Những mối đe dọa ăn mòn do vi sinh vật (MIC) nào tồn tại trong bộ trao đổi nước làm mát bằng thép không gỉ kép-?

Không chỉ đơn thuần là hạn chế dòng chảy, lớp phủ nhầy nhụa bên trong ống thép không gỉ song công còn là nơi tập trung vi khuẩn sống có thể đục lỗ xuyên qua tường. Ngay cả thép hợp kim cao-cũng dễ gặp phải mối nguy hiểm tiềm ẩn được gọi là Ăn mòn do vi sinh vật gây ra hay MIC. Để tránh rò rỉ ngoài ý muốn và thời gian ngừng hoạt động tốn kém, điều quan trọng là phải hiểu rõ sự ăn mòn do vi sinh vật gây ra trong các bộ trao đổi nhiệt-làm mát bằng nước bằng thép không gỉ kép.

Cơ sở sinh học của cuộc tấn công
Do khả năng chống ăn mòn ứng suất và rỗ clorua vượt trội nên thép không gỉ song công (như 2205 và 2507) được ưa chuộng hơn. Tuy nhiên, chúng dễ bị ăn mòn do vi khuẩn gây ra. Vi khuẩn khử sunfat{4}}(SRB) là thủ phạm thường xuyên nhất. Trong nước tù đọng hoặc nước chảy chậm, những vi khuẩn kỵ khí này phát triển mạnh và hình thành các khuẩn lạc bên trong màng sinh học bảo vệ, đó là một ma trận nhầy nhụa gồm protein, polysaccharides và mảnh vụn tế bào bám chắc vào bề mặt kim loại.

Môi trường ngay bên dưới màng sinh học thay đổi mạnh mẽ so với lượng nước lớn sau khi nó được phát triển. Vi khuẩn phân hủy các ion sunfat (SO₄²⁻) trong nước thành hydro sunfua (H₂S) bằng cách tiêu thụ tài nguyên hữu cơ. Vi khuẩn hiếu khí cư trú trên màng sinh học tiêu thụ oxy, trong khi các sản phẩm phụ trao đổi chất của vi khuẩn tạo ra tính axit cục bộ. Kết quả là một môi trường vi mô:

Có tính axit: pH có thể xuống thấp tới 4.

Khử oxy: Ngăn chặn màng oxit thụ động được sửa chữa.

có nhiều hydro sunfua, một chất ăn mòn nhắm vào các lớp thụ động của thép không gỉ.

Trong môi trường vi mô thù địch này, lớp phủ oxit crom thụ động thường bảo vệ thép song công trở nên không ổn định. Rỗ bắt đầu ở những điểm yếu, thường là ở các vết nứt trên bề mặt hoặc các tạp chất sunfua. Bên trong hố, nơi có điều kiện giảm và giàu sunfua-hơn đáng kể, sẽ bị vi khuẩn xâm chiếm khi hố bắt đầu hoạt động. Vì tế bào ăn mòn có khả năng tự -tự duy trì nên sự tấn công được tăng tốc do vi khuẩn phát triển trong hố và tạo ra nhiều H2S hơn.

Môi trường độc hại mà vi khuẩn tạo ra là nguyên nhân gây ra rỉ sét chứ không phải chính vi khuẩn. Chỉ trong vài tháng, màng sinh học mỏng tới 0,1 mm có thể tạo ra lỗ có độ sâu nhiều mm.

Những lý do thép không gỉ song công không miễn dịch
Thép không gỉ song công dựa trên một màng thụ động mỏng có khả năng oxy hóa, trái ngược với titan hoặc một số hợp kim đồng-niken, có khả năng kháng MIC mạnh do tính ổn định oxit hoặc đặc tính diệt khuẩn vốn có của chúng. Chỉ trong môi trường trung tính đến hơi kiềm, có oxy thì màng đó mới ổn định. Lớp màng này phân hủy bên dưới màng sinh học chứa đầy chất khử, axit, sunfua{3}}. Mặc dù song công có khả năng chống MIC cao hơn 316L do hàm lượng crom và molypden cao (22–25% Cr, 3–4% Mo), hợp kim này không tránh khỏi. Mặc dù sự ăn mòn nói chung là ở mức tối thiểu nhưng một số hư hỏng tại hiện trường đã được báo cáo, trong đó 2205 ống làm mát bằng nước biển hoặc nước lợ gặp phải các hố MIC sâu chỉ sau hai đến năm năm sử dụng.

SRB được tìm thấy ở nhiều tuyến đường thủy tự nhiên, bao gồm hồ, sông, đại dương và thậm chí cả hệ thống nước làm mát đã qua xử lý với mức độ chất diệt khuẩn thấp hoặc các vùng ứ đọng. Bất kỳ bộ trao đổi nhiệt-làm mát bằng nước nào chạy ở nhiệt độ từ 20 đến 60 độ -phạm vi mà hầu hết SRB phát triển- đều dễ bị tổn thương, đặc biệt nếu dòng nước rời rạc hoặc tích tụ cặn.

Kiểm tra và các triệu chứng MIC trực quan
Các hố MIC có thể được phân biệt với rỗ clorua hoặc các loại ăn mòn khác bằng các đặc điểm riêng biệt của chúng:

Hình thái hung hãn, khoét sâu: Khoang bên dưới rộng, nông hoặc có hình dạng không đều, giống như một "lỗ sâu" hoặc một mạng lưới các hố-vi mô được kết nối với nhau. Miệng hố thường nhỏ (1–3 mm).

Cặn màu đen hoặc nâu sẫm: Sắt sunfua (FeS), một sản phẩm phụ phổ biến, làm cho hố và màng sinh học xung quanh có màu đen như hắc ín.

Mùi sunfua: Khi cặn bị xáo trộn có thể xuất hiện mùi trứng thối (hydro sunfua).

Các cụm cục bộ: MIC thường biểu hiện dưới dạng một nhóm các hố thay vì các hố riêng lẻ phân tán rộng rãi.

Bề mặt kim loại bên ngoài màng sinh học vẫn sáng bóng và không hề hấn gì; không có sự suy giảm tổng thể.

Trong số các kỹ thuật kiểm tra là:

Kiểm tra kỹ bên trong ống xem có cặn màu nâu hoặc đen hoặc các đốm đen, nhầy nhụa không.

Sau khi loại bỏ màng sinh học, thử nghiệm thẩm thấu thuốc nhuộm có thể xác định các vết nứt hoặc vết rỗ nhỏ.

Phương pháp-không phá hủy để phát hiện vết rỗ trong ống được gọi là thử nghiệm dòng điện xoáy (ECT). Ngược lại với hư hỏng cơ học, hố MIC tạo ra các tín hiệu đặc biệt.

Lấy mẫu vi khuẩn: Sự hiện diện của vi khuẩn được xác nhận bằng cách quét màng sinh học, nuôi cấy SRB hoặc bằng xét nghiệm di truyền (chẳng hạn như qPCR).

Phòng ngừa: Ngăn chặn vi khuẩn xâm nhập vào nhà bạn
Cần có chiến lược đa{0}}rào cản để ngăn chặn MIC trong bộ trao đổi nhiệt kép làm mát bằng nước-bằng thép không gỉ. Sự kết hợp những điều sau đây khá hiệu quả, nhưng không có chiến lược đơn lẻ nào đảm bảo được sự bảo vệ.

1. Xử lý bằng chất diệt khuẩn nhất quán
Bởi vì các chất diệt khuẩn oxy hóa phá vỡ màng sinh học và tiêu diệt vi khuẩn ngay lập tức nên chúng có hiệu quả nhất. Lựa chọn điển hình:

Clo hoặc hypochlorite: Giữ hàm lượng clo dư tự do trong nước làm mát ở mức từ 0,1 đến 0,5 ppm. Ở nồng độ thấp này, Duplex 2205 có khả năng kháng clo. Tuy nhiên, hiện tượng rỗ có thể xảy ra do clo hóa quá mức (trên 2 ppm).

Clo dioxide: Ít ăn mòn hơn và chống lại màng sinh học hiệu quả hơn clo. Liều lượng thông thường là từ 0,1 đến 0,3 ppm.

Ozone là một chất oxy hóa mạnh, phân hủy hoàn toàn thành oxy. được sử dụng trong các hệ thống làm mát có vòng kín.

Để ngăn chặn tình trạng kháng thuốc của vi khuẩn, các chất diệt khuẩn không-oxy hóa (chẳng hạn như glutaraldehyde và isothiazolones) thường được sử dụng, thường kết hợp với các chất oxy hóa. Để duy trì mức tồn dư, chất diệt khuẩn nên được sử dụng liên tục hoặc ít nhất hai lần một ngày.

2. Vệ sinh cơ khí thường xuyên
Màng sinh học đã hình thành không thể bị loại bỏ chỉ bằng cách xử lý hóa học. Phần bên trong của các ống phải được làm sạch bằng máy móc một cách thường xuyên (ví dụ: sáu đến mười hai tháng một lần):

Chải ống bao gồm việc kéo hoặc đẩy một bàn chải quay bằng lông thép không gỉ hoặc nylon qua mỗi ống. Màng sinh học và bất kỳ chất lắng đọng nào đều được loại bỏ theo cách này.

Phun nước: Có thể loại bỏ hiệu quả các màng sinh học bền bỉ bằng-các tia nước áp suất cao (5.000–10.000 psi). Các đầu của ống không được bị tổn hại.

Làm sạch-bóng xốp: Để làm sạch trực tuyến, bề mặt ống được lau liên tục bằng cách luân chuyển các quả bóng xốp với nước làm mát.

Để ngăn chặn sự tái phát triển nhanh chóng, hệ thống phải được xả sạch và-tái định lượng bằng chất diệt khuẩn sau khi vệ sinh cơ học.

3. Giữ vận tốc nước cao
Trong dòng chảy hỗn loạn,{0}}tốc độ cao, vi khuẩn gặp khó khăn trong việc bám dính và hình thành màng sinh học. Đối với thép không gỉ song công trong dịch vụ nước làm mát, nên vận tốc cạnh ống-ít nhất là 1,5–2,0 m/s. Rủi ro MIC tăng lên đáng kể ở vận tốc dưới 1 m/s, đặc biệt trong các ống thẳng có dòng chảy tầng. Giảm thiểu các chân chết, vùng{8}}dòng chảy thấp và các khu vực dòng chảy bị xáo trộn xung quanh tấm ống.

4. Tránh xa những tình huống trì trệ
Nước làm mát phải được loại bỏ khỏi bộ trao đổi trong thời gian nhà máy ngừng hoạt động hoặc thời gian không hoạt động, đồng thời các ống phải được làm khô và làm sạch bằng nước sạch. Là một giải pháp thay thế, chất diệt khuẩn có thể được sử dụng để duy trì-mức tuần hoàn dòng chảy thấp. Sự phát triển của màng sinh học phát triển mạnh ở vùng nước tù đọng, và thậm chí một vài ngày trì trệ có thể hình thành các khuẩn lạc SRB.

5. Lựa chọn tài liệu cho những tình huống nghiêm trọng
Một hợp kim có độ đàn hồi cao hơn có thể được xem xét nếu nhà máy có tiền sử MIC nghiêm trọng ngay cả khi đã xử lý nước đầy đủ. Bởi vì titan (Cấp 2) không tích cực tăng cường khả năng bám dính của màng sinh học và lớp phủ thụ động của nó ổn định ngay cả trong các trường hợp giảm dần, nên titan phần lớn miễn nhiễm với MIC. Bởi vì các ion đồng được giải phóng nên hợp kim đồng-niken (90/10 hoặc 70/30) tự nhiên có đặc tính diệt khuẩn. Tuy nhiên, cả hai đều đắt hơn rất nhiều so với song công. Duplex là một lựa chọn đáng tin cậy cho phần lớn các ứng dụng{10}làm mát bằng nước có hoạt động và bảo trì thích hợp.

Cách tiến hành nếu tìm thấy MIC
Các bước sau đây cần được thực hiện trong trường hợp bộ trao đổi song công có hiện tượng rỗ MIC:

Xác minh chẩn đoán bằng cách thực hiện phân tích kim loại của mặt cắt ngang{0}}của hố và nuôi cấy vi khuẩn. Tìm kiếm cặn sunfua và hình thái cắt xén đặc biệt.

Xác định phạm vi bằng cách đưa ống soi vào hoặc sử dụng thử nghiệm dòng điện xoáy để kiểm tra từng ống. Việc ống có thể được bịt lại hay không (nếu ít và nông) hay việc có cần đặt lại ống hay không phụ thuộc vào số lượng và độ sâu của hố.

Cải thiện việc xử lý nước ngay lập tức bằng cách bổ sung chương trình làm sạch cơ học, tăng liều lượng chất diệt khuẩn hoặc chuyển sang chất diệt khuẩn mạnh hơn. Chuyển sang xử lý liên tục nếu cây chỉ được chăm sóc thường xuyên.

Sửa chữa hoặc thay thế: Nếu tốc độ ăn mòn giảm sau khi xử lý thì các vết rỗ nông (sâu dưới 0,3 mm) trong các ống có thành dày có thể được chấp nhận. Các ống riêng lẻ phải được cắm vào các hố hoặc cụm sâu hơn. Nên đặt lại ống hoặc thay thế bộ trao đổi nếu có hơn 10–15% số ống bị ảnh hưởng.

Kiểm tra các quy trình vận hành để đảm bảo việc tắt máy được xử lý đúng cách (xả nước và làm khô bộ trao đổi nhiệt). Nếu có thể, hãy tăng vận tốc của nước.

Tóm lại
Ăn mòn do vi sinh vật gây ra là một cuộc chiến sinh học chống lại kim loại có thể giành chiến thắng bằng cách kết hợp làm sạch vật lý thông thường với vệ sinh hóa học thích hợp. Ngay cả các hợp kim-cao cấp cũng có nguy cơ bị ăn mòn do vi sinh vật gây ra trong các bộ trao đổi nhiệt kép làm mát bằng nước-bằng thép không gỉ bằng thép không gỉ. Màng sinh học được hình thành bởi vi khuẩn khử sunfat{4}}và các vi sinh vật khác cung cấp một môi trường có tính axit, sunfua và khử oxy cục bộ, dẫn đến hiện tượng rỗ nhanh có thể xuyên qua thành ống chỉ trong vài tháng. Duy trì vận tốc nước trên 1,5 m/s, ngăn chặn tình trạng ứ đọng trong quá trình ngừng hoạt động, thỉnh thoảng làm sạch cơ học (chải hoặc phun nước) và xử lý chất diệt khuẩn liên tục hoặc thường xuyên đều là những điều cần thiết để phòng ngừa. Để tồn tại, ngay cả hợp kim phức tạp nhất cũng cần có bầu không khí trong lành. Bộ trao đổi song công có thể cung cấp dịch vụ kéo dài, không gặp sự cố-bằng cách nhận biết mối nguy hiểm và đưa ra lịch trình xử lý nước và làm sạch ống nghiêm ngặt. Tuy nhiên, hợp kim hiệu suất cao sẽ trở thành một cái sàng nếu bỏ qua MIC.