Inox cho hệ xử lý khí thải, nước thải: chọn mác và thiết kế tối ưu

Trong công nghiệp nặng (hóa chất, năng lượng, đóng tàu), hệ xử lý khí thải và nước thải là tuyến phòng thủ cuối cùng đảm bảo tuân thủ môi trường và an toàn vận hành. Ở trung tâm của độ bền và tuổi thọ các hệ thống này là vật liệu inox (thép không gỉ). Bài viết cung cấp hướng dẫn đầy đủ về chọn mác inox, thiết kế – gia công – bảo trì nhằm tối ưu hóa hiệu suất, giảm chi phí vòng đời và tránh các hỏng hóc ăn mòn điển hình.

Tại sao inox là vật liệu chủ đạo trong xử lý khí và nước thải?

– Chống ăn mòn đa môi trường: chịu axit (H2SO4, HCl loãng), clorua, CO2/H2S, MIC (ăn mòn do vi sinh), ngưng tụ axit ở vùng điểm sương khói.
– Dễ vệ sinh, ít bám bẩn: bề mặt thụ động Cr2O3 giúp giảm tích tụ cặn và vi sinh, đặc biệt khi hoàn thiện đúng quy trình.
– Cường độ cao, giảm bề dày: đặc biệt với duplex (2205/2507), cho phép nhẹ hóa thiết bị, giảm mối hàn và giá đỡ.
– An toàn quy chuẩn và tính bền vững: phù hợp tiêu chuẩn an toàn, dễ tái chế, hỗ trợ vận hành ổn định đáp ứng QCVN về khí – nước thải.

Đặc tính môi trường ăn mòn trong thực tế

Khí thải ướt (Wet FGD, quench, venturi scrubber)

– Hóa học: SO2/SO3, HCl, HF, Cl- hòa tan (từ nước biển hay tuần hoàn), bùn CaSO3/CaSO4.
– Điều kiện: pH 1–5 (cục bộ), Cl- 5.000–30.000 ppm (thậm chí cao hơn ở vùng ven biển), T 40–70°C; sục khí mạnh gây xói mòn – ăn mòn kết hợp.
– Vị trí rủi ro: thân tháp hấp thụ, khay phân phối, bộ tách sương (mist eliminator), đường ống tuần hoàn/slurry, vùng mực nước lên xuống, cửa người chui, mối ghép bích – gioăng.

Khí thải khô/đa giai đoạn (DeNOx, ống khói, điểm sương axit)

– Ngưng tụ H2SO4 ở 120–160°C gây ăn mòn điểm sương axit tại vùng đổi nhiệt, chân ống khói, bypass.
– Clo/fluor vết và muối ẩm tạo khe hở ẩm – nóng thúc đẩy rỗ/ăn kẽ (pitting/crevice).
– Cần chú trọng bề mặt nhẵn, thoát nước và cách nhiệt chống CUI (ăn mòn dưới bảo ôn do ion Cl-).

Nước thải công nghiệp

– Thành phần: Cl- (từ 50–>20.000 ppm), H2S/NH4+, axit/kiềm, chất oxy hóa (NaOCl), SS và bùn có tính mài mòn.
– MIC: vi khuẩn SRB tạo H2S, gây ăn mòn cục bộ vùng kỵ khí, đặc biệt tại chân bồn, khe ghép, khu vực dòng chảy chậm.
– Vị trí rủi ro: song chắn rác, bể điều hòa – khuấy trộn, bể aerotank/MBR, bể lắng – ống siphon, hệ thu gom bùn, cụm hóa lý (pH/keo tụ), xả đáy, đường ống chôn ngầm.

Lựa chọn mác inox theo môi trường: nguyên tắc và khuyến nghị

– Xem PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) để so sánh chống rỗ: PREN ≈ %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N.
– 304L: PREN ~18–19
– 316L: ~24–25
– 904L: ~34–36
– Duplex 2205: ~34–36
– 254SMO (UNS S31254): ~42–45
– Super duplex 2507: ~40–43
– Ngưỡng clorua và nhiệt độ (định hướng, cần hiệu chỉnh theo pH, oxy, vận tốc):
– 304L: nước <200 ppm Cl-, T ≤ 25°C; khí khô/không ngưng tụ axit. - 316L: đến ~1.000 ppm Cl- ở ≤ 25°C; hoặc 200–300 ppm ở 40–50°C. - 2205: đến ~20.000 ppm Cl- ở ≤ 25°C; tốt tới 60–70°C nếu pH trung tính và dòng chảy đủ. - 254SMO/2507: môi trường nước biển/FGD có Cl- rất cao, pH thấp, nhiệt độ tăng; vùng mực nước dao động. - Lưu ý: 904L và 2205 có mức chống rỗ tương đương (PREN ~35) nhưng 2205 bền SCC (nứt ăn mòn ứng suất) và có cường độ cao hơn; 904L có hàn dễ hơn trong một số trường hợp.

Khuyến nghị nhanh theo hạng mục

– Tháp hấp thụ FGD, tấm hướng dòng, tray, mist eliminator:
– Duplex 2205 là lựa chọn kinh tế – kỹ thuật phổ biến; 254SMO/2507 cho Cl- rất cao/pH thấp.
– Đường ống tuần hoàn slurry, bơm – van:
– 2205 (giảm bề dày nhờ cường độ), lót cao su/ceramic tại khu vực mài mòn mạnh.
– Ống khói, vùng điểm sương axit, quench:
– 316L/317L nếu tải Cl- thấp; 904L/2205 ở tải Cl- trung bình; hợp kim siêu austenit/ni nền (ví dụ 625) khi H2SO4 đặc/ nhiệt cao bất thường.
– Hệ nước thải chung nhà máy:
– 304L: nước ít clorua, khu vực khô ráo, chi tiết phụ trợ.
– 316L: bể điều hòa, đường ống, van – bích nơi Cl- thấp/trung bình.
– 2205: vùng kỵ khí, mực nước dao động, Cl- cao, khu vực MIC nhạy cảm.
– 2507/254SMO: nước biển, xả ven biển, RO/UF tiếp xúc nước muối.

Dạng vật tư và tiêu chuẩn áp dụng

– Tấm/coil/plate: ASTM A240/ASME SA-240 (304L/316L/904L/2205/2507/254SMO).
– Ống hàn – ống đúc: ASTM A312 (austenit/duplex); phụ kiện: ASTM A403; mặt bích: ASTM A182.
– Ống vi sinh/đòi hỏi vệ sinh cao: ASTM A270; bề mặt No. 2B/BA, đánh bóng theo yêu cầu độ nhám.
– Hóa chất xử lý bề mặt: làm sạch và thụ động theo ASTM A380 (làm sạch) và ASTM A967 (thụ động).
– Kiểm định: chứng chỉ vật liệu EN 10204 3.1; PMI kiểm tra thành phần; thử Ferrite cho mối hàn duplex.

Thiết kế, hàn và hoàn thiện bề mặt: quyết định 50% tuổi thọ

– Thiết kế chống khe: tránh chồng mí, khe hở; ưu tiên hàn kín; dốc thoát nước ≥ 1–2%; bán kính lượn đủ để giảm đọng bẩn.
– Cách điện ăn mòn điện hóa: tách inox với thép carbon/đồng bằng đệm cách điện, bu lông cùng mác vật liệu, gioăng PTFE/EPDM kháng hóa chất; tránh gioăng chứa Cl- dễ rỗ kẽ.
– Chống CUI: chọn bảo ôn ít Cl-, lớp vỏ kín nước, thoát ẩm; kiểm tra định kỳ.
– Quy trình hàn:
– Dùng que/dây hàn phù hợp: ER308L/309L cho 304L; ER316L cho 316L; ER2209 cho duplex 2205; giữ nhiệt gian đường hàn (interpass) thấp, ≤ 150°C với duplex.
– Loại bỏ heat tint, tẩy gỉ – thụ động toàn bộ mối hàn/bề mặt gần mối hàn (ASTM A380/A967); không để màu rơm/xanh tồn tại vì làm suy yếu lớp thụ động.
– Tránh nhiễm bẩn Fe: dùng dụng cụ riêng cho inox; chổi thép không gỉ; không phun cát bằng hạt chứa sắt.
– Hoàn thiện bề mặt: No. 2B/Bead blasted cho thiết bị; đánh bóng mịn (Ra ≤ 0,8–1,6 µm) ở vùng dễ bám bẩn để giảm tích tụ – MIC.

Bảo trì và kiểm định

– Vệ sinh định kỳ bằng acid citric hoặc nitric loãng để duy trì lớp thụ động; tránh chất tẩy chứa Cl- đậm đặc (NaClO nồng độ cao) trên 304/316.
– Giám sát: đo pH, Cl-, nhiệt độ, ORP; kiểm tra rỗ/ăn kẽ tại mép mối hàn, dưới gioăng, mặt bích, chân bồn.
– MIC: duy trì dòng chảy tối thiểu, súc rửa, khử trùng nồng độ kiểm soát (ví dụ NaClO thấp, hoặc UV/ozone tùy quy trình); thông khí vùng kỵ khí.
– Bảo vệ mài mòn: lót gốm/cao su/PU ở khu vực vận tốc hạt rắn cao; thay đổi hướng dòng mềm.

So sánh chi phí vòng đời (ví dụ tham khảo)

Giả định đường ống tuần hoàn FGD DN150, 100 m, T 60°C, Cl- 15.000 ppm:
– Phương án A – 316L: chi phí đầu tư cơ sở = 1,0; nguy cơ rỗ/ăn kẽ cao, cần thay sau ~3–5 năm ở điểm nóng; 10 năm gồm 1–2 lần thay cục bộ → chi phí vòng đời ~1,6–2,0.
– Phương án B – Duplex 2205: vật liệu +20–30%, nhưng giảm bề dày 20–30% nhờ cường độ → chi phí lắp đặt gần 1,1–1,2; tuổi thọ 10+ năm → chi phí vòng đời ~1,1–1,3.
– Phương án C – FRP lót: đầu tư ~0,7–0,9; cần sửa/lót lại 1–2 lần trong 10 năm, nhạy va đập/UV → chi phí vòng đời ~1,2–1,6.
Kết luận: trong môi trường FGD tải Cl- trung cao, 2205 thường cho LCCA thấp nhất và độ tin cậy cao hơn. Số liệu mang tính định hướng; cần tính theo dữ liệu công nghệ và giá thị trường tại thời điểm dự án.

Những lỗi thường gặp và cách tránh

– Dùng 304/316L cho môi trường Cl- cao, pH thấp, nhiệt >50°C → chuyển rỗ sớm: nâng cấp 2205/254SMO.
– Không tẩy – thụ động sau hàn → rỗ bắt đầu từ heat tint: áp dụng ASTM A380/A967.
– Dùng gioăng chứa halogen hoặc bulông thép carbon trên mặt bích inox → ăn mòn kẽ/điện hóa: thay bằng vật liệu tương thích và đệm cách điện.
– Không thoát nước/góc chết → MIC và rỗ kẽ: tối ưu thiết kế, tăng rửa – xả đáy.
– Bảo ôn chứa Cl- → CUI: chọn vật liệu cách nhiệt có chứng nhận low-chloride, lắp đặt kín nước, kiểm tra định kỳ.

Ví dụ ứng dụng tại Việt Nam (điển hình)

– Nhiệt điện than ven biển: chuyển tháp hấp thụ FGD từ 316L sang duplex 2205 cho khay phân phối và mist eliminator, giảm ăn mòn rỗ và tăng tuổi thọ trên 10 năm.
– Nhà máy hóa chất: đường ống nước thải giàu Cl- nâng cấp 316L → 2205 tại vùng mực nước dao động, chấm dứt rò rỉ do MIC sau 18–24 tháng vận hành.
– Cảng – đóng tàu: hệ xử lý nước dằn và nước rửa boong dùng 2507/254SMO ở điểm tiếp xúc nước biển, giảm chi phí bảo trì so với FRP lót.

Tuân thủ quy chuẩn và hồ sơ kỹ thuật

– Khí thải: QCVN 19:2009/BTNMT (và các sửa đổi) – vật liệu không quy định trực tiếp, nhưng độ tin cậy hệ thống là yếu tố then chốt để duy trì nồng độ sau xử lý ổn định.
– Nước thải công nghiệp: QCVN 40:2011/BTNMT – chọn vật liệu đúng giúp duy trì hiệu suất xử lý và an toàn xả thải.
– Hồ sơ vật liệu: yêu cầu chứng chỉ EN 10204 3.1, thành phần – cơ tính đúng mác, kiểm PMI, báo cáo quy trình hàn (WPS/PQR), nhật ký tẩy – thụ động, hồ sơ nghiệm thu NDT (nếu áp dụng).

Tư vấn và cung ứng tại Hà Nội

Inox Cường Thịnh cung cấp đầy đủ 304L/316L/317L/904L, duplex 2205/2507, 254SMO theo ASTM A240/A312/A403, cùng dịch vụ cắt – gia công – tẩy thụ động. Chúng tôi hỗ trợ lựa chọn mác, độ dày, tiêu chuẩn hàn và kế hoạch bảo trì theo môi trường cụ thể của bạn. Liên hệ để được tư vấn kỹ thuật và báo giá tốt nhất.
– Hotline: 0343.417.281
– Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com

Tài liệu tham khảo

– Nickel Institute – Stainless Steels in Water and Wastewater Treatment (Technical Library). https://nickelinstitute.org/technical-library/
– Nickel Institute – Guidelines for Stainless Steel in Flue Gas Cleaning/FGD (Technical Library). https://nickelinstitute.org/technical-library/
– Outokumpu Corrosion Handbook (Materials selection, chloride and temperature limits). https://www.outokumpu.com/handbook
– ASTM A240, A312, A403, A380, A967 – ASTM International. https://www.astm.org
– US EPA – Air Pollution Control Technology Fact Sheet: Flue Gas Desulfurization (FGD). https://www.epa.gov
– QCVN 19:2009/BTNMT (Khí thải công nghiệp) và QCVN 40:2011/BTNMT (Nước thải công nghiệp) – Bộ TN&MT Việt Nam.

Kết luận: Độ bền của hệ xử lý khí thải và nước thải phụ thuộc mạnh vào chọn mác inox phù hợp môi trường, thiết kế chống khe – chống CUI, quy trình hàn – thụ động đúng chuẩn và kế hoạch bảo trì chủ động. Với FGD và nước thải giàu clorua, duplex 2205 thường là lựa chọn tối ưu chi phí vòng đời; 254SMO/2507 dùng cho điều kiện khắc nghiệt hơn; 304L/316L phù hợp môi trường nhẹ. Hãy chuẩn hóa vật liệu – quy trình ngay từ đầu để đảm bảo tuân thủ môi trường, an toàn và chi phí tối ưu. Liên hệ Inox Cường Thịnh để được tư vấn sâu và báo giá cạnh tranh: 0343.417.281 – inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com.