Hiểu sự phức tạp của SCC và HIC: Vượt xa các quy tắc nhiệt độ đơn giản

Vết nứt do ăn mòn ứng suất (SSC) và vết nứt do hydro gây ra (HIC) gây ra mối đe dọa đối với các vật liệu tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt có chứa hydro sunfua (H₂S) và các tác nhân gây hại khác. Trong khi các quy tắc và tiêu chuẩn thường đề cập đến nhiệt độ ngưỡng 150°C như một điểm làm giảm độ nhạy cảm, thì thực tế lại phức tạp hơn nhiều. Bài viết này đi sâu vào sự tương tác phức tạp giữa nhiệt độ, đặc tính vật liệu và các yếu tố môi trường.

Ở nhiệt độ cao hơn, hai hiệu ứng cạnh tranh ảnh hưởng đến hydro trong kim loại:

• Tăng khả năng khuếch tán: Như đã đề cập, nhiệt độ cao hơn thường làm tăng độ linh động của các nguyên tử và phân tử, bao gồm cả hydro. Điều này có thể dẫn đến sự khuếch tán hydro vào kim loại nhanh hơn.
• Tăng khả năng giải hấp: Nhiệt độ cao hơn cũng cung cấp nhiều năng lượng hơn cho các nguyên tử hydro đã có trong kim loại thoát ra (giải hấp) từ bề mặt kim loại trở lại môi trường.

Hiệu quả thực sự đối với tính nhạy cảm của SSC phụ thuộc vào sự cân bằng giữa hai yếu tố này:

Nếu tốc độ giải hấp vượt quá tốc độ khuếch tán, thì nồng độ hydro tổng thể trong kim loại có thể giảm, có khả năng làm giảm nguy cơ đạt đến mức tới hạn gây ra vết nứt. Kịch bản này phù hợp với một số quy tắc và lý luận tiêu chuẩn, đồng thời có thể giải thích tại sao độ nhạy SSC đôi khi giảm đi ở nhiệt độ cao hơn đối với sự kết hợp vật liệu và môi trường cụ thể.

Tuy nhiên, nếu mức tăng khuếch tán lớn hơn mức tăng giải hấp, thì nồng độ hydro trong kim loại vẫn có thể tăng, dẫn đến nguy cơ SSC hoặc HIC cao hơn. Điều này đặc biệt phù hợp với các vật liệu có độ khuếch tán hydro cao hoặc môi trường có hàm lượng hydro ban đầu cao.

Các con đường giao nhau: Các loài khác ảnh hưởng như thế nào đến hydro trong SSC và HIC

Trong khi hydro đóng vai trò trung tâm trong cả nứt do ăn mòn ứng suất (SSC) và nứt do hydro gây ra (HIC), tác động của nó bị điều chỉnh đáng kể bởi sự hiện diện của các loài gây hại khác trong môi trường, cụ thể là xyanua (CN) và clorua (Cl). Những tác nhân bổ sung này làm thay đổi sự sẵn có của hydro vì tác dụng có hại của nó, đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định tính nhạy cảm của vật liệu đối với các hiện tượng gây hại này.

Các nguyên tử hydro tham gia vào một phản ứng hóa học, tìm cách ghép đôi và thoát ra dưới dạng các phân tử H₂ tự do. Quá trình tái hợp tự nhiên này giúp kiểm soát nồng độ hydro. Tuy nhiên, CN đã gây ra một trở ngại trong công việc. Nó hoạt động như một chất độc, chiếm giữ các vị trí trên bề mặt kim loại nơi hydro thường kết hợp. Khi những vị trí này bị chặn, các nguyên tử hydro sẽ bị bỏ lại và có khả năng:

• Tăng nồng độ: Khi quá trình tái hợp bị cản trở, vẫn còn nhiều nguyên tử hydro khuếch tán sâu hơn vào kim loại, có khả năng đạt đến mức tới hạn gây ra vết nứt.

• Thúc đẩy sự cạnh tranh giữa các hạt: CN cũng có thể nhắm vào các ranh giới hạt của kim loại, làm suy yếu chúng và tạo điều kiện cho một loại vết nứt cụ thể gọi là cạnh tranh giữa các hạt, trong đó các vết nứt lan truyền dọc theo các đường đứt gãy bên trong.

Trong khi CN làm gián đoạn quá trình ghép đôi hydro thì Cl hoạt động giống như một chất xúc tác hơn, đẩy nhanh tác dụng gây hại của hydro. Đây là cách nó ảnh hưởng đến tình hình:

• Khuếch tán tăng cường: Cl có thể tạo thành phức chất với hydro, làm thay đổi đường khuếch tán của nó và có khả năng tăng tốc hành trình của nó vào kim loại. Điều này có nghĩa là hydro đạt đến nồng độ tới hạn nhanh hơn, làm tăng nguy cơ hình thành vết nứt.
• Sự lan truyền vết nứt khuếch đại: Ngay cả ở nồng độ hydro thấp hơn, Cl có thể thúc đẩy các vết nứt phát triển và lan rộng nhanh hơn. Điều này khiến Cl trở thành một mối đe dọa tiềm tàng, ngay cả khi nồng độ hydro có thể kiểm soát được.

Vì vậy, chỉ dựa vào ngưỡng 150°C là chưa đủ để đánh giá. Để đảm bảo sự an toàn và tính toàn vẹn của thiết bị, cần có một cách tiếp cận toàn diện:

•  Phân tích thành phần môi trường: Xác định không chỉ H₂S mà còn cả sự hiện diện và nồng độ của các ion mạnh như CN và Cl.
• Xem xét các điều kiện vận hành: Áp suất, biến động nhiệt độ và tác động cơ học có thể làm trầm trọng thêm ảnh hưởng của các yếu tố khác.
• Làm theo hướng dẫn của chuyên gia: Việc tư vấn từ các kỹ sư vật liệu hoặc chuyên gia về ăn mòn là rất quan trọng để đánh giá chính xác tác động tổng hợp của nhiều loài và đề xuất các chiến lược giảm thiểu tối ưu.

Ngoài ra, các yếu tố khác ngoài nhiệt độ cũng góp phần ăn mòn do ứng suất của SSC và HIC:

• Tính chất vật liệu: Các vật liệu khác nhau có đặc tính hấp thụ và khuếch tán hydro khác nhau, cùng với khả năng bị nứt khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc vi mô và ranh giới hạt của chúng.
• Thành phần môi trường: Các ion mạnh hiện diện và nồng độ của chúng có thể tác động đáng kể đến sự hấp thụ hydro và hoạt động hình thành vết nứt, ngay cả khi quá trình giải hấp có thể tăng ở nhiệt độ cao hơn.
• Mức độ ứng suất: Ứng suất ứng dụng đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành và lan truyền vết nứt, bất kể nồng độ hydro trong kim loại. Nồng độ cao hơn có thể gây ra vết nứt ngay cả ở nhiệt độ thấp hơn.

Do đó, việc khái quát hóa đơn giản về việc hydro thoát ra khỏi kim loại ở nhiệt độ cao hơn là chưa đủ để đánh giá tác động ứng suất. Điều quan trọng là phải xem xét tất cả các yếu tố liên quan và đánh giá sự kết hợp giữa vật liệu/môi trường/ứng suất cụ thể để dự đoán chính xác rủi ro của SSC và thực hiện các chiến lược giảm thiểu thích hợp.

Về đo kiểm đường ống, chúng tôi có hệ thống Scale Checker kiểm tra cáu cặn đường ống. Được phát triển hoàn toàn từ nguồn lực Tập Đoàn Chugai Technos.

• Phân tích vật liệu cáu cặn bên trong đường ống dẫn nước, hóa chất, ống khói bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại.
• Cấu cặn đường ống dẫn nước, hóa chất,…
• Mụi than bám bên trong ống dẫn
• Phân tích tất cả các dạng phổ như XRD , FT-IR (IR) (Quang phổ hồng ngoại), EDX (Phổ tán sắc năng lượng tia X), NMR (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân), DT / TGA (Phân tích trọng lượng), LC / MS (Sắc ký lỏng ghép khối phổ), HPLC / MS, MS (Phổ khối), SEM (Kính hiển vi điện tử quét), TEM (Kính hiển vi điện tử truyền qua), … và phương pháp phân tích hóa lý nâng cao.

Nếu Quý khách hàng có nhu cầu phân tích cấu trúc và thành phần vật liệu, hãy gọi ngay đến Hotline: 0909-714-566 hoặc để lại thông tin TẠI ĐÂY để Chugai Technos nhanh chóng liên hệ để giải đáp các thắc mắc và hỗ trợ.