõi suốt theo tuổi thọ của kết cấu bao gồm thời gian tồn trữ, vận chuyển và
sử dụng.

86
Phương pháp được lựa chọn để khống chế ăn mòn sẽ có độ tin cậy cao khi:
(a) Bảo đảm kết cấu có phạm vi an toàn thích hợp khi thực hiện chức năng
của nó ứng với một tuổi thọ cho trước.
(b) Việc thay đổi các thông số thiết kế là nhỏ nhất, tránh tăng bề dày, khối
lượng, và chi phí đầu tư.
Ví dụ về việc tăng vốn đầu tư và giảm lợi nhuận: đường ống dẫn dầu dài
360km, có đường kính ngoài là 200 mm. Bề dày ống theo thiết kế để chịu được

các ứng suất khác nhau áp đặt lên ống là 6,3 mm, nhưng để chịu được ăn mòn
thì bề dày này phải là 8,3 mm. Điều này dẫn đến phải dùng thêm 3000 tấn thép
và làm giảm 4 % khả năng chuyên chở của đường ống (do giảm đường kính
trong).
Ngoài ra khi đã áp dụng một hệ khống chế ăn mòn, phải kiểm tra thật cẩn
thận quá trình gia công chế tạo, tồn trữ và vận hành để đảm bảo rằng các thay
đổi sau khi thiết kế vẫn tôn trọng thiết kế ban đầu.
7.2. Thiết kế tránh ăn mòn
7.2.1. Thiết lập các điều kiện tiên quyết cơ bản
Tuổi thọ tính toán của kết cấu, ứng suất cơ áp đặt lên kết cấu, mức độ dễ
bảo dưỡng hay sửa chữa sẽ ảnh hưởng đáng kể đến việc lựa chọn vật liệu,
phương pháp xử lý bề mặt, phương pháp bảo vệ catốt và mức độ thích hợp của
thiết kế.
Thông thường khi thiết kế người ta phải trả lời các câu hỏi sau:
a) Kết cấu sẽ được sử dụng ở đâu?
b) Thời gian sử dụng kết cấu?
c) Kết cấu có dễ bảo dưỡng không?
d) Có cho phép kết cấu ngưng hoạt động để sửa chữa?
e) Mức độ ăn mòn của môi trường?
f) Loại ăn mòn nào có thể xảy ra?
g) Kết cấu có thể bị ăn mòn mỏi hay ăn mòn dưới ứng suất hay không?
h) Sự có mặt các yếu tố tạo điều kiện ăn mòn mạnh: nhiệt độ cao? áp suất
cao? tốc độ dòng chảy cao?
Khi kết cấu làm việc trong khí quyển, điều kiện địa lý cục bộ sẽ cho biết
các mức độ ăn mòn của môi trường: khí hậu (nông thôn, thành thị, biển, gần các
nhà máy hóa chất, nhà máy luyện kim), mức độ ngưng tụ ẩm, độ axít và hàm
lượng muối của chất lỏng mà kết cấu chứa đựng, hàm lượng bụi và khí ăn mòn
trong không khí. Dầu bôi trơn, xăng dầu và các sản phẩm dầu mỏ khác ảnh
hưởng gián tiếp đến độ ăn mòn do làm hư hỏng các lớp sơn và vecni bảo vệ.
7.2.2. Lựa chọn phương pháp xử lý bề mặt hoặc phương pháp bảo vệ khác

Đa số kết cấu đều cần xử lý bề mặt để tăng tính thẩm mỹ và tính chống ăn
mòn. Nhà thiết kế tối thiểu phải biết đại cương về các phương pháp xử lý bề
mặt, nghĩa là phải trả lời được các câu hỏi sau:
a) Kết cấu sẽ được sơn, phủ nhựa đường, phủ cao su hay phủ kim loại?

87
b) Kết cấu có dễ bảo dưỡng với phương pháp xử lý bề mặt đã chọn lựa?
c) Tuổi thọ của lớp phủ bề mặt?
d) Có được tự do lựa chọn giữa phương pháp tẩy rửa, phương pháp xử lý,
thời gian sấy lớp phủ?
e) Dung sai cho phép?
f) Có thể sử dụng phương pháp bảo vệ catốt hay dùng chất ức chế thay cho
lớp phủ bảo vệ?
7.2.3. Nguyên tắc thiết kế có chú ý tới ăn mòn
7.2.3.1. Đơn giản hóa hình dáng
Hình dáng của kết cấu càng đơn giản (ví dụ tròn hơn) thì khả năng chống
ăn mòn càng lớn. Các dạng nhiều góc, cạnh, biên và có bề mặt bên trong thì
càng khó thực hiện việc xử lý bề mặt. Hơn nữa, kết cấu phức tạp sẽ có bề mặt
chịu ăn mòn nhiều hơn. Các dạng hình ống dễ sơn và có diện tích bề mặt nhỏ
hơn các dạng chữ L, T hay U.
7.2.3.2. Tránh tích tụ ẩm
Thông thường ăn mòn sẽ không xảy ra nếu không có ẩm, do đó nhà thiết kế
phải loại trừ ẩm khỏi kết cấu càng nhiều càng tốt. Các mặt cắt phải được sắp xếp
sao cho không tích tụ ẩm, dễ sơn và bảo dưỡng.



88
Các bể chứa phải được thiết kế sao cho có thể cạn hoàn toàn và sạch để ẩm
không tích tụ ở phía dưới. Các trụ chống phải đặt trên bệ đỡ bê tông.

Các tấm lợp mái nhà phải có độ dốc đủ để thoát nước mưa nhanh chóng.
Đối với nhà có một mái, độ dốc của mái nhà ít nhất là 1:4, còn đối với nhà có
hai mái độ dốc chỉ cần 1:10 đến 1:30.
Ẩm ngưng tụ hình thành ở điểm tiếp xúc giữa một dòng hơi nóng và một bề
mặt kim loại lạnh cũng là vấn đề lớn, do ẩm ngưng tụ thường không phải là
nước nguyên chất mà là dung dịch có tính ăn mòn. Ví dụ H
2
SO
4
và SO
2
ngưng
tụ từ khí đốt hoặc ống khói nhà máy luyện kim. Để tránh ẩm ngưng tụ, người ta
thường làm vách hai lớp cho các ống dẫn khí, ống khói, lựa chọn nhiệt độ làm
việc để không xảy ra ngưng tụ ẩm, thêm các chi tiết để tháo ẩm ngưng tụ hoặc
dùng chất cách nhiệt thích hợp.

89



Các thanh xà có mặt cắt chữ I, U, L nếu đặt không đúng cách hoặc các
không gian kín một phần sẽ tạo điều kiện để tích tụ ẩm. Các lỗ thoát ẩm, thông
gió phải đủ rộng để không bị bụi làm nghẹt, gây tích tụ ẩm.
Nếu có thể phải cố gắng tránh tạo ra các hốc hẹp trong kết cấu. Nếu không

thể, thì phải bít các hốc với các chất làm kín bảo vệ như mattit oxýt chì, mattit
cromat kẽm hoặc hàn kín.
7.2.3.3. Chú ý khả năng gây ăn mòn galvanic
Ăn mòn galvanic chỉ xảy ra khi có các điều kiện sau:
a) Các kim loại phải có sự khác biệt điện thế đủ lớn (> 50 mV)
b) Các kim loại phải tiếp xúc trực tiếp với nhau
c) Các kim loại phải tiếp xúc cùng một loại dung dịch điện ly
d) Dung dịch điện ly phải chứa oxy hòa tan (hoặc axít) để quá trình catốt có
thể xảy ra.
Nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải bảo đảm ít nhất một trong các điều kiện
trên không thể thực hiện được. Nếu có thể thì các kim loại và hợp kim khác