EN
Một phương trình sẽ chào đón tất cả kỹ sư hàng hải và quản lý đội tàu trên thiết bị mà họ lựa chọn, và đây là phương trình đó: Khi chọn bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước biển, yếu tố quan trọng nhất bạn cần xem xét chính là vật liệu. Thực tế là nước biển rất khắc nghiệt. Nước biển có tính ăn mòn cao, chứa hàm lượng clorua và oxy hòa tan lớn, đồng thời chứa đầy các sinh vật chỉ muốn ăn mọi vật liệu không được lựa chọn đúng cách. SME thực hiện hơn 500 lần cải tạo và sửa chữa mỗi năm, và kết quả luôn cho thấy việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ cũng như chi phí cuối cùng. Ở đây, chúng ta sẽ tập trung vào ba loại vật liệu phổ biến nhất được đề cập — Titan, thép không gỉ 316L và thép không gỉ siêu austenit SMO 254 — đánh giá chúng theo các khía cạnh: khả năng chống ăn mòn, đặc tính cơ học, giá trị và độ phù hợp với mục đích sử dụng.
Khả năng kháng ăn mòn trong môi trường biển
Ăn mòn cục bộ dưới dạng ăn mòn điểm (pitting) và ăn mòn khe (crevice corrosion) là nguyên nhân chính gây hư hỏng tấm trao đổi nhiệt khi sử dụng với nước biển.
Mô hình mặc định là Thép không gỉ 316L. Mức độ chống lại sự tấn công của clorua ở vật liệu này ở mức trung bình do hàm lượng molypden trong nó (khoảng 2–3%). Tuy nhiên, trong các ứng dụng nước biển chảy chậm hoặc đứng yên, nguy cơ xảy ra ăn mòn khe hở dưới lớp bám sinh học và dưới gioăng là khá cao. Hầu hết thời gian, chúng tôi thay thế tấm thép 316L trên các tàu hoạt động ở vùng nhiệt đới và trên nước mặn/nước lợ, và phát hiện tấm này bị ăn mòn cục bộ sau khoảng 12–18 tháng.
SMO 254 là một loại thép austenit siêu cấp, đồng thời chứa nhiều niken hơn đáng kể. Nó có chỉ số PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) lớn hơn 40, do đó khả năng chống ăn mòn lỗ sâu do clorua cao hơn nhiều so với thép 316L thông thường. Vật liệu này hoạt động tốt trong nước muối ấm và chịu được quá trình khử trùng bằng clo ngắn hạn hoặc các môi trường hơi đứng yên. Tuổi thọ của SMO 254 mà không xuất hiện các vết ăn mòn lớn có thể khác nhau; thực tế hiện nay cho thấy vật liệu này đã duy trì hiệu quả trong khoảng 3–5 năm trên nhiều dự án SME liên quan đến đóng tàu tại các khu vực ven biển.
Titan (cấp 1 hoặc 2) có độ tin cậy về cơ bản là vô hạn khi sử dụng trong nước biển. Lớp oxit thụ động rất ổn định ngay cả ở nhiệt độ cao (lên đến 120℃) và trong dòng chảy tốc độ cao. Khác với thép không gỉ, titan chống lại các vấn đề như ăn mòn khe hở, ăn mòn do xói mòn và nứt gãy do ứng suất ăn mòn. Khi giá cả không phải là yếu tố quyết định và thời gian ngừng hoạt động là điều không thể chấp nhận được, thì titan chiếm ưu thế tuyệt đối.
Đặc tính cơ học và độ dẫn nhiệt
Ngoài khả năng chống ăn mòn, các tấm trung hòa nhiệt phải chịu được chênh lệch áp suất, rung động và chu kỳ thay đổi nhiệt.
Giới hạn chảy của 316L vào khoảng 170 – 220 MPa. Vật liệu này dẻo và dễ gia công, nhưng độ bền thấp hơn nên sẽ dẫn đến việc sử dụng các tấm dày hơn trong các hệ thống áp suất cao, từ đó làm giảm hiệu suất truyền nhiệt.
Độ bền chảy tối đa khoảng 300 – 350 MPa có thể đạt được với SMO 254, nhờ đó tạo ra các tấm mỏng hơn và hiệu quả hơn so với trước đây, mà vẫn không làm giảm độ bền kết cấu. Tỷ lệ độ bền trên khối lượng cao thường vượt trội hơn khả năng dẫn nhiệt thấp, khiến vật liệu này trở thành lựa chọn thiết kế lý tưởng cho các kết cấu nhỏ.
Titanium cấp 2 có độ bền chảy từ 250 đến 400 MPa và cũng là vật liệu chịu mỏi tốt, rất dai. Ngược lại, khả năng dẫn nhiệt của vật liệu này thấp hơn 50% so với các loại thép không gỉ tương ứng, do đó cần sử dụng tấm mỏng hơn hoặc dòng chảy hiệu quả hơn để đạt được mức truyền nhiệt tương đương. Vật liệu này gây sụt giảm nhiệt độ đáng kể trên các tấm; đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi khuyến nghị thiết kế gân sóng tối ưu nhằm bù đắp điều này trong các dự án cải tạo.
Khả năng hàn và các yếu tố liên quan đến sửa chữa
Trên thực tế, các tấm thường bị hư hại do va chạm cơ học, hỏng gioăng hoặc xói mòn. Việc thay thế hoặc sửa chữa tại chỗ phải đơn giản để lựa chọn.
316L có thể dễ dàng hàn bằng hệ thống TIG và dễ sửa chữa. Có nhiều ví dụ về 316L tại hầu hết các xưởng đóng tàu, và tấm dự phòng 316L có thể mua được từ kho hàng. Tuy nhiên, việc hàn làm giảm khả năng chống ăn mòn trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), đôi khi đòi hỏi phải tẩy axit sau hàn.
Việc phát triển kỹ năng thành thạo khi hàn với que hàn chứa niken cao để áp dụng SMO 254 là rất quan trọng, đồng thời cần thận trọng kiểm soát lượng nhiệt đưa vào trong quá trình hàn. Lợi ích chống ăn mòn có thể bị mất nếu hàn không đúng cách dẫn đến kết tủa các pha kim loại giữa các nguyên tố. Các kỹ thuật viên được chứng nhận của SME đã được đào tạo theo quy trình hàn siêu austenit, tuy nhiên nhiều xưởng sửa chữa thông thường không có khả năng này.
Việc ngăn ngừa hiện tượng giòn hóa đòi hỏi phải che chắn hoàn toàn trong quá trình hàn titan, bằng khí argon hoặc heli. Đây không phải là công việc dành cho những người không có chứng chỉ chuyên môn. Tuy nhiên, do titan rất chống ăn mòn, nên tổng số lần sửa chữa sẽ ít hơn. SME khẳng định rằng khi xảy ra hư hỏng, cách tốt nhất là thay thế các tấm bằng mối hàn tại nhà máy, chứ không nên vá tạm tại hiện trường.
Chi phí và giá trị vòng đời
Chi phí kinh tế ban đầu thường là yếu tố quyết định khi mua một sản phẩm, nhưng đối với phân tích vòng đời, điều này lại không đúng.
Loại rẻ nhất ở giai đoạn đầu là thép không gỉ 316L. Tuy nhiên, tuổi thọ ngắn của nó trong nước biển (thường chỉ 2–3 năm) khiến chi phí thay thế, thay gioăng và gián đoạn hoạt động có thể làm tăng tổng chi phí lên gấp ba lần trong suốt thập kỷ vận hành của tàu.
Thép không gỉ SMO 254 có giá cao gấp hai hoặc ba lần so với 316L, nhưng lại cho tuổi thọ sử dụng từ bốn đến năm năm trong điều kiện nước biển điển hình. Thời gian hoàn vốn thường đạt được sau khoảng một năm rưỡi, khiến đây trở thành lựa chọn hiệu quả về chi phí cho các yêu cầu trung bình về hiệu năng.
Chi phí đầu tiên là chi phí cao nhất; các tấm titan nguyên bản có chi phí đầu tiên cao gấp 5–8 lần so với thép không gỉ 316L. Vì các tấm này được thiết kế để vận hành trong 15–20 năm, nên việc thay thế xảy ra rất ít; nếu tàu yêu cầu tuổi thọ hoạt động dài hoặc độ tin cậy cao, thì giải pháp này lại có chi phí vòng đời thấp nhất đối với những loại tàu như vậy. Hiện nay, chúng tôi đã cung cấp titan cho hơn 1.000 tàu và trong hơn 10 năm qua, các tàu này hoàn toàn không gặp sự cố nào.
Kết luận: Hãy để chuyên gia SME định hướng quyết định của bạn
Chúng tôi cam kết đạt được kết quả! Tại SME, không tồn tại một giải pháp duy nhất. Chúng tôi không làm theo cách đó. Đội ngũ hơn một trăm kỹ sư và kỹ thuật viên chuyên nghiệp của chúng tôi trung bình hoàn thành hơn năm trăm dự án mỗi năm. Mỗi năm, cho mọi nhà máy đóng tàu tại Trung Quốc và các nhà cung cấp dịch vụ trên toàn thế giới, mọi dự án của quý vị đều được bảo hành mười hai tháng. Và nếu không: “chúng tôi sẵn sàng tham gia ngay từ đầu — kể cả việc cung cấp đúng vật liệu để giúp quý vị khởi động.” Nhằm đảm bảo hiệu quả chi phí và tiến độ cho thép 316L, hiệu suất đáng tin cậy từ thép SMO 254, và giao hàng chắc chắn từ titan của quý vị — chúng tôi cam kết hỗ trợ kỹ thuật nhanh chóng, dịch vụ lắp đặt toàn cầu tại hiện trường, và dĩ nhiên là các chi tiết cắt và gia công chính xác tại nhà máy rộng 5.000 mét vuông của chúng tôi ở Nantong. Việc này đòi hỏi đánh giá sâu về hoạt động dịch vụ và vòng đời tàu, đồng thời cân nhắc ngân sách của khách hàng để đề xuất giải pháp có bảo đảm ngăn ngừa thất bại và tối ưu hóa chi phí.