Ăn Mòn Và Biện Pháp Chống Ăn Mòn Trong Hệ Thống PCCC
Bài 3: Ăn Mòn Trong Hệ Thống Phòng Cháy Chữa Cháy (tiếp theo)
4.3 Chất lượng và thành phần hóa học của nước (Water Quality/Chemistry)
Chất lượng nước là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ và dạng ăn mòn trong hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC). Nước có thể chứa nhiều thành phần gây hại cho vật liệu kim loại như thép hoặc thép mạ kẽm.
Các thông số hóa học cần quan tâm bao gồm:
- 💧 Khí hòa tan: Oxy (O₂), Carbon Dioxide (CO₂)
- 🧪 Ion hòa tan: Cl⁻ (chloride), SO₄²⁻ (sulfate), HCO₃⁻, CO₃²⁻
- ⚗️ pH và độ kiềm
- ⚠️ Độ cứng: ion Ca²⁺, Mg²⁺
- 🧫 Vi sinh vật: vi khuẩn, nấm mốc, tảo
Nếu hệ thống sử dụng nước thô chưa xử lý từ giếng hoặc ao hồ, nguy cơ ăn mòn sẽ cao hơn nhiều so với sử dụng nước máy đã được xử lý đạt chuẩn.
4.3.1 Khí hòa tan – O₂ và CO₂
4.3.1.1 Trong hệ thống ống ướt (Wet Pipe System)
- Oxy hòa tan trong nước là tác nhân chính gây ăn mòn trong ống thép. Khi phản ứng oxy hóa xảy ra, oxy sẽ dần bị tiêu hao, tạo ra các lớp ăn mòn như magnetite (Fe₃O₄).
- Nếu hệ thống kín và không bổ sung oxy mới, tốc độ ăn mòn sẽ giảm đáng kể sau một thời gian vận hành.
- Nhiều hệ thống thực tế đã cho thấy bên trong ống tạo lớp magnetite màu đen giúp bảo vệ tạm thời khỏi ăn mòn tiếp diễn.
Hình 4.20 – Ống thép trong hệ ống ướt có lớp magnetite đen và oxy cạn kiệt, giúp hạn chế ăn mòn.
4.3.1.2 Trong hệ thống ống khô hoặc preaction
- Ống thường được bơm khí nén (thường là không khí) để duy trì áp suất, nhưng nếu không dùng khí nitơ hoặc không có máy sấy khí, sẽ có hiện tượng ngưng tụ nước và tồn đọng.
- Lượng nước tồn đọng này hấp thụ O₂ và CO₂ từ không khí → tạo ra môi trường ăn mòn rất mạnh, đặc biệt đối với lớp mạ kẽm.
- Khi lớp kẽm bị phá vỡ, phần thép bên trong bị lộ ra và ăn mòn tiếp tục theo dạng cục bộ, gây thủng ống.
⚠️ Nồng độ CO₂ trong nước cũng phản ứng với H₂O để tạo axit nhẹ (H₂CO₃) → làm giảm pH và tăng tốc độ ăn mòn.
4.3.1.3 Hình thành cặn
- Ngoài ăn mòn, nước có thể kết tủa các khoáng chất như CaCO₃, MgCO₃ gây ra tắc nghẽn trong ống.
- Những cặn này có thể bám trên đầu phun sprinkler, làm chậm hoặc vô hiệu khả năng hoạt động khi xảy ra cháy.
Hình 4.21 – Ống thép mạ kẽm NPS 4 với rò rỉ xuyên thành. Nước còn lại ~40%, dưới mức nước có gỉ trắng và mụn gỉ nâu.
Hình 4.22 – Hệ thống sprinkler liên quan đến cháy do ống bị tắc (dữ liệu FM Global 1982–2001).
4.3.2 Muối hòa tan – Cl⁻, SO₄²⁻ và các anion khác
- Các ion Cl⁻ và SO₄²⁻ là nguyên nhân hàng đầu gây ăn mòn dạng điểm (pitting) và ăn mòn khe.
- Cl⁻ đặc biệt nguy hiểm vì có thể phá hủy màng thụ động bảo vệ trên kim loại và tạo điều kiện hình thành lỗ thủng nhỏ nhưng sâu.
- Sự hiện diện của các ion này trong nồng độ cao (ví dụ nước nhiễm mặn hoặc nước giếng khoan) cần được kiểm soát nghiêm ngặt nếu sử dụng cho hệ thống chữa cháy.
Kết luận phần 4.3
- Hệ thống PCCC cần được thiết kế và vận hành với nguồn nước có chất lượng kiểm soát nghiêm ngặt.
- Nên sử dụng nước máy đã xử lý thay vì nước tự nhiên.
- Đối với hệ thống khô, nên dùng khí nitơ thay vì khí nén và có thiết bị xả nước dư định kỳ để giảm tích tụ khí và nước ăn mòn.
4.4 Độ dày ống sprinkler (Sprinkler Pipe Thickness – Schedule)
Độ dày thành ống (pipe schedule) đóng vai trò quan trọng trong việc chịu đựng và kéo dài tuổi thọ hệ thống ống khi bị ăn mòn.
Các hệ thống sprinkler sử dụng ống thép có cấp độ (schedule) khác nhau, trong đó phổ biến nhất là:
- Schedule 10 – thành ống mỏng
- Schedule 40 – thành ống dày tiêu chuẩn
- Các loại khác: Sch 30, Sch 80 (ít phổ biến trong PCCC)
🔍 So sánh độ dày:
|
Kích thước danh định (NPS) |
Schedule 10 (mm) |
Schedule 40 (mm) |
|
1" (DN25) |
2.77 |
3.38 |
|
2" (DN50) |
2.77 |
3.91 |
|
4" (DN100) |
3.05 |
6.02 |
📌 Nguồn: ASTM A135/A795
Ảnh hưởng đến ăn mòn
- Ống có thành mỏng hơn (Sch 10) sẽ bị thủng nhanh hơn khi chịu cùng tốc độ ăn mòn so với ống Sch 40.
- Điểm dễ bị tổn thương nhất là phần ren hoặc chỗ nối ren – nơi thành ống đã bị giảm bớt đáng kể khi tiện ren.
- Chỉ số CRR (Corrosion Resistance Ratio) được NFPA đề xuất để đánh giá khả năng chống ăn mòn tại vị trí ren:
Trong đó:
- X = độ dày thành ống tại chân ren thực tế (tính cả dung sai âm)
- X₄₀ = độ dày thành ống chuẩn Sch 40 tại cùng vị trí
✅ CRR ≥ 1 là yêu cầu bắt buộc nếu dùng ống thành mỏng trong môi trường nước ăn mòn hoặc có MIC.
Lưu ý:
- Ống Sch 10 tuy dễ lắp đặt và tiết kiệm chi phí ban đầu, nhưng nên hạn chế sử dụng ở khu vực có nguy cơ ăn mòn cao (ví dụ: gần biển, nước giếng, nơi hay có đọng nước).
- FM Global và NFPA khuyến nghị xem xét lại lựa chọn vật liệu và cấp độ ống nếu xác định có nguy cơ ăn mòn cao hoặc hệ thống đã từng bị rò rỉ.
4.5 Sự suy giảm của hệ thống ống nhựa CPVC (Degradation of CPVC Sprinkler Piping Systems)
Ống CPVC (Chlorinated Polyvinyl Chloride) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống sprinkler do ưu điểm:
- Chống ăn mòn cao
- Trọng lượng nhẹ, dễ thi công
- Không dẫn điện
- Không bị oxy hóa như thép
Tuy nhiên, CPVC cũng có thể bị suy giảm hoặc hư hỏng nếu gặp điều kiện bất lợi, đặc biệt là do tác nhân hóa học và cơ học kết hợp.
4.5.1 Các dạng hư hỏng phổ biến của nhựa CPVC
Có ba dạng chính:
- Nứt do ứng suất môi trường (Environmental Stress Cracking – ESC)
- Gãy giòn do tải trọng cơ học lặp đi lặp lại
- Suy yếu do tiếp xúc với hóa chất không tương thích
⚠️ Hư hỏng có thể xảy ra sau vài năm kể từ khi đưa hệ thống vào sử dụng, thường bắt đầu từ các khớp nối, co chữ T, hoặc các đoạn chịu uốn, xoắn nhẹ.
Hình 4.23 – Các nguyên nhân gây hư hỏng nhựa – theo tỷ lệ phần trăm.
4.5.2 Cơ chế nứt do ứng suất môi trường (ESC)
ESC là hiện tượng nứt vi mô phát triển dần theo thời gian, xảy ra khi:
- Ống CPVC bị ứng suất cơ học (lắp đặt sai, chịu lực kéo hoặc uốn)
- Tiếp xúc với hóa chất không tương thích, như: dầu cắt gọt kim loại, chất chống đông, sơn, keo không đạt chuẩn
👉 Các hóa chất này có thể thẩm thấu vào thành ống, phá vỡ cấu trúc polymer bên trong và dẫn đến nứt gãy từ bên trong.
🧪 Nghiên cứu ESC thường dùng mẫu thử hình chữ V và tác động lên ống trong môi trường chứa hóa chất nghi ngờ → kiểm tra mức độ nứt gãy.
Hình 4.24 – (A) 5 mẫu thử kéo CPVC type V trong thử nghiệm ESC. (B) Bề mặt gãy cho thấy hóa chất ESC xâm nhập từ bề mặt ngoài.
4.5.3 Các dạng suy giảm khác
Ngoài ESC, CPVC còn có thể gặp các vấn đề sau:
- Gãy giòn do chịu tải liên tục hoặc nhiệt độ cao kéo dài
- Biến màu bề mặt (từ vàng nhạt sang nâu đậm) do tác động nhiệt và UV
- Lão hóa hóa học nếu sử dụng sai chất bôi trơn, keo dán, hoặc vật liệu cách nhiệt
Khuyến nghị sử dụng CPVC an toàn:
- ✅ Chỉ dùng keo, sơn, dầu, phụ kiện được UL/FM và nhà sản xuất ống CPVC phê duyệt (như Lubrizol)
- ✅ Tránh để CPVC tiếp xúc với vật liệu kim loại khi còn dư dầu mỡ, chất bôi trơn
- ✅ Tuân thủ hướng dẫn thi công nghiêm ngặt, đặc biệt về uốn cong, treo đỡ, và khoảng cách giá đỡ
📌 Trong hệ thống hybrid (kết hợp ống CPVC và kim loại), cần đặc biệt cẩn trọng khi thi công khớp nối, tránh nhiễm bẩn sang CPVC.
---------------------------
Chuỗi bài 'ĂN MÒN VÀ BIỆN PHÁP CHỐNG ĂN MÒN TRONG HỆ THỐNG PCCC'
