Điểm cần lưu ý khi lựa chọn van kiểm soát hydro ở áp suất cao

Hydrogen có nhiều đặc tính như khả năng khử, tính nổ, tính cháy, v.v. Ở nhiệt độ cao, các phân tử hydro sẽ bị phân hủy thành các nguyên tử; chúng có thể dễ dàng xâm nhập vào thép và lan truyền bên trong. Trong những điều kiện này, việc khuếch tán của hydro trong thép diễn ra rất nhanh. Hydro có thể phản ứng với carbon trong thép, gây ra hiện tượng mất carbon ở bề mặt và bên trong thép, cũng như tạo ra các vết nứt nhỏ. Tác động của khí hydro lên vật liệu kim loại (1) Hiện tượng nổ bong khí do hydro: Định nghĩa: Các nguyên tử hydro khuếch tán vào bên trong kim loại (chủ yếu qua thành thiết bị), sau đó kết hợp với nhau tạo thành các phân tử hydro và thoát ra ngoài. Nếu các nguyên tử hydro khuếch tán vào các lỗ rỗng bên trong thép và kết hợp với nhau tạo thành các phân tử hydro, thì do các phân tử hydro không thể khuếch tán được, chúng sẽ tích tụ lại và tạo ra áp suất lớn bên trong. Điều này gây ra hiện tượng mép bề mặt thép phồng lên hoặc thậm chí nứt vỡ; hiện tượng này được gọi là hiện tượng phồng do hydro. Thép có độ bền thấp, đặc biệt là những loại thép chứa nhiều tạp chất phi kim loại, rất dễ bị hiện tượng nổ phồng do hydro. Môi trường ăn mòn gây ra hiện tượng phồng khí hydro: Trong môi trường này thường có các chất độc như hydro sunfua, hợp chất asen, cyanide, hoặc các ion phốt pho; những chất này cản trở quá trình giải phóng hydro. 　 Biện pháp phòng ngừa: Loại bỏ các chất độc hại trong môi trường làm việc ； Nếu không thể loại bỏ được, hãy chọn thép ổn định có hàm lượng lỗ rỗng thấp ； Cũng có thể sử dụng thép không gỉ austenit có mức độ thấm hydro thấp ； Hoặc có thể sử dụng lớp lót bằng niken, lớp bảo vệ bằng nhựa, lớp lót bằng vật liệu sợi thủy tinh, v.v ； Đôi khi người ta thêm chất ức chế ăn mòn vào. (2) Hiện tượng giòn do hydro: Định nghĩa: Hiện tượng giòn do hydro xảy ra khi hydro hòa tan trong thép kết hợp thành các phân tử hydro. Điều này gây ra sự tập trung ứng suất, vượt quá giới hạn độ bền của thép. Kết quả là cấu trúc tinh thể của kim loại bị biến dạng nghiêm trọng, tạo ra những vết nứt nhỏ bên trong thép; hiện tượng này còn được gọi là “điểm trắng”. Giòn do hydro chỉ có thể phòng ngừa, không thể chữa trị. Một khi hiện tượng giòn do hydro xảy ra thì sẽ không thể loại bỏ được. Các biện pháp để tránh và loại bỏ tình trạng này: 1. Chọn những vật liệu không nhạy cảm với hiện tượng nứt do hydro, chẳng hạn như các loại thép hợp kim chứa Ni và Mo. 2. Giảm lượng hydro thấm vào kim loại. Nếu sử dụng phương pháp tẩy rửa bằng axit, cần thêm chất ức chế ăn mòn vào dung dịch tẩy rửa ； Khi loại bỏ dầu, người ta sử dụng phương pháp khử dầu hóa học, chất tẩy rửa hoặc dung môi để loại bỏ dầu ； Khi mạ điện, lượng hydro thấm vào dung dịch mạ kiềm hoặc dung dịch mạ có dòng điện cao đều khá ít. 3. Sử dụng lớp phủ có khả năng khuếch tán hydro thấp và độ hòa tan của hydro thấp. Người ta cho rằng, khi mạ các kim loại như Zn, Cd, Sn, Pb, hydro sẽ dễ bị giữ lại trong thép. Trong khi đó, các lớp phủ bằng kim loại như Cu, Mo, Al, Ag, Au, W có khả năng khuếch tán hydro thấp và độ hòa tan của hydro cũng thấp, vì vậy lượng hydro xâm nhập vào thép cũng ít hơn. 4. Loại bỏ ứng suất trước quá trình mạ và loại bỏ hydro sau khi mạ nhằm tránh nguy cơ gây nứt vỡ do hydro, v.v. (3) Tác động của hydro: Định nghĩa: Trong môi trường có nhiệt độ và áp suất cao, hydro xâm nhập vào bên trong kim loại và phản ứng hóa học với một thành phần hoặc nguyên tố nào đó, khiến kim loại bị hư hại. Hiện tượng này được gọi là tác động của hydro. Biện pháp phòng ngừa: Sử dụng thép chống hydro. Có thể chọn các loại như 16MnR (HIC), 15CrMoR (tương đương với 1Cr-0,5Mo), 14Cr1MoR (tương đương với 1,25Cr-0,5Mo), 2Cr-0,5Mo, 2,25Cr-1Mo, 2,25Cr-1Mo-0,25V, 3Cr-1Mo-0,25V, v.v. Trong thép chống hydro, Cr và Mo có thể tạo thành các hợp chất cacbua ổn định. Điều này giúp giảm cơ hội kết hợp giữa hydro và carbon, từ đó ngăn chặn sự hình thành khí metan. Thực ra, về mặt lý thuyết, hiện tượng ăn mòn do hydro được chia thành ba loại như trên; còn trong thực tế, cả ba dạng ăn mòn này gần như xảy ra đồng thời. Vì vậy, đối với các thiết bị hoạt động trong môi trường bị ăn mòn bởi hydro (môi trường tiếp xúc với hydro), việc lựa chọn vật liệu thường được thực hiện dựa trên đường cong Nelson, và cần phải chú ý rất kỹ đến điều này. Các vật liệu chống hydro thường được sử dụng bao gồm thép không gỉ austenit, hợp kim austenit được tăng cường độ bằng phương pháp kết tủa, thép hợp kim ít nguyên tố, hợp kim nhôm và hợp kim đồng, v.v. Theo **Tiêu chuẩn thiết kế khí hydro GB50177-2005**, đối với các van trong đường ống dẫn khí hydro, nên sử dụng van bi hoặc van cắt. :Thời gian: Áp suất thiết kế (MPa)
Vật liệu: Dưới 0,1 MPa – Thân van được làm từ gang chì hoặc thép đúc; bộ phận niêm phong được làm từ thép hợp kim hoặc cùng loại với thân van.
Từ 0,1 đến 2,5 MPa – Thân van được làm từ thép carbon; bộ phận niêm phong được làm từ thép hợp kim hoặc cùng loại với thân van.
Trên 2,5 MPa – Cả thân van, trục van và bộ phận niêm phong đều được làm từ thép không gỉ. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, các vật liệu thường được sử dụng cho đường ống và van là thép không gỉ loại austenit, thép không gỉ ít carbon, và thép hợp kim ít thành phần (thép Mo, thép Cr-Mo). Ngoài ra, xét về mặt kinh tế và khả năng chịu ứng suất, giá của thép không gỉ ít carbon quá cao; đồng thời loại thép này cũng dễ bị nứt do ứng suất. Do đó, người ta thường chọn thép hợp kim ít thành phần làm vật liệu chính (chẳng hạn: các nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa dầu, nhà máy sản xuất amoniac, v.v.).

Các bậc “ông trùm” của các thiết bị đo lường quá trình hydro hóa, xin hãy chia sẻ những ý kiến sâu sắc của mình