Chống ăn mòn bằng inox cho giàn khoan và công trình ngoài khơi

Trong công nghiệp nặng, đặc biệt năng lượng và đóng tàu, chống ăn mòn ngoài khơi quyết định độ an toàn và chi phí vòng đời. Bài viết này tập trung vào giải pháp chống ăn mòn bằng inox cho giàn khoan và công trình biển Việt Nam: cách chọn mác thép, thiết kế – chế tạo đúng, kết hợp phủ bảo vệ và cathodic protection, kèm khuyến nghị tiêu chuẩn và vật tư phù hợp thị trường.

Vì sao inox là vật liệu chủ lực ngoài khơi?

– Độ bền ăn mòn cao trong môi trường Cl-; không cần sơn bảo vệ ở nhiều hạng mục, giảm bảo trì.
– Cường độ cao (đặc biệt duplex/super duplex) cho kết cấu gọn nhẹ, chịu tải động tốt.
– Tuổi thọ dài, giảm dừng máy, phù hợp chiến lược LCC (Life-Cycle Cost) của offshore.

Lưu ý: không phải mọi inox đều phù hợp mọi vùng môi trường biển; 316L thường thất bại nhanh ở vùng sóng vỗ (splash/tidal). Việc lựa chọn phải dựa trên cơ chế ăn mòn và tiêu chuẩn vật liệu dành cho dầu khí ngoài khơi.

Cơ chế ăn mòn điển hình trên biển

– Ăn mòn lỗ (pitting) do ion Cl-: kích hoạt tại nhiệt độ cao, nước biển ấm (Việt Nam 28–32°C) làm rủi ro tăng.
– Ăn mòn kẽ hở (crevice) tại mặt bích, vòng đệm, kẹp treo, mối ghép.
– Ăn mòn điện hóa (galvanic) khi ghép inox với thép carbon, nhôm, đồng… trong môi trường ẩm ướt.
– Nứt do ứng suất trong môi trường chloride (SCC) ở thép austenitic (ví dụ 304/316) khi nhiệt độ >60°C.
– Ăn mòn do vi sinh (MIC) trong hệ nước biển, bể cứu hỏa.
– Ăn mòn – xói mòn ở đường ống có vận tốc cao, cát, bong bóng khí.

Phân vùng môi trường:
– Vùng khí quyển (khô, sương mặn);
– Vùng sóng vỗ/triều (khắc nghiệt nhất, ẩm – khô luân phiên, oxy nhiều);
– Vùng ngập nước liên tục (submerged).
Lựa chọn inox thay đổi theo từng vùng.

Tiêu chí chọn mác inox: PREN, nhiệt độ, vận tốc và tiêu chuẩn

Chỉ số PREN

PREN ≈ %Cr + 3.3×(%Mo + 0.5×%W) + 16×%N. PREN càng cao, khả năng chống pitting/crevice càng tốt trong nước biển. Ngưỡng tham khảo:
– 316L (PREN ~24): chỉ nên dùng vùng khí quyển sạch, tránh sóng/sương mặn dày.
– 904L (PREN ~35): tốt hơn 316L nhưng vẫn hạn chế ở splash zone.
– Duplex 2205 (UNS S32205, PREN ~34–36): dùng tốt cho nước biển ấm, phần lớn hạng mục ngoài khơi.
– Super duplex 2507 (S32750, PREN ~41–45): cho môi trường rất khắc nghiệt, nhiệt độ cao, vận tốc/oxy cao.
– 6Mo/siêu austenitic (254SMO S31254, AL-6XN N08367, PREN ~43–47): cho nước biển nóng, xâm thực, thiết bị trao đổi nhiệt.

Tiêu chuẩn định hướng

– ISO 21457 (lựa chọn vật liệu và kiểm soát ăn mòn cho dầu khí).
– NORSOK M-001 (lựa chọn vật liệu), M-501 (sơn/phủ bảo vệ).
– NACE MR0175/ISO 15156 (môi trường H2S chua).
– DNVGL-RP-B401 (thiết kế cathodic protection).
– Các ASTM cho sản phẩm inox: A240 (tấm), A312/A269 (ống austenitic), A790 (ống duplex), A815 (phụ kiện duplex), A182 (mặt bích).

Khuyến nghị chọn mác inox theo hạng mục offshore

– Vùng khí quyển, không trực tiếp sương mặn: 316L/304L có thể đủ, nhưng tại Việt Nam nên ưu tiên 316L phủ sơn hoặc chuyển 2205 nếu gần biển/spray.
– Vùng khí quyển ven biển và splash zone (điểm nóng ăn mòn): tối thiểu duplex 2205; ưu tiên 2507 hoặc 6Mo cho tay vịn, sàn grating, bích hở, kẹp treo, chân đế anten, kết cấu phụ trợ.
– Đường ống nước biển, hệ cứu hỏa (firewater ring main): 2507 là lựa chọn chuẩn công nghiệp; 2205 có thể dùng cho áp lực/điều kiện nhẹ hơn; 6Mo khi nhiệt độ cao hoặc fouling nặng.
– Bơm nước biển, bộ trao đổi nhiệt: 6Mo hoặc titanium; duplex/2507 cho vỏ, bộ phận ít nhạy cảm.
– Bulông/ốc vít: cấp hợp kim bằng hoặc cao hơn vật liệu nền; tránh dùng 316 trên nền 2205. Sử dụng fastener 2205/2507, chống kẹt ren bằng keo bôi trơn phù hợp.
– Tủ điện, thang cáp: 316L sơn phủ hoặc 2205 không sơn cho tuổi thọ dài hơn.
– Cladding/overlay: với đường ống/khoang áp lực lớn, cân nhắc thép carbon clad lớp inox 2205/2507/6Mo để tối ưu chi phí.

Giải pháp kết hợp: Inox + phủ bảo vệ + CP

Thermal Spray Aluminum (TSA)

– Phun phủ nhôm nhiệt 250–400 µm (theo NORSOK M-501) cho splash zone giúp tăng tuổi thọ >20–30 năm, đặc biệt trên bề mặt phức tạp, mối ghép.
– TSA kết hợp với inox ở vùng chịu phun mặn liên tục là cấu hình “bền – ít bảo trì” được nhiều nhà khai thác áp dụng.

Cathodic Protection (CP)

– Thiết kế theo DNVGL-RP-B401: thế bảo vệ mục tiêu thường khoảng -0.80 đến -1.05 V (Ag/AgCl/Seawater).
– Dùng anode hy sinh Al-Zn-In cho kết cấu ngập nước; ICCP cho diện tích lớn.
– Chú ý giòn hydro: duplex và austenitic nói chung an toàn ở mức thế CP khuyến nghị; tránh áp quá âm cho thép martensitic/vật liệu cường độ rất cao.

Sơn công nghiệp

– Với inox austenitic sử dụng sơn có chuẩn bám dính cho bề mặt inert; sơn chủ yếu để giảm bám bẩn/crevice tại kẹp treo, không thay thế chọn mác đúng.

Thiết kế và chế tạo inox đúng cách (ngăn ăn mòn từ gốc)

Thiết kế cơ khí

– Giảm kẽ hở: dùng hàn kín thay vì bulông ở vùng splash; tránh “túi nước”, ưu tiên bề mặt thoát nước.
– Cách ly điện: chèn vật liệu cách điện giữa inox và kim loại kém điện thế hơn (thép carbon, nhôm, đồng); dùng bộ kit cách điện cho mặt bích.
– Gasket: ưu tiên PTFE/virgin PTFE hoặc PTFE bọc, hạn chế EPDM/NBR tạo kẽ ẩm lâu ngày.
– Fastener: chọn cùng hệ hợp kim; dùng keo chống kẹt (anti-galling) trên ren inox.

Hàn và xử lý bề mặt

– Duplex 2205/2507: kiểm soát nhiệt vào 0.5–2.5 kJ/mm; nhiệt độ giữa đường hàn <150°C; que hàn ER2209/2594 tương ứng; kiểm tra ferrite 30–70% vùng hàn. - Austenitic 316/6Mo: tránh nung lâu ở 550–800°C; dùng filler tương thích (ví dụ 625 cho 6Mo trong vài ứng dụng). - Tẩy gỉ – thụ động hóa theo ASTM A380/A967; loại bỏ “heat tint”, sắt tự do để phục hồi lớp màng thụ động. - Tránh nhiễm sắt: dùng dụng cụ riêng cho inox, phủ bảo vệ trong xưởng.

Điều kiện Việt Nam và bài học thực tế

– Nước biển ấm 28–32°C, độ mặn cao, tia UV mạnh, chu kỳ ẩm – khô dày khiến 316L nhanh pitting/crevice ở khu vực hắt sóng, thường chỉ sau 6–24 tháng.
– Duplex 2205 hoạt động tốt cho hầu hết tay vịn, sàn thao tác, thang, giá đỡ, ống dẫn phụ; super duplex 2507 phù hợp đường ống nước biển, firewater, manifold; 6Mo cho bộ trao đổi nhiệt, cuộn làm mát, thiết bị phụ nhiệt độ cao.
– TSA + CP cho mọi bề mặt splash zone giúp tăng tuổi thọ vượt kế hoạch bảo trì 20 năm.

Ví dụ cấu hình khuyến nghị cho giàn đầu giếng:
– Handrail, grating, cable tray trong splash: 2205 phun TSA tại mối ghép; bulông 2205/2507.
– Firewater ring main: 2507 theo ASTM A790/A815/A182; mặt bích cách điện; CP thiết kế đồng bộ.
– Piping nước biển phụ trợ: 2205 cho nhiệt độ/vận tốc trung bình; 6Mo nếu nước ấm, vận tốc cao hoặc chlorination liên tục.
– Skid bơm nước biển: thân bơm super duplex hoặc 6Mo; bolt 2507; lớp TSA/epoxy chống crevice.

Lựa chọn theo chi phí vòng đời (LCC)

– Chi phí vật liệu tham khảo (biến động theo thị trường): 316L ~1.0x; 2205 ~1.3–1.6x; 2507 ~2.0–2.5x; 6Mo ~3.0–4.0x.
– Tuy nhiên, tính cả sơn, dừng máy, thay thế và rủi ro an toàn, 2205/2507 thường cho LCC thấp hơn 316L trong 15–25 năm vận hành ngoài khơi.
– Với kết cấu lớn, giải pháp thép carbon + clad inox (2205/2507/6Mo) giảm CAPEX nhưng vẫn đảm bảo bền ăn mòn ở bề mặt tiếp xúc nước biển.

Quy trình triển khai chống ăn mòn bằng inox (đề xuất 7 bước)

1) Khảo sát môi trường: nhiệt độ, Cl-, tốc độ dòng, bùn/cát, có H2S hay không (sour service).
2) Lựa chọn mác theo ISO 21457/NORSOK M-001 và PREN mục tiêu.
3) Xác định chiến lược phủ và CP cho từng vùng (DNVGL-RP-B401, NORSOK M-501).
4) Thiết kế chi tiết loại trừ kẽ hở, cách ly điện, chọn gasket/fastener tương thích.
5) Quy định chế tạo: quy trình hàn (WPS/PQR), kiểm soát nhiệt, pickling/passivation, QC NDT.
6) Nghiệm thu: MTC 3.1/3.2, PMI, ferrite check, thử áp, kiểm tra sơn/phủ, đo thế CP.
7) Vận hành – bảo trì: vệ sinh định kỳ, biocide/chlorination kiểm soát MIC, kiểm tra ROV/định kỳ bề mặt splash.

Thông số, quy cách vật tư inox mà doanh nghiệp tại Việt Nam thường dùng

– Tấm 2205/2507: ASTM A240, dày 3–40 mm cho kết cấu, bích, bệ đỡ.
– Ống 2205: ASTM A790 (SCH 10–80) DN15–DN300; phụ kiện A815; mặt bích A182 F51.
– Ống 2507: ASTM A790 (SCH 10–80) cho firewater/nước biển; phụ kiện A815; mặt bích A182 F53/F55.
– 6Mo (S31254): Ống ASTM A312/A269 cho trao đổi nhiệt, cuộn đường ống; phụ kiện A403 WPS31254.
– Bulông/ty ren: thanh tròn ASTM A479 (2205/2507) gia công theo bản vẽ; dùng lớp phủ chống kẹt.
– Vật tư cách điện, gasket PTFE, bộ kit cách điện mặt bích cho chống galvanic.
Tất cả nên có MTC, PMI, và quy trình hàn – pickling được phê duyệt.

Kiểm tra – bảo trì để duy trì lớp thụ động

– Rửa nước ngọt định kỳ ở kết cấu trên boong để giảm muối đọng.
– Soi mối ghép/kẹp treo, xử lý kẽ hở; thay gasket lão hóa.
– Làm sạch cặn sinh học trong đường ống nước biển, kiểm soát MIC bằng chlorination duy trì 0.5–1 mg/L dư, theo khuyến nghị vận hành.
– Theo dõi thế CP, thay anode khi suy giảm theo tính toán.

Nguồn tham khảo

– ISO 21457: Materials selection and corrosion control for oil and gas.
– NORSOK M-001 (Materials selection), NORSOK M-501 (Surface preparation and protective coating).
– DNVGL-RP-B401: Cathodic protection design.
– NACE MR0175/ISO 15156: Materials in H2S-containing environments.
– Nickel Institute Publication “Stainless Steels in Seawater”.
– IMOA: Guidelines for selection of stainless steels for seawater.
– Outokumpu Corrosion Handbook.
– ASTM A240, A312/A269, A790, A815, A182, A380/A967 (xử lý bề mặt).

Kết luận

– Muốn bền ngoài khơi, phải kết hợp: chọn đúng mác inox theo PREN và tiêu chuẩn (ưu tiên 2205/2507, 6Mo cho nước biển ấm), thiết kế loại trừ kẽ hở – cách ly điện, hàn đúng quy trình và xử lý bề mặt, cộng với TSA và cathodic protection ở vùng splash/submerged.
– Với điều kiện Việt Nam, 316L chỉ còn vai trò hạn chế; 2205 là “xương sống”, 2507 và 6Mo cho các dịch vụ khắc nghiệt như nước biển và firewater.
– Áp dụng đúng sẽ giảm CAPEX/BOM lãng phí, tối ưu LCC và nâng cao độ tin cậy công trình 20–30 năm.

Cần tư vấn chi tiết theo dự án, tiêu chuẩn và tiến độ cung ứng? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được đề xuất vật liệu, quy cách và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com