PHỤ LỤC G
(Tham khảo)
SỰ TẠO THÀNH VẾT NỨT DO ĂN MÒN ỨNG SUẤT
G.1. Tổng quan
Ăn mòn ứng suất là một hiện tượng hóa - lý tác động đến một phạm vi các kim loại bao gồm đồng, titan, thép cacbon và thép không gỉ. Hiện tượng này hầu như có thể xảy ra khi một số bộ phận bằng kim loại chịu tác dụng của các ứng suất vừa phải khi bị phơi ra một môi trường riêng và được đặc trưng bởi sự xuất hiện của các vết nứt tế vi chạy vuông góc với trục ứng suất chính và có thể ở giữa các hạt hoặc xuyên qua hạt (giữa là có thể chạy giữa các hạt trong cấu trúc kim loại hoặc xuyên qua chúng). Đỉnh vết nứt có dang lông chim (chứa nhiều nhánh rất mịn) chỉ ra rằng đây không phải là sự chảy dẻo đơn giản hoặc vết nứt mỏi.
Các hư hỏng do ăn mòn ứng suất đã được báo cáo trong đường ống đồng của các hệ thống lạnh fluorocacbon và trong các bình chịu áp lực và đường ống bằng thép trong các hệ thống lạnh amoniac. Phần lớn các trường hợp hư hỏng do ăn mòn ứng suất trong thiết bị amoniac xảy ra trong các bình chứa cao áp, mặc dù ăn mòn ứng suất được biết là đã ảnh hưởng đến vỏ của các bộ bay hơi của máy làm lạnh nước, các bình thu hồi dầu, đường ống của ống góp hút. Không có trường hợp nào được báo cáo về các hư hỏng do ăn mòn ứng suất ở các bình chứa bằng thép trong các thiết bị lạnh fluorocacbon, mặc dù điều kiện này có thể dẫn đến sự hình thành các vết nứt ăn mòn ứng suất trong trường hợp axit hóa môi chất lạnh. Chưa biết có trường hợp tạo thành vết nứt do ăn mòn ứng suất của thép không gỉ, hoặc thép titan trong các hệ thống lạnh.
G.2. Ăn mòn ứng suất ở đồng
Ăn mòn ứng suất đã được báo cáo ở các ống đồng dùng cho các hệ thống lạnh fluorocarbon, các vết ăn mòn này thường phát triển từ bên ngoài vào bên trong và thường được kích hoạt bởi các hóa chất trong các hợp chất kết dính của lớp cách ly khi được phơi ra môi trường ẩm, ví dụ, khi các ống được bọc cách ly bị nhúng chìm trong quá trình lắp đặt. Ứng suất phát sinh do ống được chất tải với áp lực và vết nứt xuất hiện theo chiều dọc. Sau khi có hư hỏng do ăn mòn ứng suất, bên trong ống có cấu trúc đặc trưng màu xanh của đồng. Một khi đã xảy ra ăn mòn ứng suất thường dẫn đến nhiều lỗ rò rỉ nhỏ và cần phải thay thế đường ống đã bị ăn mòn này. Ăn mòn ứng suất sẽ không lan rộng ra các đoạn ống ở đó không chịu tác động của các điều kiện của môi trường ăn mòn.
G.3. Ăn mòn ứng suất ở thép
Ăn mòn ứng suất cũng đi liền với hư hỏng không nặng nề của các bình chịu áp lực bằng thép cacbon trong các hệ thống lạnh amôniac. Ăn mòn đã tạo ra các vết nứt tế vi không khác thường ở mặt bên trong của bình chịu áp lực. Với điều kiện là các vết nứt này không phát triển ra ngoài lượng ăn mòn cho phép của bình và không ảnh hưởng đến độ bền cơ học của vỏ bọc chịu áp lực thì chúng có thể được xem như không tạo thành vấn đề lớn và được chấp nhận. Thông thường các vết nứt tế vi có độ sâu khoảng 1 mm nhưng không phát triển ra xa. Tuy nhiên, đôi khi một vết nứt do ăn mòn ứng suất liên tục lan rộng.
G.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất
G.4.1. Giới thiệu chung
Các điều kiện nêu sau đây tập trung vào các hệ thống lạnh amôniac sử dụng thiết bị chịu áp lực bằng thép cacbon. Đã có khuyến nghị về ngăn ngừa sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất,
G.4.2. Giới hạn chảy
Sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất thường xảy ra trong các loại thép có giới hạn chảy cao vì bề mặt giòn hơn. Đã xác định được rằng không có vết nứt không xảy ra nếu vật liệu cơ bản có giới hạn chảy nhỏ hơn 350 MN/m2. Vật liệu có giới hạn chảy nhỏ nhất 265 MN/m2 nên được sử dụng cho các vỏ và các nắp đầu mút của bình chịu áp lực, nhưng giới hạn chảy thực tế của vật liệu có thể cao hơn giá trị nhỏ nhất đã quy định.
CHÚ THÍCH: "Giới hạn chảy nhỏ nhất" là một thuật ngữ được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp luyện thép có liên quan đến giới hạn chảy thấp nhất cho phép đối với vật liệu. Giới hạn chảy của các vật liệu trong thực tế được sử dụng trong chế tạo một bình chứa có thể vượt quá giá trị nhỏ nhất tới 50%.
G.4.3. Nhiệt độ
Sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất thường xảy ra ở các nhiệt độ nâng cao. Nếu nhiệt độ làm việc bình thường của bình chứa là trên -5 °C hoặc nếu nhiệt độ bình chứa trong quá trình ngắt hệ thống được mong đợi là trên -5 °C thì bình chứa nên được khử ứng suất sau hàn. Theo truyền thống, yêu cầu này đã được áp dụng cho các bình chứa cao áp, nhưng các bộ tiết kiệm năng lượng và các bình làm mát trung gian có thể vận hành ở phạm vi nhiệt độ này cũng như các bộ bay hơi dùng cho các máy làm lạnh nước. Các bình thu hồi dầu cũng có thể chịu nhiệt độ cao hơn trong các khoảng thời gian dài và nên được khử ứng suất.
G.4.4. Hàm lượng oxy
Sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất thường xảy ra khi có các mức oxy tăng trong phạm vi hệ thống lạnh. Các bình chứa cao áp trong đó các khí không ngưng tụ được, bao gồm cả oxy có thể tích tụ sẽ đặc biệt nguy hiểm. Đa số các trường hợp được báo cáo về sự hình thành vết nứt ăn mòn ứng suất là ở các bình chứa cao áp, tuy nhiên cũng có trường hợp sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất đã xảy ra ở các bình chứa có áp suất trung bình và thấp.
CHÚ THÍCH: Sự hình thành ăn mòn ứng suất có thể bắt đầu nếu mức oxy vượt quá 5 x 10-7 (0,5 ppm). Duy trì hàm lượng oxy dưới 0,5 ppm trong một hệ thống liên tục là không khả thi, nhưng cần cẩn thận để đảm bảo rằng hệ thống được làm sạch các khí không ngưng tại thời điểm hoạt động và hàng ngày khi vận hành.
G.4.5. Hàm lượng nước
Đã có báo cáo về sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất ít xảy ra nếu có các mức nước vừa phải trong amoniac. Do hàm lượng nước trong amoniac tăng lên, lượng oxy yêu cầu để bắt đầu ăn mòn ứng suất cũng tăng lên, đến giới hạn của nước 2 x 10-3 (2000 ppm), nước sẽ ức chế hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất với điều kiện là mức oxy ở dưới 1 x 10-4 (100 ppm).
CHÚ THÍCH: Điều khám phá này là kết quả nghiên cứu về các hư hỏng của các thùng chứa amoniac trong công nghiệp sản xuất phân bón đã được báo cáo rộng rãi như một biện pháp phòng ngừa cho các bình chứa amoniac, bao gồm cả các bình chứa của hệ thống lạnh. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu này không có ích đáng kể trong một hệ thống lạnh trong đó oxy tích tụ lại như một khí không ngưng tụ ở phía trước van tiết lưu với hỗn hợp hơi/lỏng (thường là ở trong bình chứa cao áp) nhưng nước tích tụ lại như một chất lỏng (hoặc nước đá) không bay hơi ở sau van tiết lưu (thường là ở trong bình chứa hạ áp hoặc bình tích lỏng).
G.4.6. Sự lão hóa của thiết bị
Rò rỉ do hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất rất có thể xảy ra trong một ít tháng vận hành đầu tiên cho thấy rằng các vết nứt tế vi hầu hết đều hình thành ngay khi hiện diện tất cả các điều kiện tiên quyết và chỉ cần có thời gian để vết nứt lan truyền khắp vật liệu đã biến đổi. Đó là một hàm số của chiều dày vật liệu, ứng suất tác động vào vật liệu và các tính chất của vật liệu.
G.4.7. Tránh sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất
Khi bảo đảm rằng giới hạn chảy của vật liệu cơ bản đủ thấp là biện pháp có hiệu quả nhất để tránh sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất (SCC), vì sự hình thành vết nứt trên bề mặt lúc ban đầu gắn liền với vật liệu có giới hạn chảy cao. Tất cả các phụ tùng nối ống như các nắp đầu mút nên được tạo hình nóng hoặc khử ứng suất sau khi gia công nguội. Vật liệu chế tạo các chi tiết dạng vỏ nên được quy định có giới hạn chảy nhỏ nhất 265 MN/m2. Các bình chứa nên được khử ứng suất sau khi chế tạo nếu được. Nếu bình chứa có lắp các chi tiết bên trong dễ nhạy cảm như các ống lót cao su thì xử lý nhiệt sau hàn.
CHÚ THÍCH: Đối với các bình chứa có nhiệt độ thấp (ví dụ, các bình tích lỏng, bình chứa hạ áp và các ống hút chữ V) thì xử lý nhiệt sau hàn ít hiệu quả hơn nhưng nên thực hiện nếu có thể thực hiện được. Đối với các bình chứa có nhiệt độ cao như các bình chứa cao áp, máy làm lạnh nước, bình trung gian và các bộ tiết kiệm năng lượng thì xử lý nhiệt sau hàn là rất cần thiết.
Tài liệu dựa trên các ngành công nghiệp sản xuất amoniac và phân bón khuyến nghị hàm lượng nước nhỏ nhất là 2 x10-3 (2000 ppm) trong các hệ thống amoniac để ngăn ngừa sự ăn mòn ứng suất với hàm lượng oxy tới 1 x 10-4 (100 ppm). Trong các hệ thống lạnh, hàm lượng nước này có thể có lợi cho các bộ bay hơi, ví dụ, các máy làm lạnh nước, nhưng không chắc có nhiều ảnh hưởng đến các bình chứa cao áp và các bình trung gian.
G.4.8. Kết luận
Chú ý đến các chi tiết trong đặc tính kỹ thuật của vật liệu, sản xuất, thử nghiệm và lắp đặt hệ thống bảo đảm rằng có thể tránh được sự ăn mòn ứng suất. Khi sự hình thành vết nứt do ăn mòn ứng suất đã gây ra rò rỉ, bộ phận bị hư hỏng phải được thay thế, có thể đó là ống đồng trong hệ thống fluorocacbon hoặc bình chịu áp lực bằng thép trong hệ thống amôniac. Khi nhận biết có các vết nứt do ăn mòn ứng suất nhưng không có sự lan truyền thì nên giám sát bình chứa để có cơ sở xác định khi nào thì nên thay thế bình chứa này.
THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TCVN 6104-3 (ISO 5149-3), Hệ thống lạnh và bơm nhiệt - Yêu cầu về an toàn và môi trường - Phần 3: Địa điểm lắp đặt
[2] ISO 12944-1, Paints and varnishes - Corrosion protection of steel structures by protective paint systems - Part 1: General introduction (Sơn và vecni - Bảo vệ chống ăn mòn các kết cấu thép bằng các hệ thống sơn bảo vệ - Phần 1: Giới thiệu chung)
[3] ISO 13849-1, Safecty of machinery - Safety-related parts of control systems - Part 1: General prenciples for design (An toàn máy - Các chi tiết liên quan đến an toàn của các hệ thống điều khiển - Phần 1: Nguyên tắc chung cho thiết kế)
[4] IEC 60079-14, Explosive atmospheres - Part 1: Electrical installation design, selection and errection (Môi trường nổ - Phần 1: Thiết kế, lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện)
[5] IEC 60079-15:2005, Electrical apparatus for explosive gas atmospheres - Part 5: Construction, test and marking of type of protection "n" electrical apparatus (Thiết bị điện cho các môi trường khí nổ - Phần 15: Kết cấu, thử nghiệm và ghi nhãn kiểu thiết bị điện bảo vệ "n")
[6] IEC 60079-15:2010, Explosive atmos phere - Part 15: Equipment protection by type protection “m" (Môi trường nổ - Phần 15: Bảo vệ thiết bị bằng bảo vệ kiều "n")
[7] IEC 60721, Classification of environmental conditions (Phân loại các điều kiện môi trường)
[8] EN 1092-1, Flanges and their joints - Circular flanges for pipes, valves, fittings and accessories, PN designated - Part 1: Steel flanges (Mặt bích và các mối nối bích - Mặt bích tròn dùng cho các ống, các van, phụ tùng nối ống và các phụ tùng có ký hiệu PN - Phần 1: Mặt bích thép)
[9] EN 1092-3, Flanges and their joints - circular flanges for pipes, valves, fittings and accessories, PN designated - Part 3: Copper alloy flanges (Mặt bích và các mối nối bích - Mặt bích tròn dùng cho các ống, các van, phụ tùng nối ống và phụ tùng có ký hiệu PN - Phần 3: Mặt bích hợp kim đồng)
[10] EN 12735-1, Copper and copper alloys - Seamless, round copper tubes for air conditioning and refrigeration - Part 1: Tubes for piping systems (Đồng và các hợp kim đồng - Ống đồng tròn không hàn dùng cho làm lạnh và điều hòa không khí - Phần 1: Ống dùng cho hệ đường ống)
[11] EN 12735-2, Copper and copper alloys - Seamless round copper tubes for air conditioning and refrigeration - Part 2: Tuber for equipment (Đồng và các hợp kim đồng - ống đồng tròn không hàn dùng cho làm lạnh và điều hòa không khí - Phần 2: Ống dùng cho thiết bị)
[12] EN 13136, Refrigerating systems and heat pumps - Pressure relief devices and their associated piping - Methods for calculation (Hệ thống lạnh và bơm nhiệt - Các cơ cấu an toàn và đường ống liên kết của chúng - Phương pháp tính toán)
[13] EN-13313, Refrigerating systems and heat pumps - Competence of personnel (Hệ thống lạnh và bơm nhiệt - Năng lực của các nhân viên)
[14] EN 14276-2, Pressure equipment for refrigerating systems and heat pumps - Part 2: Piping - General requirements (Thiết bị chịu áp lực dùng cho các hệ thống lạnh và bơm nhiệt - Phần 2: Đường ống - Yêu cầu chung)
[15] ASHRAE-15:2010, Safety standard for refrigeration systems (Tiêu chuẩn an toàn cho các hệ thống lạnh)
[16] ASMEB 31,5, Refrigeration piping and heat transfer components (Đường ống lạnh và các bộ phận truyền nhiệt)
[17] Globally Harmonization system of classification and Labelling of chemicals (GHS) (Hệ thống hài hòa toàn cầu của phân loại và ghi nhãn các hóa chất)
[18] ISO 13971, Refrigeration systems and heat pumps - Flexible pipe elements, vibration isolators, expansion joints and non-metallic tubes - Requirements and classification (Hệ thống lạnh và bơm nhiệt - Các bộ phận ống mềm, cáo bộ chống rung, các mối nối giãn nở và các ống phi kim loại - Yêu cầu và phân loại)
[19] TCVN 5699-2-34 (IEC 60335-2-34), Thiết bị điện gia dụng và thiết bị điện tương tự - An toàn - Phần 2-34: Yêu cầu cụ thể đối với động cơ-máy nén