Khi nào thép không gỉ 316L không phù hợp để làm ống mao dẫn?

Thép không gỉ 316L là vật liệu ống mao dẫn phổ biến, nhưng tính linh hoạt không có nghĩa là phù hợp với mọi loại chất lỏng, nhiệt độ hoặc áp suất. Một ống hoạt động đáng tin cậy trong thiết bị phân tích sạch có thể bị hỏng khi sử dụng trong quy trình có chứa clorua, ngay cả khi cả hai hệ thống vận hành ở áp suất tương tự. Thành ống mỏng khiến khả năng chống ăn mòn cục bộ bị hạn chế, trong khi đường kính trong nhỏ có thể khiến các cặn bám nhỏ gây cản trở dòng chảy nghiêm trọng.

Đối với các chuyên gia đánh giá kỹ thuật, câu hỏi không chỉ đơn giản là 316L có “khả năng chống ăn mòn” hay không. Vấn đề là liệu ống đã hoàn thiện có thể duy trì độ kín chịu áp, độ ổn định kích thước và độ tinh khiết của chất lỏng trong suốt quá trình vận hành, vệ sinh, dừng máy và khởi động lại thông thường hay không. Các điều kiện dưới đây là lý do để loại bỏ 316L hoặc yêu cầu thêm bằng chứng thuyết phục trước khi đưa ra thông số kỹ thuật.

Clorua khiến ăn mòn cục bộ đáng quan tâm hơn ăn mòn trung bình

316L chứa molypden, giúp cải thiện khả năng chống rỗ do clorua gây ra so với thép không gỉ 304. Cải thiện này hữu ích, nhưng không đồng nghĩa với khả năng miễn nhiễm. Dung dịch clorua ấm, nước biển, cặn muối và một số chất tẩy rửa có thể làm mất ổn định màng thụ động bảo vệ vật liệu.

Ở ống mao dẫn, tốc độ ăn mòn trung bình thấp có thể gây hiểu lầm. Phần lớn bề mặt có thể vẫn nguyên vẹn trong khi chỉ một hố ăn mòn xuyên thủng thành ống. Các khe hở ở đầu nối nén, cặn bị giữ lại và các đoạn tù đọng có thể tạo ra điều kiện cục bộ khắc nghiệt hơn so với những gì thành phần chất lỏng tổng thể cho thấy.

Không có nồng độ clorua phổ quát nào mà dưới mức đó 316L luôn an toàn. Nhiệt độ, pH, các chất oxy hóa, lượng oxy sẵn có, tình trạng bề mặt và thời gian tiếp xúc đều ảnh hưởng đến kết quả. Sự bay hơi hoặc khô gián đoạn có thể làm dung dịch loãng cô đặc đến mức vượt xa nồng độ đo được ở đầu vào.

Cần đặc biệt thận trọng khi điều kiện vận hành kết hợp các yếu tố sau:

• Chất lỏng ấm có chứa clorua và thời gian tù đọng kéo dài.
• Muối tích tụ dưới lớp cách nhiệt hoặc trên các bề mặt bên ngoài không được che chắn.
• Các khe hở không thể súc rửa hoặc kiểm tra.
• Chất khử trùng có tính oxy hóa, bao gồm chất tẩy rửa gốc hypochlorite.

Đối với nước biển hoặc mức phơi nhiễm clorua tương tự có tính ăn mòn cao, hãy đánh giá thép không gỉ hợp kim cao hơn, các hợp kim niken phù hợp hoặc titan. Cần đối chiếu từng vật liệu với toàn bộ thành phần hóa học; không loại nào là giải pháp thay thế phù hợp trong mọi trường hợp.

Khi nhiệt độ và ứng suất kéo tác động đồng thời

Nứt ăn mòn ứng suất do clorua là một lý do khác khiến 316L có thể không phù hợp. Hiện tượng này đòi hỏi phải có vật liệu nhạy cảm, môi trường xâm thực và ứng suất kéo. Ứng suất có thể phát sinh từ áp suất bên trong, tải trọng khi lắp đặt, các đoạn uốn cong gấp, hàn hoặc ứng suất dư tạo ra trong quá trình kéo ống.

Nhìn chung, rủi ro tăng khi nhiệt độ tăng, nhưng một ngưỡng nhiệt độ duy nhất không phải là quy tắc thiết kế đáng tin cậy. Nồng độ cục bộ và tình trạng chế tạo cũng rất quan trọng. Ống mao dẫn cuộn chặt, đã qua gia công nguội và tiếp xúc với clorua ấm cần được đánh giá khác với ống đã ủ, dẫn chất lỏng sạch, không xâm thực.

Ký hiệu “L” có nghĩa là hàm lượng cacbon thấp. Điều này giúp giảm nguy cơ nhạy hóa trong quá trình hàn và tiếp xúc nhiệt thích hợp, nhưngkhông loại bỏ hiện tượng rỗ do clorua hoặc nứt ăn mòn ứng suất do clorua. Khi không thể chấp nhận hiện tượng nứt, thay đổi thành phần hợp kim có thể đáng tin cậy hơn việc chỉ dựa vào khử ứng suất hoặc xử lý bề mặt.

Phải kiểm tra khả năng tương thích với axit dựa trên thành phần, không phải tên gọi

316L thường là lựa chọn kém cho môi trường axit clohydric và có thể không phù hợp trong các môi trường axit khử khác. Khả năng tương thích với axit sulfuric thay đổi đáng kể theo nồng độ và nhiệt độ. Axit hỗn hợp, nhiễm halogenua và muối kim loại hòa tan có thể làm thay đổi thêm hiệu suất.

Biểu đồ ăn mòn là điểm khởi đầu, không phải tài liệu cho phép mua hàng. Dữ liệu về axit tinh khiết ở nhiệt độ phòng có thể không đại diện cho dòng quy trình chứa clorua, khí hòa tan hoặc cặn chất tẩy rửa. Các điều kiện bên trong ống mao dẫn bị tắc một phần cũng có thể khác với điều kiện trong bồn cấp.

Đối với môi trường hóa chất khắc nghiệt, hãy yêu cầu dữ liệu ăn mòn phù hợp với chất lỏng và phạm vi vận hành thực tế. Nếu không có dữ liệu đại diện, cần tiến hành thử nghiệm mô phỏng các điều kiện nhiệt độ, dòng chảy, tù đọng và vệ sinh có liên quan. Chỉ thử nghiệm ngâm trong thời gian ngắn có thể không phát hiện được hiện tượng nứt chậm hoặc ăn mòn khe hở.

Ống mao dẫn tương thích với môi trường ăn mòn vẫn có thể không phù hợp về mặt cơ học

Khả năng tương thích vật liệu chỉ là một phần trong việc đảm bảo khả năng chịu áp. Đường kính trong nhỏ không đồng nghĩa với áp suất định mức cao: đường kính ngoài, chiều dày thành ống tối thiểu, tình trạng vật liệu, dung sai kích thước, nhiệt độ và thiết kế đầu nối đều có ý nghĩa.

316L không phù hợp với thông số kỹ thuật khi không thể chứng minh cụm lắp ráp hoàn chỉnh đáp ứng áp suất hoặc tuổi thọ mỏi yêu cầu. Các mối quan ngại thường gặp gồm:

• Dao động áp suất: chu kỳ lặp lại có thể khởi phát mỏi tại các đoạn uốn, điểm đỡ, chỗ chuyển tiếp đầu nối hoặc khuyết tật bề mặt.
• Rung động: các đoạn không được đỡ có thể hỏng ngay cả khi áp suất ở trạng thái ổn định là chấp nhận được.
• Nhiệt độ cao: độ bền cho phép giảm và biến dạng phụ thuộc thời gian có thể trở nên đáng kể.
• Hư hại trong chế tạo: uốn quá mức, độ ôvan, vết xước hoặc thành ống bị mỏng cục bộ làm giảm biên độ an toàn hiện có.

Gia công nguội có thể làm tăng độ bền, nhưng cũng làm thay đổi độ dẻo và ứng suất dư. Không sử dụng các đặc tính chung của vật liệu đã ủ thay cho ống kéo nguội, cũng không nên cho rằng vật liệu bền hơn tự động tạo nên hệ thống đáng tin cậy hơn. Áp suất định mức phải tuân theo cơ sở thiết kế áp dụng và tính đến cả đầu nối lẫn ống.

Yêu cầu về độ tinh khiết và độ ổn định dòng chảy có thể loại 316L trước khi xảy ra rò rỉ

Trong phân tích vi lượng, xử lý dược phẩm và các hệ thống lấy mẫu nhạy, ống có thể không chấp nhận được dù chưa xuất hiện dấu hiệu ăn mòn nhìn thấy được. Sự giải phóng ion kim loại, phát sinh hạt, hiện tượng hấp phụ hoặc tương tác xúc tác với mẫu có thể làm sai lệch kết quả.

Đánh bóng điện hóa và thụ động hóa được kiểm soát đúng cách có thể cải thiện độ sạch và tình trạng bề mặt. Tuy nhiên, các quy trình này không thể khiến 316L trở nên trơ về mặt hóa học. Nếu có giới hạn nghiêm ngặt đối với tạp nhiễm niken, crom hoặc sắt, cần thử nghiệm khả năng tương thích để đo các nguyên tố đó trong điều kiện thời gian lưu và chu kỳ vệ sinh thực tế.

Đường kính trong nhỏ cũng làm trầm trọng thêm vấn đề cáu bẩn. Cặn bám làm giảm lưu lượng, tăng tổn thất áp suất và có thể tạo ra các vị trí ăn mòn cục bộ. Nếu không thể làm sạch hoặc kiểm tra lòng ống một cách đầy đủ, hãy xem xét lại kích thước ống, yêu cầu về bề mặt, vật liệu hoặc bố trí hệ thống thay vì coi việc thay hợp kim là giải pháp duy nhất.

Những vật liệu thay thế nào đáng được đánh giá?

Shandong Titanium Nickel Special Steel Co., Ltd. cung cấp vật liệu hợp kim đặc biệt, bao gồm hợp kim gốc niken và hợp kim titan. Dòng Dải thép hợp kim gốc niken của công ty bao gồm các vật liệu như Inconel 600, Inconel 625 và các mác Hastelloy dùng cho những ứng dụng chế tạo đòi hỏi khắt khe. Các sản phẩm dạng dải và tấm có thể hỗ trợ việc thảo luận rộng hơn về vật liệu, nhưng không phải là bằng chứng về khả năng cung cấp ống mao dẫn thành phẩm. Cần xác nhận riêng khả năng cung cấp ống, quy trình sản xuất, kích thước, xử lý nhiệt và yêu cầu kiểm tra.

Cần xác định những gì trước khi phê duyệt 316L?

Việc lựa chọn có cơ sở bắt đầu từ điều kiện vận hành bất lợi nhất có thể xảy ra, chứ không chỉ từ điểm vận hành bình thường. Ghi lại thành phần chất lỏng, tạp chất, nhiệt độ tối đa, chu kỳ áp suất, điều kiện dừng máy, hóa chất vệ sinh và mức tạp nhiễm có thể chấp nhận. Cần tính cả mức phơi nhiễm bên ngoài nếu ống chạy qua môi trường biển hoặc hóa chất.

Tiếp theo, hãy quy định sản phẩm hoàn chỉnh: đường kính ngoài, đường kính trong, chiều dày thành ống tối thiểu, tình trạng giao hàng, độ nhẵn bề mặt, yêu cầu uốn, đầu nối và các hạng mục thử nghiệm liên quan. Việc nhận dạng và tài liệu vật liệu phải phù hợp với mức độ rủi ro và các yêu cầu chi phối của ứng dụng.

316L không phù hợp khi không thể đáp ứng các yêu cầu đáng tin cậy về khả năng chống ăn mòn, cơ tính hoặc độ tinh khiết với biên độ an toàn đã được xác minh đầy đủ. Khi vẫn còn bất định, nên tiến hành thử nghiệm có mục tiêu hoặc chọn hợp kim có cơ sở dữ liệu hỗ trợ tốt hơn thay vì dựa vào danh tiếng chung của vật liệu. Với ống mao dẫn, ngay cả một bộ phận nhỏ cũng cần được đánh giá đầy đủ theo điều kiện sử dụng.