Bồn chứa hóa chất ăn mòn: chọn inox 316L hay 904L và cách thiết kế

Trong công nghiệp hóa chất – một mũi nhọn của “Inox trong Công nghiệp Nặng”, lựa chọn đúng mác inox và thiết kế chuẩn ngay từ đầu quyết định tuổi thọ và an toàn của bồn chứa. Bài viết này đi thẳng vào câu hỏi: khi nào chọn inox 316L, khi nào cần lên 904L, và phải thiết kế – chế tạo thế nào để bồn chịu được môi trường ăn mòn thực tế tại Việt Nam.

316L và 904L: khác nhau ở đâu và ý nghĩa với bồn hóa chất?

– 316L (UNS S31603, 1.4404): 16.5–18.5% Cr, 10–14% Ni, 2–2.5% Mo, C ≤0.03%. Ưu điểm: phổ dụng, giá hợp lý, chống rỗ tốt hơn 304. Hạn chế: nhạy cảm pitting/crevice trong Cl- cao, dễ nứt SCC Cl- >60°C, kém trong HCl và H2SO4 trung bình – đậm đặc. PREN ≈ 23–25.
– 904L (UNS N08904, 1.4539): 19–23% Cr, 23–28% Ni, 4–5% Mo, 1–2% Cu, C ≤0.02%. Ưu điểm: kháng pitting/crevice vượt trội, chống SCC tốt, đặc biệt hiệu quả trong axit sunfuric và axit phosphoric có tạp Cl-. Hạn chế: giá cao, nguồn hàng cần đặt. PREN ≈ 35.
– Ý nghĩa kỹ thuật: PREN càng cao, khả năng chống rỗ và kẽ hở càng tốt; Ni và Cu cao của 904L cải thiện đáng kể hiệu năng trong môi trường axit khử (ví dụ H2SO4). Dữ liệu CPT điển hình: 316L ~10–20°C trong 3.5% NaCl; 904L ~35–50°C (Outokumpu Corrosion Handbook).

Nguyên tắc chọn vật liệu theo môi chất, nồng độ, nhiệt độ

Chọn mác inox dựa trên ba biến chính: loại hóa chất, nồng độ, nhiệt độ; cộng thêm tạp chất (đặc biệt Cl-), trạng thái chảy/rỗng, và thời gian lưu. Dưới đây là hướng dẫn thực hành dựa trên bảng tương thích vật liệu của các hãng thép không gỉ lớn và tổ chức chuyên ngành.

H2SO4 (axit sunfuric)

– 316L: chỉ phù hợp khoảng ≤5% ở nhiệt độ môi trường; nhanh chóng bị ăn mòn khi nồng độ/ nhiệt độ tăng.
– 904L: được phát triển cho H2SO4; dùng tốt 0–35% ở nhiệt độ môi trường, và 90–98% ở nhiệt độ môi trường. Vùng 35–70% nhạy cảm hơn; cần kiểm soát nhiệt độ thấp và tạp Cl- rất thấp.
– Khuyến nghị: bồn H2SO4 lưu kho ở nhiệt độ môi trường nên dùng 904L; nếu >40°C hoặc có Cl-, cân nhắc vật liệu cao cấp hơn hoặc lót phi kim.
Nguồn: Outokumpu Corrosion Handbook; Nickel Institute.

HCl (axit clohydric)

– 316L và 904L: không khuyến nghị ở nồng độ >0.5–1% kể cả nhiệt độ môi trường do ăn mòn điểm và kẽ hở rất mạnh.
– Giải pháp: thép lót cao su/FRP, hợp kim Ni-Cu/Cu-Ni đặc biệt, hoặc Alloy 20/Hastelloy tùy điều kiện.
Nguồn: Nickel Institute Chemical Resistance.

H3PO4 (axit phosphoric)

– 316L: dùng được ~30–40% ở nhiệt độ môi trường nếu Cl- rất thấp.
– 904L: dùng tốt đến 85% và ở nhiệt độ cao hơn; chịu Cl- vết tốt hơn.
– Khuyến nghị: phân bón/phosphate 85% có Cl- vết → chọn 904L.

NaOH (xút)

– 316L: phù hợp đến 50% và 80–100°C; tránh nhiễm Cl-.
– 904L: tốt tương đương; không cần thiết nếu chỉ có xút sạch.
– Khuyến nghị: ưu tiên 316L, trừ khi có Cl- hoặc tạp oxy hóa.

NaOCl, Cl2, môi trường oxy hóa chứa clo

– 316L/904L: không khuyến nghị cho NaOCl/bleach; rủi ro rỗ và SCC cao.
– Giải pháp: titan, FRP, hoặc thép carbon lót.
Nguồn: Outokumpu, NACE.

Axetic, axetic trộn

– 316L: tốt ở mọi nồng độ ở nhiệt độ môi trường.
– 904L: thường không cần, trừ khi có Cl- hoặc nhiệt độ cao.

Nước biển, nước muối

– 316L: dễ rỗ/crevice trong nước biển tĩnh >20°C.
– 904L: khá hơn, nhưng vẫn có rủi ro trong nước biển ấm và tù đọng.
– Khuyến nghị: nếu bắt buộc dùng austenitic, 904L tốt hơn 316L; song Duplex 2205/6Mo đáng cân nhắc.

Các giới hạn thực hành quan trọng với Cl- và nhiệt độ

– Pitting/Crevice: chọn mác có PREN phù hợp với nồng độ Cl- và nhiệt độ. 316L an toàn khi Cl- thấp và T thấp; 904L chịu Cl- cao hơn và nhiệt cao hơn.
– SCC clorua: 316L có nguy cơ cao >60°C trong dung dịch có Cl-; 904L nhờ hàm lượng Ni cao kháng tốt hơn, nhưng không “miễn dịch”.
– Tạp chất: chỉ vài chục ppm FeCl3 cũng có thể gây rỗ cục bộ trên 316L; cần lọc/kiểm soát tạp Cl-.

Nguồn: ASTM G48 (thử nghiệm pitting), Outokumpu Corrosion Handbook.

Tiêu chuẩn và thông số thiết kế bồn inox

– Quy phạm:
– Bồn áp lực: ASME Section VIII Div.1 (TC tương đương TCVN chấp nhận).
– Bồn hàn chứa không áp: API 650 (cũng phù hợp nhiều dịch dịch lỏng hóa chất); API 620 cho bồn áp suất thấp/nhiệt độ thấp.
– Vật liệu:
– Tấm: ASTM A240 (316L/904L).
– Ống: ASTM A312; mặt bích: ASTM A182; phụ kiện: ASTM A403.
– Chiều dày và dự phòng ăn mòn: với inox, corrosion allowance thường bằng 0 khi kiểm soát được môi trường; nếu có xói mòn/cọ rửa, thêm 0.5–1.0 mm.
– Ứng suất cho phép: dùng theo ASME II-D; 904L và 316L khác biệt giới hạn chảy không lớn đối với tính toán dày.

Thiết kế chống ăn mòn: chi tiết quan trọng thường bỏ sót

– Tối giản kẽ hở: tránh chồng mí, dùng hàn liên tục, nắp đậy lắp kín; crevice là điểm khởi phát rỗ.
– Bề mặt: hoàn thiện mịn (Ra ≤1.5 μm với hóa chất sạch; ≤0.8 μm với dịch ăn mòn/Cl-), tẩy gỉ & thụ động hóa theo ASTM A380/A967.
– Hàn:
– 316L dùng que/ dây ER/E309L/316L (chuẩn là 316L).
– 904L dùng ER385 (904L).
– Kiểm soát nhiệt đầu vào, nhiệt độ giữa lớp; mục tiêu ferrite vừa phải để tránh nứt nóng nhưng vẫn bền ăn mòn.
– Loại bỏ màu nhiệt sau hàn (heat tint) bằng pickling paste; không để mối hàn sẫm màu tiếp xúc môi chất.
– Vệ sinh: tránh nhiễm sắt carbon (dụng cụ mài riêng cho inox), không dùng bàn chải thép thường.
– Gioăng/bulong: dùng PTFE/ePTFE; tránh gioăng cao su thông thường trong axit mạnh. Bulong AISI B8M (316) cho ngoại vi khô; cách ly galvani nếu gần thép carbon. Dùng mỡ chống dính (anti-galling) cho ren inox.
– Thử kín/hydrotest: dùng nước ít Cl- (<50 ppm); xả khô ngay, thổi khô, tái thụ động hóa nếu cần để tránh rỗ sớm. - CUI (ăn mòn dưới lớp cách nhiệt): chọn vật liệu cách nhiệt hàm lượng Cl- thấp, lớp áo chống ẩm tốt; tránh dải 60–120°C kéo dài với hơi ẩm. Nguồn: ASTM A380/A967; API 650; Nickel Institute “Guidelines for the welded fabrication of stainless steel”.

Kiểm soát chất lượng và nghiệm thu

– PMI (kiểm tra xác định mác) 100% cho vật liệu tấm, ống, phụ kiện trước khi gia công.
– NDT mối hàn: PT (thẩm thấu), MT (nếu có phần ferromagnetic), UT chiều dày, RT theo rủi ro.
– Sổ hàn WPS/PQR theo ASME IX; thợ hàn chứng chỉ GTAW/SMAW cho inox.
– Báo cáo tẩy gỉ – thụ động hóa: hóa chất, thời gian, pH, độ sạch bề mặt.

Bài toán chi phí và nguồn cung tại Việt Nam

– 316L: sẵn hàng tấm 2–25 mm, ống/phụ kiện đủ cỡ; giá hợp lý, leadtime ngắn.
– 904L: thường phải đặt; giá gấp ~2.5–4 lần 316L tùy thời điểm thị trường; leadtime 4–12 tuần.
– Chiến lược tối ưu: dùng 904L “đúng chỗ” (vùng ướt, phụ tùng tiếp xúc trực tiếp) và 316L cho hạng mục phụ trợ; hoặc 316L + lót phi kim cho môi trường đặc biệt.

Quy trình 6 bước chọn nhanh 316L hay 904L

1) Xác định môi chất, nồng độ, nhiệt độ làm việc, tạp chất Cl-, Fe3+, SO2/NOx.
2) Tra dữ liệu tương thích (Outokumpu, Nickel Institute) để sàng lọc mác.
3) Kiểm tra rủi ro SCC với Cl- và nhiệt độ; nếu T>60°C và có Cl-, ưu tiên 904L.
4) Đánh giá điều kiện thủy lực (dòng chảy tĩnh/động), khả năng kẽ hở, vệ sinh.
5) So sánh chi phí: 316L + biện pháp thiết kế/hoàn thiện vs 904L nguyên khối.
6) Chốt tiêu chuẩn thiết kế, hàn, thụ động hóa và kế hoạch QC/inspections.

Ví dụ thực tế tại Việt Nam

– Bồn H2SO4 98% lưu kho, 30°C, Cl- <10 ppm: chọn 904L; hàn ER385; bề mặt Ra ≤1.5 μm; hydrotest bằng nước DI. - Bồn H3PO4 85% tại 60°C, Cl- 50 ppm: 904L hoặc 316L lót PTFE. Với tải nhiệt cao, 904L an toàn hơn về tuổi thọ. - Bồn NaOH 32% ở 50°C: 316L đủ; chú ý tránh nhiễm Cl- từ nước rửa/giữ vệ sinh. - Bồn HCl 30% ở môi trường: không dùng 316L/904L; dùng thép carbon lót cao su hoặc FRP. - Bồn nước biển tuần hoàn: 904L dùng được nếu dòng chảy liên tục và kiểm soát fouling; tuy nhiên Duplex 2205 đáng cân nhắc hơn về hiệu năng – chi phí.

Nguồn tham khảo kỹ thuật

– Outokumpu Corrosion Handbook; Outokumpu datasheets 1.4404 (316L) và 1.4539 (904L).
– Nickel Institute: Stainless Steels in Various Chemical Environments; Fabrication of Stainless Steels.
– ASTM A240, A312, A403, A182; ASTM A380/A967; ASTM G48.
– ASME BPVC Section VIII Div.1; ASME IX; API 650/620.

Kết luận

– 316L là lựa chọn kinh tế và đủ dùng cho kiềm, axit hữu cơ, một số dịch muối loãng ở nhiệt độ thấp và môi trường sạch.
– 904L vượt trội khi có H2SO4, H3PO4 nồng độ cao, Cl- vết, hoặc nhiệt độ tăng – nơi 316L dễ rỗ/SCC.
– HCl, NaOCl và tác nhân oxy hóa chứa clo: không phù hợp cả 316L/904L → chuyển sang vật liệu/giải pháp khác.
– Tuổi thọ bồn không chỉ do mác thép mà còn ở thiết kế chống kẽ hở, quy trình hàn – tẩy gỉ – thụ động hóa, kiểm soát Cl- trong thử kín và vận hành.
Làm đúng ngay từ đầu giúp tránh dừng máy tốn kém, kéo dài tuổi thọ bồn và an toàn hệ thống.

Cần tư vấn chọn vật liệu hoặc báo giá nhanh theo bản vẽ, hãy liên hệ Inox Cường Thịnh. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com