Thép không gỉ dùng trong hệ thống rửa khí khói khử lưu huỳnh (FGD)

Các thiết bị làm sạch khí thải ướt (FGD) là một trong những nơi ăn mòn mạnh nhất trong nhà máy điện, và việc lựa chọn vật liệu ở đây phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng clorua, độ pH thấp, axit ngưng tụ và mài mòn — chứ không chỉ riêng nhiệt độ. Loại thép không gỉ phù hợp phụ thuộc vào từng vùng: 316L có thể đáp ứng ở những vị trí ít khắc nghiệt, nhưng vùng hấp thụ, các giao diện ướt–khô và các khu vực tập trung clorua thường yêu cầu 317L, thép duplex 2205 hoặc các loại thép austenit siêu bền và duplex siêu bền chứa 6% molypden. Chọn hợp kim quá kém bền sẽ dẫn đến ăn mòn điểm và ăn mòn khe nhanh chóng; còn lựa chọn đúng cấp thép thì thiết bị có thể vận hành ổn định hàng chục năm. Tại Công ty TNHH Thép không gỉ Chiết Giang Văn Cường, chúng tôi hỗ trợ các đơn vị vận hành xác định môi trường cụ thể để lựa chọn cấp thép phù hợp theo từng vùng.

Môi trường FGD ướt
Trong bộ lọc đá vôi ẩm, khí thải nóng tiếp xúc với hỗn hợp bùn loãng để hấp thụ dioxide lưu huỳnh, tạo thành một hỗn hợp có tính chất hóa học khắc nghiệt. Các ion clorua, được đưa vào từ than và tập trung do bay hơi và tuần hoàn lại, là nguyên nhân chủ yếu gây ra ăn mòn điểm (pitting) và ăn mòn khe hở (crevice corrosion); nồng độ của chúng trong dung dịch tuần hoàn có thể đạt hàng nghìn hoặc hàng chục nghìn phần triệu (ppm). Độ pH ở mức thấp, thường dao động từ 4 đến 6 trong khối bùn loãng và còn thấp hơn nhiều trong ngưng tụ cục bộ; đồng thời, các dạng lưu huỳnh còn sót lại cùng với oxy hòa tan làm tăng tính axit oxy hóa.
Tác động cơ học cộng thêm tác động hóa học. Các chất rắn đá vôi và thạch cao mài mòn bề mặt, trong khi hỗn hợp bùn di chuyển qua các đầu phun, vòi phun và đường ống tuần hoàn làm xói mòn các lớp màng bảo vệ. Những vị trí tệ nhất là các vùng giao diện ẩm - khô, ví dụ như cửa vào, nơi khí nóng lần đầu tiếp xúc với chất lỏng và quá trình bay hơi làm tăng nồng độ clorua và axit, tạo thành các lớp màng ăn mòn mạnh có thể gây ăn mòn điểm (pitting) ngay cả trên vật liệu đã được hợp kim hóa tốt. Nhiệt độ thay đổi từ cao ở cửa vào xuống gần nhiệt độ môi trường tại ống dẫn khí ra, do đó cơ chế ăn mòn cũng thay đổi dọc theo hướng dòng chảy.

Tại sao các mác thép tiêu chuẩn gặp khó khăn
Bạn đánh giá khả năng chống ăn mòn điểm do clorua của thép austenit hoặc thép duplex bằng chỉ số tương đương kháng ăn mòn điểm (PREN), được tính sơ bộ theo công thức: crôm cộng với 3,3 lần molypden cộng với 16 lần nitơ. Giá trị PREN càng cao, thép càng chịu được nồng độ clorua cao hơn và độ pH thấp hơn trước khi xuất hiện hiện tượng ăn mòn điểm.

thép không gỉ 316L, với chỉ số PREN khoảng 25, chỉ chịu được mức clorua khiêm tốn và dễ bị ăn mòn lỗ sâu nhanh chóng trong dung dịch FGD đậm đặc, do đó chỉ được dùng ở những vùng ít khắc nghiệt nhất. Thép không gỉ 317L, với hàm lượng molypden tăng thêm, mở rộng giới hạn chịu đựng một chút. Thép duplex 2205 vừa có chỉ số PREN cao hơn vừa có độ bền chảy gần gấp đôi so với 316L, nên cho phép sử dụng các tiết diện ống dẫn bùn và các bộ phận bên trong bộ hấp thụ mỏng hơn nhưng chắc hơn. Khi hàm lượng clorua tăng lên hàng chục nghìn ppm và độ pH giảm, chỉ có thép siêu austenit 6Mo hoặc thép siêu duplex 2507 mới duy trì độ bền đáng tin cậy trước hiện tượng ăn mòn lỗ sâu và ăn mòn khe hở.

Các vùng vật liệu dọc theo hệ thống
Hệ thống khử lưu huỳnh khí thải (FGD) được hiểu tốt nhất như một chuỗi các môi trường. Vùng đầu vào và vùng làm mát nhanh — một giao diện ẩm–khô với khí nóng, axit ngưng tụ và clorua tập trung — là khu vực khắc nghiệt nhất, thường yêu cầu vật liệu siêu austenit chứa 6% molibden hoặc kết cấu có lớp lót. Thân tháp hấp thụ và các bộ phận bên trong, đầu phun, cũng như đường ống tuần hoàn dung dịch đều tiếp xúc với bùn đậm đặc, giàu clorua và có tính mài mòn ở nhiệt độ vừa phải; do đó, thép duplex 2205 hoặc các mác thép siêu austenit thường được sử dụng. Đường ống tuần hoàn và xả bùn, chịu tác động của ăn mòn do xói mòn, được hưởng lợi từ độ bền và chỉ số PREN cao của thép duplex. Đoạn ống dẫn khí đầu ra và khu vực bộ tách sương mù — có nhiệt độ thấp hơn, hàm lượng clorua thường thấp hơn nhưng vẫn ẩm và có tính axit — có thể sử dụng thép 317L hoặc thép duplex tùy điều kiện thực tế tại chỗ. Các đoạn ống dẫn khí phía hạ lưu được gia nhiệt lại hoặc ở trạng thái khô thì điều kiện vận hành nhẹ nhàng hơn và có thể dùng các mác thép ít hợp kim hơn.
Vì mỗi vùng khác nhau, nên hiếm khi một loại hợp kim nào đó phù hợp cho toàn bộ hệ thống. Nếu chọn vật liệu quá dư thừa ở mọi nơi thì bạn sẽ lãng phí tiền bạc; còn nếu chọn vật liệu không đủ tiêu chuẩn tại đầu vào hoặc bộ hấp thụ thì bạn đang tự rước thất bại. Việc lập bản đồ nồng độ clorua, độ pH, nhiệt độ và mài mòn cho từng vị trí là cách tiếp cận có kỷ luật để lựa chọn vật liệu.

Khe hở, mối hàn và gia công chế tạo
Ngay cả loại hợp kim đúng cũng sẽ hỏng sớm nếu bỏ qua các khe hở và mối hàn. Các miếng đệm, mối nối bulông chồng lấn, cặn bám và mối hàn thấu sâu không đầy đủ đều tạo ra các khe hở, nơi clorua tập trung và ăn mòn điểm bắt đầu ở mức thấp hơn khả năng chịu đựng của kim loại khối. Cần thiết kế sao cho giảm thiểu khe hở, ưu tiên các mối hàn thấu sâu hoàn toàn và đảm bảo khả năng thoát nước để chất rắn không tích tụ.
Việc hàn phải bảo vệ khả năng chống ăn mòn. Đối với các mác thép duplex, cần kiểm soát lượng nhiệt đưa vào và sử dụng que hàn phù hợp để duy trì cân bằng giữa pha ferit và pha austenit, đồng thời tránh hình thành các pha làm giòn vật liệu; đối với các mác thép siêu austenit, que hàn gốc niken có độ hợp kim cao hơn mức trung bình sẽ bù đắp cho hiện tượng phân bố không đều của molypden trong mối hàn. Lớp oxit do nhiệt gây ra phải được loại bỏ và bề mặt phải được tạo lại lớp thụ động, bởi vì các vùng hàn bị giảm hàm lượng crôm chính là nơi dung dịch khử sulfur dioxide (FGD) xâm nhập đầu tiên. Việc xác định vật liệu tích cực (PMI) đối với ống và phụ kiện khi nhập kho giúp ngăn chặn sai sót tốn kém do việc sử dụng nhầm mác thép có độ bền thấp trong khu vực có hàm lượng clorua cao.

Lý do thường phải nâng cấp
Nhiều hệ thống khử lưu huỳnh khí thải (FGD) ban đầu được xây dựng với lớp lót hoặc thép không gỉ loại nhẹ hơn, sau đó được nâng cấp khi hàm lượng clorua trong nhiên liệu tăng lên, chu kỳ tải làm gia tăng ngưng tụ hoặc các sự cố lớp lót làm lộ phần nền. Than có hàm lượng clorua cao hơn, việc tái sử dụng nước dẫn đến nồng độ muối tăng lên và các giới hạn phát thải nghiêm ngặt hơn—kéo theo việc bổ sung các giai đoạn ướt—đều khiến môi trường vận hành ngày càng đòi hỏi các hợp kim có chỉ số PREN cao hơn. Việc nâng cấp lên các mác duplex hoặc siêu austenit giúp giảm độ dày thành thiết bị nhờ cường độ cao hơn, cắt giảm thời gian ngừng bảo trì và kéo dài tuổi thọ, từ đó thường bù đắp được chi phí cao hơn của hợp kim trong suốt thời gian vận hành còn lại của nhà máy.

Hướng dẫn thực tế
Chọn vật liệu cho khu vực hệ thống khử lưu huỳnh (FGD) theo từng khu vực dựa trên nồng độ clorua, độ pH, nhiệt độ và mài mòn, sử dụng chỉ số PREN làm hướng dẫn sàng lọc: chỉ dùng thép không gỉ 316L ở vùng nhẹ, thép không gỉ 317L và thép duplex 2205 ở vùng có clorua trung bình đến cao, và thép siêu austenitic 6Mo hoặc thép duplex siêu cấp 2507 ở khu vực đầu vào, tháp hấp thụ và dung dịch đậm đặc. Giảm thiểu khe hở, sử dụng que hàn phù hợp và loại bỏ lớp oxit do nhiệt. Wenqiang cung cấp ống, ống dẫn và phụ kiện bằng thép không gỉ 316L, 317L, duplex 2205 và duplex siêu cấp 2507/S32750 kèm theo kiểm tra xác minh thành phần vật liệu (PMI), phân tích hóa học, thử nghiệm cơ tính và thử nghiệm chống ăn mòn, giúp người vận hành lựa chọn đúng loại hợp kim đã được kiểm chứng và chứng nhận phù hợp cho từng khu vực của thiết bị rửa khí.

Các câu hỏi thường gặp
Câu hỏi: Vì sao thép không gỉ 316L thường không đủ khả năng chịu đựng trong các thiết bị rửa khí FGD?
Trả lời: Thép không gỉ 316L có chỉ số PREN khoảng 25 và chỉ chịu được nồng độ clorua ở mức vừa phải. Dung dịch FGD làm tăng nồng độ clorua lên hàng nghìn hoặc hàng chục nghìn ppm ở độ pH thấp, do đó thép 316L dễ bị ăn mòn điểm (pitting) và ăn mòn khe (crevice corrosion) nhanh chóng, trừ khi được sử dụng ở những khu vực nhẹ nhất.
Câu hỏi: Làm thế nào để lựa chọn thép không gỉ phù hợp cho các khu vực khác nhau trong hệ thống FGD?
A: Lập bản đồ nồng độ clorua, pH, nhiệt độ và mài mòn cho từng vị trí, sau đó chọn thép không gỉ có chỉ số PREN phù hợp: 316L cho vùng nhẹ, 317L và duplex 2205 cho vùng có clorua trung bình đến cao, và thép austenit siêu bền 6Mo hoặc duplex siêu bền 2507 cho vùng đầu vào, vùng hấp thụ và dung dịch cô đặc.

Để đặt ống, ống dẫn và phụ kiện bằng thép không gỉ cấp FGD loại 316L, 317L, 2205 và 2507 kèm đầy đủ kiểm tra xác minh vật liệu (PMI) và kiểm tra ăn mòn, vui lòng liên hệ Công ty TNHH Thép Không Gỉ Chiết Giang Văn Cường tại số +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/