Trong dự án EPCI nói chung hay lĩnh vực đường ống nói riêng thì vật liệu là chủ đề rất quan trọng cần chuyên gia về vật liệu tính toán và lựa chọn vật liệu phù hợp với từng dự án. Qua bài viết này chúng tôi muốn giới thiệu đến các bạn kỹ sư đường ống biết được vai trò của kỹ sư vật liệu cũng như kiến thức cơ bản về vật liệu.
1 Vai trò kỹ sư vật liệu piping material engineer
Kỹ sư về vật liệu và chống ăn mòn đóng vai trò rất quan trọng trong dự án. Họ sẽ tính toán và chọn ra những vật liệu phù hợp với những điều kiện hoạt động khác nhau của hệ thống đường ống & thiết bị. Công việc chính mà kỹ sư vật liệu cần thực hiện như sau:
Develop piping material, insulation, and coatings specifications
Develop project piping classes.
Determine the cleaning requirements for certain services.
Develop and maintain the line list.
Calculate pipe wall thicknesses.
Review technical bid evaluations for acceptability.
Agree on concession requests with vendors.
2 Các yếu tố gây ăn mòn đường ống
Có 2 nhóm yếu tố gây mòn cho đường ống: những yếu tố bên trong và những yếu tố bên ngoài đường ống.
Những yếu tố bên trong-Internal corrosion:
CO2 corrosion
H2S corrosion
Sulphide Stress Cracking Corrosion
Microbial Induced Corrosion
Erosion and Erosion-Corrosion
Những yếu tố bên ngoài: external corrosion:
Atmospheric Corrosion
Corrosion Under Insulation
Chloride Induced Corrosion
Galvanic Corrosion
Crevice Corrosion
3 Cách bảo vệ và chống ăn mòn đường ống
Việc lựa chọn vật liệu được dựa trên tính toán về mức độ ăn mòn. Ví dụ hệ thống đường ống trên giàn khai thác dầu khí thường bị ăn mòn bởi Acid được tạo thành từ CO2 có trong thành phần của khí khai thác.
Tổng mức độ ăn mòn, hay bề dày ống bị mất đi trong suốt vòng đời của công trình được tính toán dựa vào áp suất CO2, nhiệt độ của lưu chất,...vv. Nếu lượng ăn mòn chỉ vài mm thì vật liệu thép đen Carbon Steel được chọn để sử dụng, với bề dày ống được tăng lên tương ứng, được gọi là độ ăn mòn cho phép, CA Corrosion Allowance. CA thay đổi từ 3mm~6mm.
Nếu độ ăn mòn cao, cần chọn lựa vật liệu là hợp kim chống ăn mòn tốt như Stainless Steel, Duplex, Super Duplex.
Trong một vài trường hợp,chúng ta có thể giảm độ ăn mòn bằng cách bơm hóa chất gây ức chế sự ăn mòn- Corrosion Inhibitor để giảm mức độ ăn mòn xuống đến mức mong muốn.
Bằng cách đó vật liệu của ống vẫn có thể dùng Carbon Steel, tuy nhiên cần có thiết bị để theo dõi và kiểm soát độ ăn mòn trong đường ống. Thông thường để kiểm tra độ ăn mòn như vậy chúng ta sẽ sử dụng kèm theo bộ đôi Corrosion Coupon & Corrosion Probe (CC-CP).
4 Cách kiểm tra đo lường độ ăn mòn của đường ống
Có 2 cách đo độ ăn mòn của đường ống: cách đo trực tiếp (Baseline Corrosion Survey) và cách đo gián tiếp (Corrosion Probe-Corrosion Coupon).
4.1 Cách đo trực tiếp (Baseline Corrosion Survey)
Tại thời điểm ban đầu dự án, kỹ sư đường ống sẽ xác định những điểm quan trọng cần đo trong toàn bộ hệ thống đường ống và đo bề dày của ống. Ví dụ những điểm gần mối hàn và những điểm fitting đổi hướng dòng chảy như Tee, Elbow.
Trong quá trình vận hành thì sẽ tiến hành đo đạc định kỳ những vị trí trên để kiểm tra bề dày của đường ống và có phương án bảo trì sửa chữa phù hợp.
4.2 Cách đo gián tiếp (Corrosion Probe-Corrosion Coupon)
Corrosion Coupon: đo độ ăn mòn bằng cách đưa mẫu thử Coupon có cùng vật liệu với đường ống vào trong đường ống và lấy mẫu ra cân lại định kỳ.
Sau một thời gian vận hành cần lấy mẫu thử ra cân đo lại để đánh giá độ ăn mòn.
Corrosion Probe: nguyên lý đo độ ăn mòn dựa trên đo sự thay đổi điện trở của mẫu thử( Electrical Resistance).
Không cần lấy mẫu thử ra vẫn đo được độ ăn mòn và độ ăn mòn được đưa về phòng điều khiển để kiểm tra khi cần thiết.
Link tham khảo:
Vật liệu khác nhau có khả năng chịu nhiệt độ và độ ăn mòn khác nhau. Tuy nhiên nhìn trực quan bên ngoài thì lại giống nhau nên rất khó phân biệt, do đó tránh nhầm lẫn nhà sản xuất cần Marking đóng dấu ký hiệu lên vật liệu theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Và quan trọng hơn nữa cần thực hiện kiểm tra thành phần vật liệu Positive Material Identification (PMI) để xác định thành phần hóa học của thép đúng với yêu cầu kỹ thuật.
5 Các vật liệu phổ biến thường dùng trong hệ thống đường ống
Kỹ sư về vật liệu sau khi đánh giá các yếu tố ăn mòn, tìm giải pháp hạn chế ăn mòn và bảo vệ đường ống thì sẽ dựa trên những vật liệu phổ biến trên thị trường để đề xuất vật liệu phù hợp cho dự án.
Về cơ bản vật liệu của đường ống và thiết bị được lựa chọn trên cơ sở sức bền của vật liệu (Khả năng chịu được áp suất, nhiệt độ) và khả năng chống ăn mòn do lưu chất trong ống gây ra. Vật liệu được chia thành hai nhóm chính gồm vật liệu phi kim loại và vật liệu kim loại như hình bên dưới:
Vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường là thép đen Carbon Steel, vì giá thành rẻ và luôn có sẵn hàng. CS được chia thành nhiều mức độ Grade khác nhau. High Strength grades được sử dụng cho hệ thống áp suất cao để giảm được bề dày thành ống. Đối với hệ thống có nhiệt độ thấp, như hệ xả áp depressurization thì ống hợp kim như stainless steel sẽ được sử dụng.
Carbon Steel
Stainless Steel
Trong một số công trình offshore, nước biển sẽ được sử dụng cho hệ thống chữa cháy và hệ thống đường ống chữa cháy thường sử dụng vật liệu GRE (Glass Reinforced Epoxy) hoặc cu-Ni Copper-Niken.
GRE
Cu-Ni
Đến đây thì chúng ta đã tìm hiểu về tổng quan về vật liệu trong lĩnh vực đường ống.
Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ vào tìm hiểu chi tiết từng về vật liệu và đầu tiên là tìm hiểu về bảng lựa chọn vật liệu theo tiêu chuẩn NORSOK M-630. Hẹn gặp lại các bạn trong những bài viết tiếp theo.