- Giới thiệu
- Cơ chế ăn mòn
của CUI
- Phương pháp
phát hiện CUI
- Chiến lược
phòng ngừa CUI
- Tiêu chuẩn và
hướng dẫn liên quan
- Kết luận
Giới thiệu
Ăn mòn dưới lớp bảo ôn (Corrosion Under Insulation – CUI) là hiện tượng ăn mòn xảy ra khi độ ẩm và chất ăn mòn tích tụ trên bề mặt kim loại bị che phủ bởi lớp bảo ôn. Do nằm dưới lớp vỏ bọc, CUI thường khó quan sát trực tiếp và dễ bị bỏ sót cho đến khi thiệt hại nghiêm trọng.
Trên thực tế, CUI là một vấn đề
phổ biến trong các ngành dầu khí, hóa chất, phân bón và năng lượng hạt nhân.
Một số thống kê cho thấy CUI chiếm tới 40–60% chi phí bảo trì ống dẫn
trong ngành dầu khí và góp phần vào gần 50% các sự cố rò rỉ hydrocarbon
tại các cơ sở nhà máy trong hai thập kỷ qua. Do tính chất ẩn giấu và mức độ thiệt hại, việc hiểu rõ nguyên nhân và biện pháp đối phó với CUI là cực
kỳ cần thiết.
CUI có thể xảy ra ở thiết bị vận hành ở nhiệt độ gần môi trường xung
quanh hoặc khi chịu nhiệt độ cao. Nguy cơ ăn mòn tăng lên trong khoảng 50–230°C
tùy loại vật liệu: ví dụ, theo API RP 583, thép carbon và hợp kim thấp có nguy
cơ CUI tăng mạnh ở 77–110°C, thép không gỉ Austenit ở 60–177°C, và thép không
gỉ duplex ở trên 140°C. Điều này có nghĩa là ở nhiệt độ khoảng 60–175°C, các
đường ống và thiết bị inox Austenit rất nhạy với CUI, và đối với thép carbon ở
khoảng 80–110°C. Nếu lớp bảo ôn bị hư hại (vỡ nứt, thấm nước), điều kiện ẩm ướt
và có ion ăn mòn sẽ hình thành ngay, khiến phản ứng điện hóa xảy ra một cách
nhanh chóng.
Cơ chế ăn mòn của
CUI
Về bản chất, ăn mòn dưới lớp bảo ôn chỉ xảy ra khi có mặt đồng thời
của nước và chất điện ly (hoặc chất ăn mòn) trên bề mặt kim loại ẩn dưới lớp bảo
ôn. Quá trình ăn mòn thường là một phản ứng oxy hóa điện hóa. Trong môi trường
CUI, có thể xảy ra nhiều dạng cơ chế khác nhau, trong đó nổi bật là:
- Ăn mòn điện hóa (Galvanic): Xảy ra khi ẩm ướt trong lớp bảo ôn chứa muối hoặc điện giải, tạo
thành mạch điện giữa hai kim loại khác nhau. Ví dụ, nếu thép carbon tiếp
xúc với vỏ bọc kim loại hoặc phụ kiện mạ kẽm, sự khác biệt điện thế sẽ
thúc đẩy kim loại ít trơ (anode) ăn mòn nhanh hơn. Khi đó, một trong hai
kim loại sẽ bị ăn mòn, thường là thép carbon nếu nối với vật liệu quý hơn
(như thép không gỉ hoặc kẽm).
- Ăn mòn kiềm/axit: Khi trong vật liệu bảo ôn (như bột silicat canxi, len khoáng…) có
chứa các ion kiềm hoặc axit hòa tan, chúng có thể tạo ra môi trường kiềm
hoặc axit cục bộ khi bị thấm ướt. Trong trường hợp này, kim loại dưới lớp
bảo ôn bị tấn công do phản ứng ăn mòn trong môi trường pH cao (kiềm) hoặc
pH thấp (axit), đẩy mạnh quá trình oxy hóa.
- Ăn mòn do clo (Clorua): Clorua dễ hoà tan trong nước và tích tụ tại bề mặt kim loại dưới bảo
ôn. Các ion clorua là chất ăn mòn mạnh, đặc biệt đối với thép không gỉ
Austenit (dòng 300 series). Khi có độ ẩm, clorua sẽ phá hủy màng thụ động
bảo vệ crom, dẫn đến ăn mòn cục bộ hoặc lan rộng.
- Nứt ăn mòn ứng suất do clorua (ECSCC): Đây là một dạng ăn mòn kết hợp
giữa ứng suất và clorua, thường xảy ra trên thép không gỉ Austenit 300 series. Khi
nhiệt độ trong khoảng khoảng 60–175°C và tồn tại ion clorua, thép không gỉ
dễ bị nứt do ứng suất ăn mòn bên ngoài (External Chloride SCC). ECSCC có thể
gây nứt nở nhỏ và rò rỉ, thường xảy ra mà không có dấu hiệu thẩm thấu lớn
cho tới khi nứt lan rộng.
Cần lưu ý, quá trình ăn mòn CUI nói chung chủ yếu là quá trình oxy hóa
(không cần hai kim loại khác nhau) ở điều kiện ngập/đọng nước. Nghĩa là chỉ cần
nước và oxy (có thể chứa muối) là đủ, không nhất thiết phải có hai kim loại
khác nhau như ăn mòn điện hóa thông thường. Vì vậy, dù không có điện thế giữa
hai kim loại, nước đọng bên trong lớp bảo ôn cùng với oxy không khí đã đủ tạo
điều kiện cho phản ứng ăn mòn xảy ra.
Phương pháp phát
hiện CUI
Do nằm ẩn dưới lớp bảo ôn dày, CUI thường không thể phát hiện bằng quan
sát thông thường. Theo các nghiên cứu, chưa có một phương pháp NDT nào đơn
lẻ đủ để phát hiện mọi trường hợp CUI. Thông thường, người ta phải kết hợp
nhiều kỹ thuật để tăng khả năng phát hiện. Một số phương pháp phổ biến bao gồm:
- Loại bỏ lớp bảo ôn (Visual inspection): Tiến hành bóc/tách lớp bảo ôn và
kiểm tra trực quan bề mặt thiết bị. Đây là cách “cơ bản” nhất nhưng tốn
kém và phải dừng thiết bị nhiều lần.
- Chụp phóng xạ (Radiography): Sử dụng tia X hoặc gamma (ví dụ
hệ thống OpenVision) để khảo sát mất mát vật liệu trên đường ống hoặc bình
áp qua lớp bảo ôn. Các hệ chuyên dụng có thể phát hiện sự suy giảm độ dày,
nhưng thường yêu cầu khoảng cách làm việc nhất định và chỉ áp dụng cho ống
(đường kính giới hạn, ví dụ ~300 mm).
- Kiểm tra siêu âm sóng dẫn (Guided Wave Ultrasonic Testing – GWT): Phát sóng siêu âm dọc theo ống
từ một vị trí; sử dụng để quét nhanh các đoạn ống dài và tìm vị trí có mất
mát vật liệu (mặc dù không định lượng chính xác).
- Siêu âm độ dày từ bên trong (UT from inside): Đo độ dày thành từ bên trong
thiết bị (nếu có thể tiếp cận đường bên trong). Cho phép xác định độ ăn
mòn cục bộ chính xác hơn, nhưng phải tốn công vào thiết bị.
- Kiểm tra dòng điện xoáy xung/Cảm biến từ xung (Pulsed Eddy Current – PEC): Định vị vùng ăn mòn trên đường
ống thép có lớp bảo ôn bằng cách phát xung từ trường xuyên qua lớp bảo ôn.
Hiệu quả cho ống thép cacbon có đường kính lớn, có thể quét nhanh nhưng độ
phân giải hạn chế.
Pulsed eddy current probe for
drone-led NDT inspections from Voliro - Đầu dò dòng điện xoáy xung cho các kiểm tra NDT bằng máy bay không người lái từ Voliro.
- Khảo sát nhiệt hồng ngoại (Infrared Thermography): Dò nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn để
phát hiện điểm ẩm (khu vực giữ ẩm có nhiệt độ cao hơn). Phương pháp này
gián tiếp, chỉ ra vùng khả nghi cần kiểm tra chi tiết hơn.
- Tán xạ neutron (Neutron Backscatter): Dùng neutron để phát hiện độ ẩm
trong bảo ôn (proton trong nước làm chậm neutron). Có thể xác định vùng bảo
ôn ẩm ướt, nhưng dễ bị nhiễu nếu có đường ống khác gần kề.
- Các kỹ thuật điện từ khác (Bracelet probe, EMAT…): Sử dụng đầu dò cảm ứng từ để
quét độ dày hoặc phát hiện ăn mòn qua lớp bảo ôn mỏng (không áp dụng cho bảo
ôn dày).
Các phương pháp này đều có ưu và nhược điểm riêng. Do đó, chiến lược phổ
biến là đánh giá rủi ro – ưu tiên kiểm tra những thiết bị hoặc khu vực
nghi ngờ CUI cao (ví dụ điểm tiếp giáp, giá đỡ, mối nối) bằng cách kết hợp các
kỹ thuật (xóa lớp bảo ôn ở khu vực nghi ngờ, dùng siêu âm hoặc x-quang quét
diện rộng, kết hợp phép kiểm tra nhiệt/PEC để xác định khu vực ẩm). Phân tích
nguy cơ CUI (loi hỏng và hệ quả) cũng được áp dụng để lập kế hoạch kiểm tra
định kỳ, nhằm giảm chi phí tháo lắp toàn bộ bảo ôn không cần thiết.
Chiến lược phòng
ngừa CUI
Phòng ngừa CUI bắt đầu từ khâu thiết kế và vật liệu đến bảo dưỡng thường
xuyên. Một số biện pháp then chốt gồm:
- Chọn và thi công sơn phủ (paint, coating) bảo vệ chất lượng cao: Phủ lớp sơn hoặc lớp phủ kim
loại không gỉ (ví dụ nhôm phủ nhiệt thermal sprayed aluminum – TSA hay hợp kim kẽm)
có độ bám dính tốt trước khi bảo ôn sẽ tạo màng ngăn nước xâm nhập. Tuy
nhiên, lưu ý các nghiên cứu (NACE SP0198) khuyến cáo không dùng riêng lớp
phủ kẽm hữu cơ trong dải nhiệt 120–350°F (50–175°C) vì có thể xảy ra đảo
cực điện hóa khiến thép bị ăn mòn thay cho kẽm. Thay vào đó, dùng các lớp
phủ nhôm chuyên dụng hoặc hợp chất không hữu cơ (ví dụ ceramic CUI
coatings) để đảm bảo bảo vệ lâu dài.
- Sử dụng vật liệu bảo ôn không giữ ẩm và không chứa chất ăn mòn: Ưu tiên bảo ôn chống thấm
nước (hydrophobic), ví dụ len đá hoặc len sợi thủy tinh phủ hydrophob,
và không chứa chất dễ hòa tan (như muối clorua). Tiêu chuẩn ASTM C795 hiện
hành quy định vật liệu bảo ôn tiếp xúc inox Austenitic phải được kiểm tra
hóa phẩm (độ clo và florua) để loại trừ ăn mòn cho inox. Ngoài ra, dùng vỏ
bọc bảo ôn (insulation jacketing) chịu thời tiết tốt, có ron cao su gia
cường và điểm nước thoát (drain) để hạn chế nước đọng.
- Bảo vệ cơ khí và lắp đặt hệ thống chống thấm: Thiết kế bộ gá, kẹp ống, cổ
tựa,… sao cho không dẫn nước vào các khe hở. Đảm bảo lớp phủ bảo vệ
(jacketing) khít kín quanh thiết bị và được cố định tốt. Thường xuyên kiểm
tra và siết/vệ sinh các mối đệm, nẹp bảo ôn bị bong hở ngay khi phát hiện.
- Biện pháp bảo vệ phụ trợ cho thép không gỉ Austenitic: Với đường ống và bồn thép không gỉ 300-series, có thể bọc nhôm foil như một biện pháp bổ sung chống
CUI. Màng nhôm mỏng cung cấp rào chắn hơi nước và điện hóa hy sinh,
corrode thay cho inox bên dưới. Ví dụ, quấn ống inox bằng giấy nhôm dày
~0.1 mm (46 SWG) với các nếp gấp chống dột, có thể ngăn ngừa nứt ăn mòn do
clorua trong dải nhiệt 60–175°C. Ngoài ra, sử dụng thép inox hệ duplex (có
niken và crôm cao) cho các tuyến ống nhạy này cũng giúp giảm nguy cơ
ECSCC, dù chi phí vật liệu cao hơn.
- Bảo dưỡng và giám sát định kỳ: Định kỳ kiểm tra bên ngoài lớp
vỏ bảo ôn (qua đo độ ẩm, camera nhiệt) và thay thế vật liệu bảo ôn đã giảm
tính chống thấm. Kịp thời khắc phục các vết nứt, hở hay hư hại vỏ bọc để
tránh hơi ẩm xâm nhập. Kết hợp bảo trì các lớp phủ chống ăn mòn (sơn,
TSA…) để đảm bảo chúng luôn trong tình trạng tốt. Mục tiêu chung là luôn
giữ thiết bị khô ráo, hạn chế tiếp xúc nước và các chất ăn mòn trên
bề mặt kim loại.
Các biện pháp này nếu được thực hiện đầy đủ sẽ kéo dài đáng kể tuổi thọ
thiết bị. Ngược lại, khi lớp phủ hữu cơ bị trầy xước hay bong tróc, nước và hóa
chất sẽ dễ dàng xâm nhập và gây ăn mòn tức thì. Do đó, kết hợp giữa vật liệu bảo
ôn chất lượng, sơn phủ đảm bảo và thiết kế thông minh (đường thoát nước, bề mặt
cản ẩm) là chìa khóa để phòng ngừa CUI.
Tiêu chuẩn và hướng
dẫn liên quan
Nhiều tiêu chuẩn quốc tế và khuyến cáo kỹ thuật đã được phát triển để ứng
phó CUI. Một số tiêu chuẩn quan trọng bao gồm:
- API 510 (In-service Pressure Vessel Inspection Code): Yêu cầu kiểm tra, bảo dưỡng định
kỳ cho bồn áp, bao gồm lưu ý đến CUI (mục 5.5.6) đối với vỏ tàu và các bộ
phận liên quan khi thiết bị đã vào vận hành (áp dụng cho hầu hết lò phản
ứng và bồn áp trong nhà máy lọc hóa). API 510 khuyến cáo lập kế hoạch kiểm
tra CUI trên các khu vực dễ bị ảnh hưởng.
- API 570 (Piping Inspection Code): Đề cập các hệ thống ống chịu CUI
và hướng dẫn xác định đường ống nhạy (Sec.5.2.1) và những vị trí thường
xảy ra CUI (Sec.5.4.2). Ví dụ, đường ống dùng cho hơi nước và hóa chất,
vùng tiếp xúc môi trường ẩm ướt, van nối hở, khớp nối gia nhiệt,… được
liệt kê là đối tượng ưu tiên kiểm tra.
- API RP 574 (Inspection Practices for Piping System Components): Là tài liệu tham khảo giúp kỹ
thuật viên API 570 thực hiện quy trình kiểm tra các bộ phận đường ống
(khớp nối, van, mặt bích…). Điều mục 6.3.3 của tài liệu này bàn về CUI và
nêu một số qui tắc chung trong quan sát đường ống bọc bảo ôn.
- API RP 583 (Corrosion Under Insulation and Fireproofing): Phiên bản 2 (2021) của tài liệu
này tập trung vào thiết kế, bảo trì, kiểm tra và khắc phục CUI/CUF cho cả
thép carbon, hợp kim thấp và thép không gỉ dưới bảo ôn. Nội dung bao gồm:
phân tích CUI/CUF, đánh giá rủi ro (xác suất hỏng và hậu quả), hướng dẫn
chọn vật liệu bọc bảo ôn, chọn phủ kim loại thích hợp, và phân tích các kỹ
thuật NDT để phát hiện tổn hại.
- NACE SP0198-2010 (R2016) – Control of Corrosion Under Thermal
Insulation: Tiêu chuẩn này (đã thay thế RP0198-2004) cung cấp “công nghệ
hiện tại và thực hành công nghiệp để giảm thiểu ăn mòn dưới bảo ôn và lớp
phủ chống cháy”. NACE SP0198 đưa ra cách tiếp cận toàn diện (hệ thống)
về thiết kế, vật liệu và quy trình kiểm tra để ngăn ngừa CUI.
- ASTM C795/C1617/C1763: ASTM C795 quy định tiêu chuẩn vật liệu bảo ôn khi dùng cho bề mặt
inox Austenitic (yêu cầu thử nghiệm để đảm bảo không làm ăn mòn inox).
ASTM C1617-19 là phương pháp thí nghiệm gia tăng tốc độ để đánh giá độ ăn
mòn của ion rò rỉ từ vật liệu bảo ôn lên kim loại (đo bằng tỷ lệ ăn mòn).
ASTM C1763-20 là phương pháp đo độ hấp thụ nước của vật liệu bảo ôn khi
ngâm vào nước. Các tiêu chuẩn này giúp nhà sản xuất và kỹ sư lựa chọn vật
liệu và nhà thầu đáp ứng yêu cầu chống ăn mòn (ví dụ: hàm lượng clorua
thấp, không giữ nước).
Ngoài ra, một số tiêu chuẩn/quy trình khác liên quan là NACE RP0188
(External Corrosion Direct Assessment, phục vụ đánh giá rủi ro CUI) và các
hướng dẫn của Hiệp hội Chống ăn mòn (NACE) hay Hiệp hội Vật liệu Bảo ôn (ISM),
cũng khuyến khích áp dụng phân tích rủi ro, hướng dẫn tốt nhất về bảo ôn chống
ẩm và lịch kiểm tra. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này đảm bảo chu trình quản lý
CUI có cơ sở khoa học và nhất quán.
Kết luận
Ăn mòn dưới lớp bảo ôn là một thách thức lớn trong vận hành các thiết bị
nhiệt. Đặc điểm ẩn náu và đa dạng cơ chế gây ăn mòn khiến CUI
dễ xảy ra mà ít được chú ý. Để quản lý CUI hiệu quả, các nhà máy cần phối hợp nhiều
biện pháp: thiết kế hợp lý (chọn vật liệu, lớp phủ, bảo ôn tốt), kiểm
tra thường xuyên bằng kết hợp nhiều phương pháp NDT, và bảo dưỡng kịp
thời lớp vỏ bảo ôn và lớp phủ bảo vệ. Tuân thủ các tiêu chuẩn và hướng dẫn
quốc tế (API, NACE, ASTM…) sẽ giúp đảm bảo rằng rủi ro CUI được đánh giá đúng
mức và các biện pháp phòng ngừa được áp dụng phù hợp. Bằng cách thực hiện đồng
bộ các phương pháp trên, nguy cơ mất an toàn và chi phí bảo trì do CUI có thể
giảm thiểu đáng kể.
Nguồn tham khảo:
- https://inspectioneering.com/tag/corrosion+under+insulation
- https://voliro.com/blog/corrosion-under-insulation/
- https://store.astm.org/c1617-19.html
- https://www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/different-approach-to-managing-corrosion-under-insulation/
- https://www.corrosion.com.au/non-destructive-testing-techniques-for-detection-of-cui-corrosion-under-insulation/
- https://nexxis.com/the-best-inspection-methods-for-corrosion-under-insulation/
- https://www.jm.com/en/blog/industrial-insulation/?filter=blog:industrial-insulation/cui-corrosion-under-insulation
---
Nhận xét
Đăng nhận xét
Các bạn có câu hỏi gì, cứ mạnh dạn trao đổi nhé, baoduongcokhi sẵn sàng giải đáp trong khả năng của mình.