Ăn mòn trong công nghiệp Cement

Bài viết của Lina Mazeika, 3L&T Inc, USA đăng trên tạp chí xi măng quốc tế, số 2/2006 Người dịch: Dương Đức Hùng - Phòng Tổ chức Hành chính, CCID

Ảnh hưởng kinh tế từ tổn thất do ăn mòn đã trở thành một vấn đề lớn ở nhiều nhà máy xi măng. Ăn mòn làm nhà máy ngừng hoạt động, lãng phí các nguồn liệu quý giá, thiệt hại sản phẩm, giảm hiệu quả, bảo dưỡng đắt đỏ, xâm hại môi trường cũng như đe doạ an toàn. Nhiều người sử dụng trên thế giới đã khắc phục thực trạng này bằng việc sử dụng một thế hệ mới các vật liệu chống ăn mòn. Sau khi ứng dụng nhiều lần các loại vật liệu này trong túi lọc đang bị ăn mòn hiện tại, nhiều người sử dụng đã đi đến kết luận rằng thời gian tốt nhất để ngăn sự ăn mòn là trước nó bắt đầu. Bài báo này minh hoạ một vài ứng dụng các vật liệu này trong túi lọc mới ở châu Âu, châu Phi và Bắc Mỹ. Cách tốt nhất để chống ăn mòn là hiểu rõ cơ chế ăn mòn cụ thể, sau đó mới có thể tìm được biện pháp bảo vệ phù hợp. Ăn mòn đối với các thiết bị hạn chế ô nhiễm trong nhà máy xi măng xảy ra khi khí công nghệ chứa hơi ẩm, SO3, SO2, CO2, HCL và NOx hoạt động ở gần nhiệt độ ngưng tụ. Thêm một sự rắc rối xảy ra khi có sự dao động lớn trong nhiệt độ khí đi vào túi lọc. Ở nhiệt độ thấp hơn thì ăn mòn trở nên nghiêm trọng còn ở nhiệt độ cao hơn thì xảy ra sự thoái hoá do nhiệt đối với lớp lót chống ăn mòn.Thiệt hại do ăn mòn:

Thép các- bon bị ăn mòn rất nhanh khi tiếp xúc với khí ống xả a-xít ướt, thậm chí thép không gỉ cũng bị ăn mòn nghiêm trọng nếu clorua có trong khí. Các thiết bị hạn chế ô nhiễm như lọc bụi túi, lọc bụi tĩnh điện thường xuyên hỏng hóc do bị ăn mòn. Những bộ phận liên quan như tháp điều hoà, đường ống, quạt, ống khói cũng bị hư hại. Một đặc tính chung là, các thiết bị hoạt động ở phần cuối bộ phận làm lạnh trong công nghệ bị ăn mòn nặng nhất. Khu vực này tiếp xúc với hơi ngưng tụ, đặc biệt là khi dò dỉ khí lạnh, nhiệt độ bên ngoài thấp và tình trạng ngừng hoạt động thường xuyên xảy ra.

Các xu hướng ăn mòn gần đây Ăn mòn trở nên nghiêm trọng hơn khi hợp chất a-xít tập trung cao hơn trong khí bị đốt cháy. Các nguồn này thường là hàm lượng lưu huỳnh trong liệu cấp hoặc nhiên liệu, hàm lượng clorua trong liệu cấp hoặc trong không

khí gần biển và CO2, NOx từ quá trình đốt cháy. Tổn thất kim loại tích luỹ có thể lên đến 1,0mm/năm, hậu quả là nhiều trường hợp kim loại bị phá huỷ trong vòng chưa đến 5 năm. 

Gần đây có ít nhất bốn xu hướng làm cho ăn mòn ở các nhà máy xi măng trở nên trầm trọng hơn. Các nhà tư vấn tài chính cho rằng hiệu suất quá khứ không đảm bảo cho kết quả tương lai. Về phương diện ăn mòn thì những kết quả tương lai này rõ ràng là xấu đi. Các xu hướng này là:

Lượng lưu huỳnh cao hơn trong nhiên liệu: Chi phí nhiên liệu là chi phí hoạt động chính trong một nhà máy xi măng. Một cách để giảm chi phí là sử dụng nguồn nhiên liệu rẻ hơn như than cốc. Thường thì hàm lượng lưu huỳnh dao động trong khoảng 5 đến 6%, trong quá trình đốt cháy, chất lưu huỳnh này sản ra lượng SO2, SO3 nhiều hơn.

Sự chuyển đổi từ lọc bụi tĩnh điện sang lọc bụi túi: Do các quy định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt hơn nên nhiều lọc bụi tĩnh điện đang dần được chuyển đổi hoặc thay thế bằng lọc bụi túi. Phía sạch của các lọc bụi bị ăn mòn nhiều hơn do có ít bụi kiềm hơn để trung hoà a-xít.

Lọc bụi tốt hơn: Vải lọc bụi mới hiện nay trở nên hiệu quả hơn và có thể giảm bụi thải dưới 50mg/t3. Khí sạch hơn sẽ có tính a-xít nhiều hơn bởi vì lượng hạt kiềm để trung hoà a-xít ít hơn.

Đốt nhiều hơn các nhiên liệu thay thế: Ngày càng nhiều nhà máy xi măng đang đốt các loại chất thải khác nhau như một cách để giảm chi phí nhiên liệu và tăng doanh thu. Đây có thể là nguồn có lượng lưu huỳnh lớn hơn và thậm chí là nguồn có nhiều clorua hơn. Cả hai chất này có khuynh hướng làm tăng sự ăn mòn thép, clorua thậm chí còn phá huỷ thép không gỉ.

Hạn chế ăn mòn Lớp lót bảo vệ thông thường. Nhiều lớp lót bảo vệ đã được phát triển trong quá khứ. Các loại vật liệu lót epoxit có thể chịu được tác động của việc ngưng tụ a-xít ở các mức độ khác nhau. Silicone có thể chịu được nhiệt độ cao hơn nhưng vẫn bị tách lớp. Acrylics, alkyds hay polyesters sẽ không thể chịu được nhiệt độ hoạt động bình thường. 

Cách thức hoạt động không mong đợi điển hình của các lớp lót là sự thoái hoá do oxy hoá hoặc phân lớp từ bề mặt thép. Sự hư hại do oxy hoá xảy ra

khi các thiết bị công nghệ hoạt động ở nhiệt độ trên 150oC (300oF). Sự ăn mòn cắt chân răng, không liên kết và phân lớp xảy ra khi có bất kỳ sự hư hại bề mặt lớp lót nào hoặc chuẩn bị bề mặt có sai sót.

Các công nghệ vật liệu mới Hiện nay có những công nghệ lớp lót mới để xử lý các trường hợp ăn mòn nghiêm trọng này. Trong số đó có vật liệu hợp kim polyme, thích hợp với vận hành liên tục ở nhiệt độ 225oC (437oF), có thể lên đến đỉnh điểm 300oC (572oF) trong vài giờ. Vật liệu này với tên gọi FlueGard-225SLB có độ liên kết chắc chắn đối với thép và chống được a-xít nóng và chịu mài mòn rất tốt.

Các ứng dụng thành công đầu tiên được tiến hành cách đây hơn 4 năm bằng việc lắp đặt với số lượng lớn trong lọc bụi túi, lọc bụi tĩnh điện, quạt, ống khói và đường ống. Hiện tại có nhiều dự án đang triển khai ở nhiều ngành công nghiệp khác nhau như xi măng, lọc dầu, phát điện, cán thép, luyện kim, khai thác đá, xử lý chất thải, tái chế ắc quy và muội than.

Lọc bụi túi mới Dựa trên những kết quả mỹ mãn về chống ăn mòn cho các thiết bị hiện tại, một số công ty xi măng lớn trên thế giới đã quyết định ứng dụng các lớp lót này ở các bộ lọc mới. Đây là một bước chuyển biến mang tính chiến lược. Khi lớp lót được thực hiện trong giai đoạn xây dựng thì giá thành thấp hơn, thời gian ngắn hơn, chất lượng tốt hơn và ít ảnh hưởng tới vận hành của nhà máy. Gần đây nhất, các bộ lọc bụi mới có FlueGard-225SLB bảo vệ được kể đến như sau:

Yeles, Tây Ban Nha: Trong năm 2005, dự án đầu tiên trong số các dự án được thực hiện ở Yeles, Tây Ban Nha, gần Toledo. Một bộ lọc bụi lò mới đã được hãng Cemengal SA, một thành viên của Tập đoàn Redecam Group SpA cung cấp cho nhà máy. Các công đoạn được phủ lớp lót trên mặt đất, tất cả các bề mặt dễ dàng tiếp cận làm cho công việc đạt hiệu quả cao. Hình minh hoạ số 2 cho thấy việc ứng dụng dễ dàng trên một bức tường. Các bộ phận sau đó được tổ hợp và lớp lót được làm cứng nhờ khí công nghệ khi khởi động vận hành.

Merida, Mê-hi-cô: Một hệ thống lọc bụi mới trong đó một lọc bụi tĩnh điện cho nghiền liệu được hãng FLSmidth Mê-hi-cô cung cấp cho một nhà máy xi măng ở Merida. Các công đoạn cũng được phủ lớp lót trên mặt đất và được tổ hợp tại chỗ. Hình ảnh minh hoạ số 3 cho thấy các phễu đã được tổ hợp tại chỗ. Việc làm cứng cuối cùng nhờ khí nóng từ vòi đốt đi vòng qua

bộ sấy.

Dudefield, Nam Phi: Nhà máy này đã quyết định lắp đặt một lọc bụi túi lò nung mới để cải thiện môi trường. Dựa vào kinh nghiệm trước đó, Dudefield đã lường trước được sự án mòn nghiêm trọng đối với thiết bị mới này. Họ đã ứng dụng FlueGard-225SLB ở phía khí sạch của một lọc bụi xung khí do hãng Mikropul (Pty) Limited sản xuất. Dự án này đang được triển khai. Hình số 4 minh hoạ việc đo độ dày bằng chụp phim trên một tấm thép.

Bunol và Alicante, Tây Ban Nha: Một tập đoàn xi măng lớn ở Tây Ban Nha đã quyết định chuyển đổi các lọc bụi tĩnh điện lò nung tại hai nhà máy sang lọc bụi túi xung khí. Các dự án này đang được FLSmith Airtech triển khai và cả hai nhà máy đều sử dụng FlueGard-225SLB ở phía khí sạch. Đây là một loại dự án cần có sự phối hợp chặt chẽ ở hiện trường để tránh chồng chéo. Tuy chi phí cao hơn, mất thời gian hơn song vẫn hiệu quả hơn việc tiến hành lớp lót sau này như là hoạt động bảo dưỡng.

Phát triển vật liệu chịu nhiệt độ cao Một loại vật liệu gần đây được phát triển đi sâu vào các vấn đề ăn mòn ở nhiệt độ rất cao. Loại vật liệu này có tên gọi FlueGard-325S là sự kết hợp của một chất liên kết polyme vô cơ và một số chất độn vô cơ trở kháng, hai loại này có cỡ hạt trong dải nanomét (10-9 m). Bề mặt hữu ích của các chất độn nano lớn hơn khoảng 1 triệu lần so với các vật liệu hạt mịn thông thường. Kết quả là, lớp lót chống ăn mòn hoạt động tốt ở nhiệt độ lên đến 325oC (617o F) và chịu được lộ sáng ở nhiệt độ lên đến 450oC (842o F).Gần đây, một nhà máy xi măng ở Acapulco, Mê-hi-cô đã quyết định thay thế lọc bụi lò nung hiện tại bằng một một lọc bụi túi mới. Do nhiệt độ vận hành có thể lên tới 265oC (509o F) nên lớp lót được lựa chọn để ứng dụng là loại vật liệu mới FlueGard-325S. Loại lọc bụi này hiện tại đang được CAMMSA, một nhà sản xuất lọc bụi địa phương lắp đặt. Hầu hết các bộ phận đều được phủ lớp lót và lọc bụi được tổ hợp tại hiện trường vào tháng 10-2005. Hình 5 minh hoạ việc ứng dụng một trong các khoang.

Kết luận Hiện nay có nhiều giải pháp chống ăn mòn hiệu quả, nhưng các hiện tượng ăn mòn khác nhau ở một nhà máy xi măng cần các công nghệ xử lý khác nhau. Nếu không làm gì cả, việc ăn mòn sẽ đẩy chi phí bảo dưỡng tương lai lên cao và kéo dài thời gian dừng hoạt động. Nếu chọn sai giải pháp sẽ lại ảnh hưởng đến chi phí bảo dưỡng, thời gian dừng hoạt động và tính hiệu quả,

thậm chí ảnh hưởng cả đến chi phí ban đầu. 

Việc nhận biết những ảnh hưởng kinh tế ngắn và dài hạn do ăn mòn có thể giúp hợp lý hoá vốn đầu tư khi lựa chọn một giải pháp kiểm soát ăn mòn hiệu quả. Một sự hiểu biết sâu sắc về các điều kiện vận hành tương lai và sau đó là tiến hành một chương trình chống ăn mòn hợp lý tuy làm tăng chi phí đầu tư song hiệu quả hơn rất nhiều so với chi phí bảo dưỡng sau này, thiệt hại trong sản xuất, chi phí phát sinh do vận hành các thiết bị không hiệu quả.

Cho dù ở nhà máy mới, mở rộng hay cải tạo thì yêu cầu về chống ăn mòn đối với các thiết bị mới phải được xem xét đánh giá. Một số thời gian và tiền bạc nhất định đầu tư trước sẽ tiết kiệm được rất nhiều thời gian, sản lượng và tiền bạc nhờ tuổi thọ của thiết bị.

Nhiều nhà máy xi măng đã đi đến kết luận rằng thời gian tốt nhất để bảo vệ các thiết bị kiểm soát ô nhiễm khỏi bị ăn mòn là thời gian xây dựng trước khi hiện tượng ăn mòn bắt đầu.