Xói mòn trong Đường ống Hơi và Nước Ngưng

Xói mòn là một quá trình vật lý liên quan đến sự mài mòn dần dần của một vật thể rắn do ma sát. Bài viết này tập trung vào hiện tượng xói mòn trong đường ống hơi và nước ngưng – một vấn đề phổ biến trong các nhà máy hơi nước, nơi các đoạn ống bị bào mòn gây rò rỉ hơi nghiêm trọng.

Xói mòn làm mỏng thành ống, lâu dần có thể tạo ra các lỗ thủng, dẫn đến rò rỉ hơi sống, gây nguy hiểm lớn về an toàn.

Nguyên nhân gây xói mòn

Nguồn gốc chính của xói mòn là nước lẫn trong dòng hơi hoặc nước ngưng không được xả ra, di chuyển với tốc độ cao trong đường ống. Khi liên tục va đập vào các đoạn uốn cong, nước có thể làm mỏng dần thành ống do khối lượng và vận tốc va chạm lớn, tương tự như quá trình cắt bằng tia nước trong công nghiệp. Loại xói mòn này – gây ra bởi các giọt nước – thường được gọi là Xói mòn do Va đập Giọt Lỏng (LDI).

Trong nhiều trường hợp, đặc biệt với đường ống thép carbon, xói mòn có thể phá hủy lớp xử lý bề mặt bảo vệ bên trong, đẩy nhanh quá trình mỏng hóa thành ống do điện hóa, còn gọi là ăn mòn. Thực tế, xói mòn và ăn mòn thường kết hợp với nhau để gây ra hiện tượng mỏng thành ống hơi bên trong.

Thiệt hại đường ống do xói mòn

Khả năng chống xói mòn phụ thuộc vào vật liệu. Vì lý do chi phí và lắp đặt, đường ống thép carbon thường được sử dụng làm tiêu chuẩn trong hầu hết hệ thống phân phối hơi, dù không bền bằng thép không gỉ. Thép không gỉ thường chỉ được dùng trong các ứng dụng đòi hỏi vô trùng như dược phẩm, công nghệ sinh học hoặc hơi sạch.

Khi các giọt chất lỏng va vào thành trong ống, thành ống sẽ dần bị bào mòn. Một số phương pháp xử lý bề mặt có thể giúp thép carbon chống ăn mòn, nhưng hiệu quả kém hơn so với thép không gỉ. Các biện pháp này chỉ tạm thời bảo vệ thép để làm chậm xói mòn và ăn mòn.

Tuy nhiên, một khi quá trình mỏng hóa do xói mòn bắt đầu, thành ống có thể bị bào mòn nhanh hơn. Nguyên nhân là do nước tốc độ cao không chỉ phá hủy cơ học vùng thép bị va đập mà còn đẩy nhanh ăn mòn bằng cách loại bỏ lớp bảo vệ bề mặt.

Các loại xói mòn khác trong đường ống hơi và nước ngưng

Xói mòn không chỉ giới hạn ở LDI hoặc nước ngưng tách dòng tốc độ cao.

Đường ống thu hồi nước ngưng đặc biệt dễ bị xói mòn do hơi nước bốc hơi đột ngột không được xử lý đúng cách trong dòng xả. Mặc dù đường ống ngưng được thiết kế để vận chuyển nước ngưng, quá trình bốc hơi lại có thể tạo ra môi trường tương tự đường ống phân phối hơi chứa lượng lớn hơi ẩm tốc độ cao. Loại xói mòn LDI này thường được gọi là “xói mòn do bốc hơi”.

Xói mòn do bốc hơi thường trầm trọng hơn bởi hai yếu tố:

1. Đường ống thu hồi nước ngưng quá nhỏ, gây vận tốc hơi bốc cao (hiệu ứng cắt nước).
2. Các chất ăn mòn như axit cacbonic thường xuất hiện trong nước ngưng nhiệt độ thấp.

Ngoài ra, “xói mòn do xâm thực” có thể xảy ra do sóng xung kích từ sự sụp đổ đột ngột của các vùng không có chất lỏng trong nước ngưng. Hiện tượng này xảy ra khi hơi bốc chiếm thể tích lớn nhưng ngưng tụ nhanh sau khi mất nhiệt, chuyển sang thể tích nhỏ hơn. Sự chênh lệch thể tích giữa hơi và nước ngưng tạo ra khoảng trống được lấp đầy bạo lực bởi nước ngưng xung quanh, gây sóng xung kích (búa nước). Sự sụp đổ nhanh chóng của thể tích hơi cùng sóng xung kích có thể làm xói mòn và hư hỏng đường ống nghiêm trọng.

Biện pháp chống xói mòn

Giới hạn xói mòn trong đường ống thu hồi nước ngưng

Để giảm xói mòn, cần nhiều yếu tố thiết kế, trong đó quan trọng nhất là kích thước đường ống đủ lớn để phù hợp với dòng hai pha (hơi và nước ngưng).

Thông thường, đường ống thu hồi nước ngưng được thiết kế dựa trên lưu lượng trung bình. Tuy nhiên, nếu sử dụng bẫy hơi hoạt động gián đoạn (như bẫy phao, đĩa, piston hoặc nhiệt tĩnh), lưu lượng xả tức thời có thể lớn hơn nhiều so với tính toán, dẫn đến vận tốc dòng ngưng cao hơn dự kiến và làm tăng xói mòn.

Trong trường hợp này, các giải pháp bao gồm:

• Đặt bẫy hơi xa hơn về phía thượng lưu, tránh các điểm đổi hướng.
• Loại bỏ các đoạn đổi hướng nếu có thể.
• Tăng kích thước đường ống xả nếu hiệu quả về chi phí.
• Chọn bẫy hơi có kiểu xả liên tục như Free Float® hoặc bẫy phao.

Giới hạn xói mòn trong đường ống phân phối hơi

Phòng ngừa xói mòn trong đường ống hơi đơn giản hơn, chủ yếu bằng cách loại bỏ giọt nước lẫn trong hơi thông qua việc lắp đặt bộ tách hơi-nước ngưng.

Dù hơi từ lò hơi có thể khá khô, tất cả lò hơi không có bộ quá nhiệt đều chứa một lượng nhỏ nước ngưng. Ngoài ra, nước ngưng cũng hình thành do thất thoát nhiệt qua bức xạ dọc đường ống. Do đó, cần lắp bẫy hơi định kỳ và bộ tách để loại bỏ cơ học giọt nước khỏi hơi ở những vị trí cần thiết.

Nguồn: TLV
Người dịch: Thanh Dương