Luận văn: Phân tích Natri vết trong nước lò hơi kiểm soát độ bền ống quá nhiệt

Luận văn trình bày phương pháp phân tích natri hàm lượng vết trong nước lò hơi, nhằm kiểm soát ăn mòn và đảm bảo độ bền các ống quá nhiệt.

• Tác giả: Bùi Hoàng Nguyên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đình Minh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu phân tích Natri hàm lượng vết trong nước lò hơi nhằm kiểm soát độ bền các ống quá nhiệt của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Phân tích Natri vết Giải pháp then chốt bảo vệ lò hơi

Lò hơi công nghiệp là trái tim của nhiều nhà máy sản xuất, đặc biệt là các nhà máy nhiệt điện và nhà máy lọc hóa dầu. Hoạt động của lò hơi dựa trên một chu trình hơi nước khép kín, nơi nước được đun nóng để tạo ra hơi quá nhiệt, phục vụ cho việc chạy turbine phát điện hoặc các quy trình công nghệ khác. Để đảm bảo hiệu suất lò hơi và tuổi thọ thiết bị, việc kiểm soát chất lượng nước và hơi là yếuovo tố sống còn. Bất kỳ tạp chất nào, dù ở hàm lượng rất nhỏ, cũng có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Trong số các tạp chất cần giám sát, ion natri (Na+) là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất. Natri, dù là một nguyên tố phổ biến, khi xuất hiện trong nước cấp lò hơi ở nồng độ cao sẽ là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ăn mòn nhiệt độ cao và hình thành cáu cặn lò hơi trên bề mặt các ống quá nhiệt. Những lớp cặn này hoạt động như một lớp cách nhiệt, làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, gây quá nhiệt cục bộ và dẫn đến nguy cơ nứt vỡ ống sinh hơi. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp phân tích Natri vết (hàm lượng ppb - phần tỷ) trở thành một nhiệm vụ cấp bách. Việc giám sát chặt chẽ hàm lượng Natri cho phép các kỹ sư vận hành đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời, chẳng hạn như điều chỉnh quy trình xử lý nước cấp lò hơi hoặc tối ưu hóa việc sử dụng hóa chất lò hơi, từ đó ngăn chặn các sự cố tốn kém và đảm bảo nhà máy hoạt động an toàn, ổn định.

1.1. Vai trò của chu trình hơi nước trong nhà máy công nghiệp

Chu trình hơi nước là nền tảng hoạt động của lò hơi. Nước sau khi qua hệ thống khử khoáng (demin) được đưa vào lò, đun nóng để tạo thành hơi bão hòa, sau đó tiếp tục được gia nhiệt trong các bộ quá nhiệt để trở thành hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao. Hơi này sau đó được sử dụng cho các mục đích sản xuất. Việc duy trì sự tinh khiết tuyệt đối của nước trong toàn bộ chu trình là yêu cầu bắt buộc. Mọi sự xâm nhập của tạp chất đều có thể phá vỡ sự cân bằng hóa học, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hơi nước và độ bền của thiết bị.

1.2. Natri và các tạp chất trong hơi nước cần kiểm soát

Ngoài Natri, các tạp chất trong hơi nước cần được kiểm soát nghiêm ngặt bao gồm Silica (SiO2), Sắt (Fe), Đồng (Cu) và các muối hòa tan khác. Các chỉ tiêu như kiểm soát pH nước lò hơi và độ dẫn điện cation cũng là những thông số quan trọng trong chương trình giám sát hóa nước lò hơi. Tuy nhiên, Natri được xem là chỉ thị đặc trưng cho sự xâm nhập của các muối hòa tan, có khả năng gây ăn mòn dưới lớp cặn, một trong những dạng hỏng hóc nguy hiểm nhất đối với các ống lò hơi.

II. Hiểm họa từ Natri Ăn mòn và cáu cặn ống quá nhiệt lò hơi

Sự hiện diện của ion natri (Na+) trong nước lò hơi, dù ở hàm lượng vết, là một mối đe dọa tiềm tàng gây ra hai vấn đề chính: ăn mòn nhiệt độ cao và hình thành cáu cặn lò hơi. Khi nồng độ Natri vượt ngưỡng cho phép, chúng có thể kết hợp với các anion khác để tạo thành các hợp chất như Natri Hydroxit (NaOH) hoặc Natri Clorua (NaCl). Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao của bộ quá nhiệt, các hợp chất này trở nên rất ăn mòn, tấn công trực tiếp vào bề mặt kim loại của ống. Quá trình ăn mòn dưới lớp cặn xảy ra khi các hợp chất này lắng đọng trên bề mặt ống, tạo ra một môi trường ăn mòn cục bộ cực kỳ nguy hiểm. Lớp cặn này không chỉ gây ăn mòn hóa học mà còn làm cản trở quá trình truyền nhiệt. Điều này dẫn đến hiện tượng quá nhiệt cục bộ, làm giảm độ bền cơ học của vật liệu và có thể gây ra hỏng hóc ống lò hơi, thậm chí là nổ ống. Theo nghiên cứu tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, tình trạng nổ các ống trao đổi nhiệt đã từng xảy ra, gây thiệt hại nghiêm trọng. Những sự cố này không chỉ gây ra tổn thất do ăn mòn mà còn làm giảm đáng kể hiệu suất lò hơi, tăng chi phí bảo trì lò hơi công nghiệp và buộc nhà máy phải dừng hoạt động đột xuất để sửa chữa, gây thiệt hại lớn về kinh tế. Do đó, việc kiểm soát chặt chẽ hàm lượng Natri không chỉ là biện pháp kỹ thuật mà còn là một chiến lược quản lý rủi ro quan trọng.

2.1. Cơ chế gây ăn mòn nhiệt độ cao của ion Natri Na

Ở nhiệt độ cao, các muối Natri có thể thủy phân tạo thành môi trường có tính kiềm hoặc axit mạnh cục bộ. Ví dụ, sự tích tụ của NaOH có thể gây ra hiện tượng ăn mòn kiềm (caustic gouging). Các ion Clorua (thường đi kèm với Natri) có khả năng phá vỡ lớp màng oxit bảo vệ trên bề mặt thép, khởi đầu cho quá trình ăn mòn lỗ (pitting corrosion). Cả hai cơ chế này đều làm suy yếu cấu trúc ống, đặc biệt tại các điểm có nhiệt độ cao nhất, dẫn đến nguy cơ nứt vỡ ống sinh hơi.

2.2. Quá trình hình thành cáu cặn và nguy cơ hỏng hóc

Cáu cặn hình thành khi nồng độ các chất khoáng, đặc biệt là muối Natri, Canxi, Magie và Silica, vượt quá giới hạn hòa tan trong nước lò hơi. Chúng kết tủa và bám dính vào bề mặt truyền nhiệt. Lớp cặn này có độ dẫn nhiệt rất kém, hoạt động như một chất cách nhiệt. Để duy trì sản lượng hơi, lò hơi phải hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, gây ứng suất nhiệt lên vật liệu ống. Khi nhiệt độ thành ống vượt quá giới hạn thiết kế, vật liệu sẽ bị biến dạng và hỏng hóc.

III. Phương pháp phân tích Natri vết bằng Quang phổ hấp thụ AAS

Để xác định chính xác hàm lượng Natri ở mức ppb, phương pháp Quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectroscopy - AAS) với kỹ thuật lò than chì (Graphite Furnace - GFAAS) là lựa chọn tối ưu. Nguyên tắc của phương pháp này dựa trên khả năng hấp thụ năng lượng của các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi. Một nguồn sáng (đèn catốt rỗng HCL) phát ra bức xạ đơn sắc đặc trưng cho nguyên tố Natri. Mẫu nước lò hơi được đưa vào một ống than chì (cuvet graphit). Ống này được gia nhiệt theo một chương trình nhiệt độ được lập trình sẵn, bao gồm các giai đoạn: sấy khô, tro hóa và nguyên tử hóa. Trong giai đoạn nguyên tử hóa, nhiệt độ được nâng lên rất cao (trên 2000°C) trong thời gian cực ngắn, khiến các hợp chất Natri trong mẫu bị phân ly hoàn toàn thành các nguyên tử Natri tự do ở trạng thái hơi. Đám hơi nguyên tử này sẽ hấp thụ chùm bức xạ từ đèn HCL. Cường độ ánh sáng bị hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng độ nguyên tử Natri trong mẫu. Một đầu dò (detector) sẽ đo lường sự suy giảm cường độ ánh sáng và hệ thống sẽ tính toán ra nồng độ Natri trong mẫu dựa trên một đường chuẩn đã được xây dựng trước đó. Kỹ thuật AAS-Graphite có độ nhạy rất cao, cho phép phát hiện các nguyên tố ở hàm lượng vết, rất phù hợp với yêu cầu của việc giám sát hóa nước lò hơi.

3.1. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật Quang phổ hấp thụ nguyên tử

Mỗi nguyên tố hóa học có một cấu trúc electron riêng biệt, cho phép nó chỉ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định. Đây là nguyên tắc cốt lõi của phổ hấp thụ nguyên tử. Bằng cách chiếu một chùm sáng có bước sóng đặc trưng cho Natri (589.0 nm) qua đám hơi nguyên tử Natri, ta có thể định lượng được nồng độ của nó một cách chọn lọc và chính xác, ngay cả khi có sự hiện diện của các nguyên tố khác. Mối quan hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ tuân theo định luật Lambert-Beer trong một khoảng nồng độ nhất định.

3.2. Ưu điểm của kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa

Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (lò than chì) có nhiều ưu điểm vượt trội so với kỹ thuật ngọn lửa truyền thống khi phân tích hàm lượng vết. Nó yêu cầu một lượng mẫu rất nhỏ (chỉ vài microlit), có độ nhạy cao hơn hàng nghìn lần, và cho phép kiểm soát tốt hơn môi trường nguyên tử hóa (trong khí trơ như Argon), giúp loại bỏ các phản ứng phụ không mong muốn. Điều này đặc biệt quan trọng khi phân tích Natri, một nguyên tố rất dễ bị nhiễm bẩn từ môi trường.

IV. Bí quyết tối ưu hóa quy trình phân tích Natri tại nhà máy

Việc phân tích Natri hàm lượng vết là một thách thức lớn do Natri là nguyên tố rất phổ biến, dễ gây nhiễu và nhiễm bẩn. Nghiên cứu thực hiện tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đã chỉ ra những yếu tố then chốt để xây dựng thành công phương pháp này trên thiết bị AAS-Graphite. Ban đầu, khi áp dụng các thông số mặc định của nhà sản xuất, kết quả phân tích không đạt yêu cầu về độ lặp lại và độ chính xác theo tiêu chuẩn ASTM D6071. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành tối ưu hóa hàng loạt thông số quan trọng. Yếu tố quyết định nhất là nhiệt độ nguyên tử hóa. Thông số mặc định 1500°C là không đủ để nguyên tử hóa hoàn toàn mẫu, dẫn đến tín hiệu đo không ổn định. Bằng cách khảo sát và nâng nhiệt độ nguyên tử hóa lên 2300°C, tín hiệu thu được trở nên sắc nét và ổn định hơn. Bên cạnh đó, thời gian đo mẫu cũng được tăng từ 3 giây lên 5 giây để đảm bảo đầu dò ghi nhận toàn bộ tín hiệu của peak hấp thụ. Dạng đường chuẩn cũng được thay đổi từ 'Nonlinear' sang 'Linear, Calculated Intercept' để phù hợp hơn với dải nồng độ thấp. Ngoài ra, việc chuẩn bị mẫu và dung dịch chuẩn đòi hỏi sự cẩn trọng tuyệt đối: sử dụng dụng cụ bằng nhựa thay vì thủy tinh (thủy tinh có thể thôi nhiễm Natri), dùng nước siêu tinh khiết và kiểm soát chặt chẽ môi trường phòng thí nghiệm để tránh nhiễm bẩn.

4.1. Thách thức trong việc đo Natri hàm lượng vết ppb

Thách thức chính bao gồm: tín hiệu đo rất thấp dễ bị nhiễu nền, nguy cơ nhiễm bẩn từ không khí, dụng cụ, hóa chất và cả người phân tích. Việc xây dựng một đường chuẩn tuyến tính và ổn định ở dải nồng độ thấp (0-10 ppb) đòi hỏi các dung dịch chuẩn phải được pha chế cực kỳ chính xác và bảo quản đúng cách. Đây là rào cản kỹ thuật mà nhiều phòng thí nghiệm gặp phải khi triển khai phương pháp này.

4.2. Tối ưu thông số kỹ thuật then chốt trên thiết bị AAS Graphite

Nghiên cứu tại Dung Quất đã chứng minh tầm quan trọng của việc tối ưu hóa chương trình nhiệt. Cụ thể, việc tăng nhiệt độ nguyên tử hóa lên 2300°C và thời gian đo lên 5 giây là hai thay đổi mang tính đột phá. Các thông số khác như nhiệt độ sấy (100°C) và tro hóa (800°C) cũng được chuẩn hóa để loại bỏ dung môi và chất nền một cách hiệu quả mà không làm thất thoát Natri trước giai đoạn đo chính.

4.3. Quy trình chuẩn bị mẫu và dựng đường chuẩn chính xác

Một quy trình chuẩn đã được thiết lập: mẫu được lấy vào chai nhựa chuyên dụng, tráng rửa kỹ bằng chính mẫu đo. Các dung dịch chuẩn được pha loãng từ dung dịch gốc 1000 ppm bằng nước deion, sử dụng micropipet và bình định mức nhựa. Đường chuẩn được dựng với ít nhất 4 điểm trong dải nồng độ mong muốn, và hệ số tương quan (R) phải lớn hơn 0.990 để đảm bảo độ tin cậy của phép đo.

V. Hiệu quả kiểm soát ăn mòn lò hơi từ nghiên cứu thực tiễn

Việc áp dụng thành công phương pháp phân tích Natri vết đã mang lại những lợi ích to lớn cho Nhà máy Lọc dầu Dung Quất. Trước đây, nhà máy phải gửi mẫu ra nước ngoài để phân tích, vừa tốn kém chi phí, vừa mất nhiều thời gian chờ đợi kết quả. Điều này gây khó khăn cho việc kiểm soát công nghệ vận hành một cách kịp thời. Kể từ khi phương pháp được triển khai nội bộ, thời gian trả kết quả được rút ngắn đáng kể, giúp bộ phận vận hành có được dữ liệu gần như tức thời về chất lượng hơi nước. Dựa trên các kết quả phân tích chính xác, các kỹ sư có thể nhanh chóng phát hiện các dấu hiệu bất thường trong chu trình hơi nước, chẳng hạn như sự rò rỉ của bộ trao đổi nhiệt hoặc hiệu quả xử lý của hệ thống khử khoáng (demin) suy giảm. Từ đó, các biện pháp khắc phục được đưa ra kịp thời, ngăn chặn nồng độ Natri tăng cao và giảm thiểu nguy cơ ăn mòn ống quá nhiệt. Dữ liệu phân tích trong thời gian dài cho thấy hàm lượng Natri trong các dòng nước cấp lò hơi của nhà máy luôn được kiểm soát chặt chẽ dưới ngưỡng cho phép (10-20 ppb tùy từng lò hơi). Điều này góp phần quan trọng vào việc đảm bảo an toàn vận hành, kéo dài tuổi thọ thiết bị và tối ưu hóa hiệu suất lò hơi, mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt.

5.1. Kết quả phân tích nước lò hơi tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

Theo Bảng 3.6 và 3.7 của luận văn, kết quả phân tích Natri tại các điểm lấy mẫu quan trọng như 15-SC-15-101 và 15-SC-17-901 của phân xưởng RFCC cho thấy hàm lượng Natri dao động chủ yếu trong khoảng 1-8 ppb. Hầu hết các kết quả đều nằm dưới giới hạn kỹ thuật cho phép là 10 ppb. Các trường hợp ghi nhận giá trị cao hơn đều được cảnh báo kịp thời cho bộ phận vận hành để điều chỉnh, chứng tỏ hiệu quả của hệ thống giám sát.

5.2. Lợi ích kinh tế và vận hành Tăng hiệu suất giảm chi phí

Lợi ích trực tiếp là tiết kiệm chi phí gửi mẫu phân tích bên ngoài. Quan trọng hơn, việc chủ động kiểm soát chất lượng nước giúp ngăn ngừa các sự cố hỏng hóc ống lò hơi, giảm chi phí sửa chữa và thời gian dừng máy. Duy trì bề mặt ống sạch sẽ, không bị cáu cặn, giúp tối đa hóa hiệu quả truyền nhiệt, qua đó nâng cao hiệu suất lò hơi và tiết kiệm nhiên liệu. An toàn vận hành được đảm bảo, giảm thiểu rủi ro cho con người và thiết bị.

VI. Tương lai kiểm soát ăn mòn ống quá nhiệt bằng phân tích vết

Thành công trong việc phân tích Natri hàm lượng vết mở ra một hướng đi mới trong công tác giám sát hóa nước lò hơi tại các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam. Nó khẳng định năng lực làm chủ công nghệ và tối ưu hóa thiết bị hiện có của đội ngũ kỹ sư trong nước. Trong tương lai, việc kiểm soát ăn mòn ống quá nhiệt sẽ ngày càng dựa trên các phương pháp phân tích có độ nhạy và độ chính xác cao. Xu hướng tự động hóa đang ngày càng trở nên phổ biến. Các hệ thống giám sát online, có khả năng phân tích liên tục các chỉ tiêu quan trọng như Natri, Silica, độ dẫn điện cation và pH, sẽ dần thay thế cho việc lấy mẫu và phân tích thủ công tại phòng thí nghiệm. Các hệ thống phân tích silica online đã được áp dụng ở nhiều nơi và tương tự, các máy phân tích Natri online cũng sẽ là một công cụ đắc lực. Việc tích hợp dữ liệu từ các cảm biến online này vào hệ thống điều khiển trung tâm (DCS) của nhà máy sẽ cho phép tạo ra một hệ thống cảnh báo sớm thông minh. Hệ thống này có thể tự động nhận diện các xu hướng bất thường và đề xuất các hành động khắc phục, giúp tối ưu hóa việc sử dụng hóa chất lò hơi và quy trình xử lý nước cấp lò hơi. Điều này không chỉ nâng cao độ tin cậy và an toàn của lò hơi mà còn góp phần vào mục tiêu vận hành hiệu quả và bền vững của toàn nhà máy.

6.1. Tầm quan trọng của giám sát chất lượng hơi nước toàn diện

Việc chỉ tập trung vào một chỉ tiêu là không đủ. Một chương trình giám sát hiệu quả phải bao quát toàn diện các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hơi nước, từ nước cấp đầu vào, nước trong lò, hơi bão hòa, hơi quá nhiệt cho đến nước ngưng. Sự kết hợp giữa phân tích các ion vết như Natri và các thông số tổng quát như pH, độ dẫn điện sẽ cung cấp một bức tranh hoàn chỉnh về tình trạng hóa học của chu trình hơi nước.

6.2. Xu hướng công nghệ giám sát và phân tích hóa nước tự động

Công nghệ phân tích đang tiến tới việc giảm thiểu sự can thiệp của con người, tăng tốc độ và độ tin cậy của kết quả. Các hệ thống phân tích online, kết hợp với trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) để phân tích dữ liệu lớn (Big Data) từ quá trình vận hành, sẽ là tương lai của ngành bảo trì lò hơi công nghiệp. Các mô hình dự đoán có thể cảnh báo sớm nguy cơ ăn mòn hoặc đóng cặn trước khi chúng thực sự xảy ra, cho phép thực hiện bảo trì dự đoán thay vì bảo trì khắc phục.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đóng vai trò chiến lược trong bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia với công suất thiết kế 6,5 triệu tấn dầu thô mỗi năm, cung ứng từ 30% đến 40% nhu cầu xăng dầu nội địa. Sau hơn 10 năm vận hành thương mại và sản xuất trên 60 triệu tấn nhiên liệu, hệ thống thiết bị công nghệ đòi hỏi quy trình bảo dưỡng và kiểm soát ăn mòn khắt khe. Trong đó, hệ thống lò hơi tại các phân xưởng trọng yếu như phân xưởng Cracking xúc tác (RFCC - Unit 15) và phân xưởng Phụ trợ (Unit 40) giữ nhiệm vụ cung cấp hơi nước bão hòa và hơi quá nhiệt cho toàn bộ dây chuyền sản xuất cũng như phát điện.

Vấn đề kỹ thuật nan giải phát sinh khi các tạp chất kim loại, đặc biệt là natri (Na), xuất hiện trong nguồn nước cấp lò hơi. Khi nồng độ natri vượt ngưỡng cho phép, muối natri sẽ kết tinh và đóng cáu cặn trên bề mặt các ống quá nhiệt. Dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao, lớp cáu cặn hoạt động như một lớp cách nhiệt cục bộ, gây ra hiện tượng quá nhiệt làm suy giảm độ bền cơ học và trực tiếp dẫn đến nguy cơ nứt vỡ, nổ ống trao đổi nhiệt.

Trước đây, do giới hạn về phương pháp nội bộ, nhà máy phải gửi các mẫu nước sang các phòng thí nghiệm quốc tế với chi phí lên đến hàng trăm triệu đồng mỗi năm và thời gian chờ kết quả kéo dài từ 15 đến 30 ngày, gây trở ngại lớn cho công tác điều hành sản xuất.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng và tối ưu hóa thành công quy trình phân tích natri hàm lượng vết ở cấp độ phần tỷ (ppb - µg/L) trên thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (AAS-Graphite) theo tiêu chuẩn quốc tế ASTM D6071. Nghiên cứu được triển khai trực tiếp tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất trong giai đoạn năm 2019. Thành công của đề tài giúp cắt giảm 100% chi phí gửi mẫu ngoại kiểm, rút ngắn thời gian phân tích xuống dưới 2 giờ, đồng thời nâng cao tuổi thọ vận hành liên tục của các chùm ống quá nhiệt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng nền tảng lý thuyết quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) kết hợp với các mô hình ăn mòn điện hóa và cơ chế truyền nhiệt trong thiết bị áp lực cao.

Về nguyên lý quang phổ, phương pháp dựa trên định luật Lambert-Beer mô tả mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ và nồng độ nguyên tố tự do ở trạng thái hơi. Khi chiếu chùm bức xạ cộng hưởng đơn sắc qua đám hơi nguyên tử, độ hấp thụ quang D tỷ lệ thuận với số lượng nguyên tử N trong môi trường theo biểu thức thực nghiệm D = a * C^b, trong đó C là nồng độ nguyên tố trong mẫu. Đối với nguyên tố natri, bước sóng cộng hưởng đặc trưng được xác định chính xác ở mức 589,0 nm với nguồn phát từ đèn cathode rỗng (HCL).

Về cơ chế nhiệt động học và ăn mòn công nghiệp, nghiên cứu làm sáng tỏ hai hiện tượng phá hủy vật liệu chính:

• Cơ chế ăn mòn điện hóa: Xảy ra do phản ứng giữa sắt và oxy hòa tan trong môi trường nước có độ kiềm thấp, tạo ra các hợp chất oxit sắt không bền khiến thành ống bị ăn mòn rỗ cục bộ.
• Cơ chế đóng cáu cặn và quá nhiệt: Khi nước bay hơi tạo dòng hơi bão hòa, nồng độ muối hòa tan của natri, canxi, magie và silic tăng nhanh. Các muối này kết tủa bám chặt vào thành trong của ống quá nhiệt. Do hệ số dẫn nhiệt của cáu cặn rất thấp so với thép hợp kim, nhiệt độ thành ống tăng vọt vượt giới hạn bền nhiệt của vật liệu, gây phồng và nổ ống.

Bốn khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

• Hàm lượng vết (Trace content): Nồng độ nguyên tố ở mức siêu nhỏ dưới 10 ppb.
• Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (ETA-AAS): Kỹ thuật sử dụng năng lượng điện từ 3,5 KVA đến 7,5 KVA để gia nhiệt cuvet graphit tức thời trong môi trường khí trơ Argon.
• Hiệu chỉnh đường nền (Background Correction): Kỹ thuật loại bỏ tín hiệu hấp thụ không đặc hiệu gây ra bởi các phân tử chất nền.
• Độ lệch chuẩn tương đối (RSD): Chỉ số đánh giá độ chụm và độ lặp lại của phép đo.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng tổng cộng 52 mẫu nước thực tế thu thập liên tục trong 7 tháng (từ tháng 01/2019 đến tháng 07/2019) tại các vị trí công nghệ trọng điểm: điểm xả đáy và dòng hơi tại phân xưởng RFCC (mã hiệu 15-SC-15-101, 15-SC-17-901, 15-SC-17-902) và các nồi hơi cao áp A, B, C, D của phân xưởng Phụ trợ (mã hiệu 4001A-SP2 đến 4001D-SP2).

Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn ASTM D1066, ASTM D3370 và ASTM D1192. Mẫu được lấy trực tiếp vào bình nhựa chuyên dụng bằng vật liệu Polypropylene (PP), Polystyrene (PS) hoặc Teflon (TFE) đã tráng rửa bằng nước siêu tinh khiết. Nghiên cứu tuyệt đối không sử dụng chai thủy tinh để tránh hiện tượng thôi nhiễm ion natri từ thành bình vào mẫu phân tích.

Lý do lựa chọn phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit (AAS-Graphite) thay vì phương pháp ngọn lửa truyền thống là do kỹ thuật lò graphit có độ nhạy vượt trội gấp hàng trăm lần, cho phép định lượng trực tiếp thể tích mẫu nhỏ từ 20 đến 50 microlit ở dải nồng độ dưới 10 ppb mà không cần qua bước làm giàu mẫu phức tạp. Toàn bộ quá trình đo và xử lý dữ liệu được kiểm soát tự động thông qua phần mềm WinLAB32 kết hợp với hệ thống lấy mẫu tự động (Autosampler).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực nghiệm đã chỉ ra những điểm nghẽn kỹ thuật khi áp dụng thông số mặc định của nhà sản xuất thiết bị và xác lập các thông số tối ưu mới:

Thứ nhất, khi vận hành theo khuyến cáo mặc định của thiết bị ở nhiệt độ nguyên tử hóa 1500°C và thời gian đo 3 giây, năng lượng nhiệt không đủ để phá vỡ liên kết nền và nguyên tử hóa hoàn toàn natri. Tín hiệu thu nhận xuất hiện hiện tượng đỉnh phổ dích dắc, chân pic không khép kín và độ lặp lại dao động mạnh với RSD vượt 15%.

Thứ hai, tác giả đã nâng nhiệt độ nguyên tử hóa lên 2300°C và kéo dài thời gian tích hợp tín hiệu lên 5 giây. Giải pháp này giúp nguyên tử hóa triệt để mẫu thử, đưa diện tích pic hấp thụ về trạng thái cân đối hoàn chỉnh và hạ độ lệch chuẩn tương đối (RSD) xuống mức 5,5% đến 5,8%, đáp ứng xuất sắc yêu cầu khắt khe dưới 15% của tiêu chuẩn ASTM D6071.

Thứ ba, việc chuyển đổi thuật toán dựng đường chuẩn từ dạng phi tuyến qua gốc tọa độ (Nonlinear Through Zero) sang mô hình hồi quy tuyến tính (Linear Calculated Intercept) trong dải nồng độ chuẩn từ 0 đến 10 ppb đã tạo ra tương quan tuyệt vời với hệ số R > 0,990. Phân tích mẫu kiểm chuẩn 10 ppb cho sai số chỉ 10,3% so với giới hạn cho phép 15%. Mức nhiễu đường nền luôn được duy trì ổn định dưới 10%.

Thứ tư, áp dụng phương pháp tối ưu vào kiểm soát 52 lượt mẫu thực tế tại phân xưởng RFCC ghi nhận 96,15% số mẫu nằm trong ngưỡng an toàn từ 1 đến 8 ppb. Nghiên cứu đã phát hiện kịp thời 1 trường hợp mẫu 15-SC-17-901 vào ngày 27/06/2019 có hàm lượng natri tăng đột biến lên mức 13 ppb (vượt ngưỡng giới hạn 10 ppb), giúp kỹ sư vận hành xử lý ngay sự cố công nghệ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi khiến các thông số mặc định của nhà sản xuất thất bại nằm ở bản chất phân tán của natri trong môi trường mẫu nước công nghiệp. Dù natri là kim loại kiềm dễ bay hơi, nhưng ở nồng độ siêu vết (ppb), sự hiện diện của các anion chất nền và cấu trúc graphite dạng ống đòi hỏi một xung nhiệt cực mạnh đạt 2300°C với tốc độ gia nhiệt tức thời từ 1800°C đến 2500°C mỗi giây để giải phóng toàn bộ nguyên tử tự do vào chùm sáng quang học.

Dữ liệu phân tích thực nghiệm được biểu diễn trực quan thông qua bảng tổng hợp nồng độ theo thời gian và biểu đồ xu hướng đường (Trend Line Chart). Trên biểu đồ theo dõi nồng độ natri tại điểm 15-SC-15-101 và 15-SC-17-901 trong suốt 26 tuần, trục hoành thể hiện dòng thời gian và trục tung biểu diễn nồng độ natri từ 0 đến 15 ppb, kết hợp đường giới hạn đỏ (Red Limit Line) tại mốc 10 ppb. Cách hiển thị này giúp bộ phận vận hành nhận diện trực quan mọi biến động bất thường của nguồn nước cấp.

So với các nghiên cứu tiền kỳ sử dụng phương pháp ngọn lửa F-AAS vốn chỉ đạt giới hạn phát hiện ở mức phần triệu (ppm - mg/L), phương pháp ETA-AAS tối ưu hóa trong luận văn đã mở rộng độ nhạy xuống dải 0 - 10 ppb, hoàn toàn phù hợp với Quy định kỹ thuật nội bộ QĐKT 01:2018/BSR và tiêu chuẩn quốc tế ASTM D6071. Kết quả này khẳng định vai trò then chốt của việc tự chủ công nghệ kiểm nghiệm trong việc bảo vệ an toàn cho các ống quá nhiệt của nhà máy.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa giá trị thực tiễn của đề tài, các giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể được đề xuất triển khai như sau:

• Ban hành quy trình thao tác chuẩn (SOP): Ban Quản lý Chất lượng phối hợp với Ban Vận hành sản xuất hoàn thiện và áp dụng chính thức quy trình phân tích natri vết bằng AAS-Graphite với thông số 2300°C và 5 giây cho toàn bộ các phân xưởng trong vòng 30 ngày tới.
• Thiết lập hệ thống kiểm soát chất lượng QA/QC nội bộ: Định kỳ chèn mẫu trắng và mẫu kiểm tra chuẩn nồng độ 10 ppb sau mỗi chu kỳ 10 mẫu phân tích thực tế nhằm bảo đảm sai số phân tích luôn kiểm soát dưới mức 10%.
• Thực hiện bảo dưỡng dự phòng thiết bị: Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm tiến hành kiểm tra độ nguyên vẹn của cuvet graphit, căn chỉnh hệ thống gương dẫn quang và thay thế đầu tip autosampler định kỳ 3 tháng một lần để duy trì độ nhiễu nền quang học luôn dưới 5%.
• Mở rộng phạm vi phân tích kim loại vết: Phòng thí nghiệm BSR tiếp tục phát triển phương pháp ETA-AAS cho các chỉ tiêu kim loại khác như sắt (Fe với giới hạn kiểm soát 0,02 mg/L) và đồng (Cu) trong hệ thống nước ngưng và nước cấp lò hơi trước quý 4/2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo chuyên môn sâu sắc và hữu ích cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư vận hành và giám sát công nghệ tại các nhà máy lọc hóa dầu, nhiệt điện: Ứng dụng số liệu và ngưỡng cảnh báo để thiết lập quy trình kiểm soát chất lượng nước cấp, phòng chống nguy cơ bám cặn và ăn mòn ống quá nhiệt lò hơi công nghiệp.
• Chuyên viên phân tích tại các phòng kiểm nghiệm hóa học và môi trường: Nắm vững kỹ thuật tối ưu hóa nhiệt độ lò graphit, kỹ năng dựng đường chuẩn nồng độ siêu vết (ppb) và phương pháp xử lý nhiễu nền trên phần mềm quang phổ AAS.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật Hóa học, Hóa phân tích: Sử dụng như một case-study điển hình về việc kết hợp nhuần nhuyễn giữa cơ sở lý thuyết quang phổ với giải quyết bài toán kỹ thuật thực tế trong doanh nghiệp sản xuất quy mô lớn.
• Cán bộ quản lý kỹ thuật và lãnh đạo doanh nghiệp sản xuất công nghiệp: Tham khảo mô hình nghiên cứu phát triển nội bộ (in-house R&D) nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành và giảm thiểu sự phụ thuộc vào các dịch vụ kỹ thuật nước ngoài.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao natri hàm lượng vết lại là nguyên nhân hàng đầu gây ăn mòn và nổ ống quá nhiệt lò hơi? Natri kết hợp với các gốc vô cơ tạo thành muối bám trên bề mặt kim loại ở nhiệt độ cao. Lớp cáu cặn natri cản trở quá trình truyền nhiệt, tạo ra điểm quá nhiệt cục bộ khiến thép bị giảm độ bền cơ học và dẫn đến bục vỡ ống.

Tại sao phương pháp AAS lò graphit lại vượt trội hơn phương pháp ngọn lửa trong phân tích natri? Kỹ thuật lò graphit (ETA-AAS) sử dụng dòng điện công suất cao để nguyên tử hóa mẫu tức thời trong cuvet kín, mang lại độ nhạy cao ở mức ppb (µg/L) với thể tích mẫu chỉ từ 20 đến 50 microlit, trong khi ngọn lửa chỉ đo được ở mức ppm (mg/L).

Cần lưu ý điều gì về dụng cụ chứa mẫu khi phân tích natri ở mức ppb? Phải sử dụng hoàn toàn bình chứa bằng vật liệu nhựa PP, PS hoặc TFE được tráng rửa bằng nước siêu sạch. Tuyệt đối không dùng bình thủy tinh vì ion natri từ thành thủy tinh sẽ thôi nhiễm vào mẫu gây sai số nghiêm trọng.

Sự khác biệt then chốt giữa thông số mặc định của máy và thông số tối ưu trong nghiên cứu là gì? Nghiên cứu đã nâng nhiệt độ nguyên tử hóa từ 1500°C lên 2300°C và tăng thời gian đo từ 3 giây lên 5 giây. Điều chỉnh này giúp triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng pic dính dắt và hạ độ lệch chuẩn tương đối RSD xuống 5,5% - 5,8%.

Quy trình phân tích mới đem lại hiệu quả kinh tế và vận hành cụ thể nào cho nhà máy? Quy trình giúp tiết kiệm 100% chi phí gửi mẫu ngoại kiểm quốc tế, rút ngắn thời gian trả kết quả từ nhiều tuần xuống dưới 2 giờ, đồng thời giúp phát hiện sớm các nguy cơ công nghệ như mẫu vượt ngưỡng 13 ppb để can thiệp kịp thời.

Kết luận

• Xây dựng và chuẩn hóa thành công phương pháp phân tích natri hàm lượng vết ở cấp độ ppb trong nước lò hơi theo tiêu chuẩn quốc tế ASTM D6071 trên thiết bị AAS-Graphite.
• Tối ưu hóa thành công nhiệt độ nguyên tử hóa lên 2300°C và thời gian đo lên 5 giây, đưa hệ số tương quan đường chuẩn đạt R > 0,990 và độ lệch chuẩn tương đối RSD đạt 5,5% đến 5,8%.
• Giám sát hiệu quả chất lượng nước lò hơi tại các phân xưởng RFCC và Phụ trợ, phát hiện và xử lý kịp thời sự cố tăng nồng độ natri lên 13 ppb vào ngày 27/06/2019.
• Giúp Nhà máy Lọc dầu Dung Quất tiết kiệm 100% chi phí ngoại kiểm quốc tế hàng năm, rút ngắn thời gian phân tích mẫu xuống dưới 2 giờ và nâng cao năng lực làm chủ thiết bị của đội ngũ kỹ sư.
• Khuyến nghị các nhà máy lọc hóa dầu và nhiệt điện trên toàn quốc áp dụng quy trình kiểm soát natri vết bằng ETA-AAS để bảo vệ an toàn cho hệ thống ống quá nhiệt lò hơi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 1. Cơ sở khoa học và mục đích nghiên cứu 1. Cơ sở nghiên cứu Nhà máy lọc dầu Dung Quất là nhà máy lọc dầu đầu tiên tại Việt Nam, góp phần hướng đến một tương lai bền vững của ngành công nghiệp chế biến dầu khí. Nhà máy có công nghệ hiện đại với công suất chế biến 6,5 triệu tấn dầu thô/năm.

Sau hơn 10 năm đi vào vận hành thương mại, cho tới nay, Nhà máy đã sản xuất được trên 60 triệu tấn sản phẩm xăng dầu các loại, đáp ứng được 30% ÷ 40% nhu cầu xăng dầu của cả nước. Đây là nhà máy hiện đại, sử dụng hoàn toàn các công nghệ tiên tiến của thế giới. Trong thời gian đầu khi đưa vào vận hành, Nhà máy đã phải thuê gần 200 chuyên gia nước ngoài hỗ trợ đội ngũ kỹ sư, công nhân trong công tác vận hành sản xuất. Theo thiết kế ban đầu, phòng thí nghiệm không thực hiện việc đo Na hàm lượng thấp (ppb) trong các mẫu nước lò hơi của phân xưởng Cracking xúc tác - RFCC, phân xưởng reforming xúc tác tuần hoàn liên tục - CCR và các phân xưởng điện hơi.

Do đó, hằng năm nhà máy lọc dầu Dung Quất cần phải gửi các mẫu này đến các phòng thí nghiệm trên thế giới để đo Na hàm lượng thấp (ppb) dùng để kiểm soát chất lượng nước cung cấp cho lò hơi. Điều này làm tiêu tốn chi phí sản xuất kinh doanh lớn. Với nhiệm vụ đặt ra là cung cấp kết quả cho bộ phận vận hành nhà máy nhanh nhất có thể, nhằm đáp ứng được quá trình kiểm soát điều kiện vận hành, góp phần vận hành ổn định Nhà máy và giảm thiểu chi phí sản xuất. Sau khi rà soát các thiết bị hiện có trong phòng thí nghiệm, tác giả nhận thấy thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử- Graphit hiện có tại phòng Thí nghiệm của Nhà máy có khả năng và đặc tính kỹ thuật cao, có thể dùng để phân tích được Na hàm lượng thấp.

Đây cũng chính là lý do tiến hành nghiên cứu và phát triển phương pháp mới trên thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử-Graphit để đáp ứng yêu cầu cấp bách này của Nhà máy. Mục đích nghiên cứu  Nâng cao hiệu quả hoạt động sản suất kinh doanh cho Công ty BSR.  Đáp ứng kết quả kịp thời cho quá trình kiểm soát công nghệ trong quá trình vận hành Nhà máy.  Tối ưu hóa việc sử dụng trang thiết bị thí nghiệm để phát triển phương pháp mới.

 Nâng cao khả năng làm chủ công nghệ, thiết bị cho cán bộ công nhân viên Ban Quản lý Chất lượng Công ty BSR … 4 1. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện trên nền tảng kết hợp phân tích lý thuyết và kiểm nghiệm bằng thực nghiệm. Việc triển khai thực hiện dựa trên các cơ sở và phương pháp sau:  Thu thập dữ liệu thực tế, phân tích và đối chiếu với điều kiện của thiết bị.  Xem xét các giới hạn về công nghệ đối chiếu với kỹ thuật của thiết bị.

Các giới hạn kỹ thuật công nghệ được xem xét từ số liệu thiết kế kết hợp với quá trình vận hành thực tế.  Nghiên cứu các giải pháp khả thi phải đáp ứng các tiêu chí về mặt kỹ thuật, không vượt quá các giới hạn an toàn, các giới hạn thiết kế của thiết bị và hệ thống.  Đánh giá các yếu tố an toàn, rủi ro liên quan để xem xét khả năng triển khai áp dụng giải pháp nghiên cứu vào thực tế sản xuất.  Nghiên cứu được tham khảo theo phương pháp thử tiêu chuẩn, ASTM D6071.

Từ các cơ sở và phương pháp nêu trên, tác giả đã thực hiện các công việc như sau:  Thiết lập, tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của thiết bị AAS.  Xây dựng, tối ưu hóa các bước xây dựng đường chuẩn, phân tích mẫu trắng, phân tích mẫu thực.  Thực hiện đánh giá phương pháp thử bằng các kết quả thực nghiệm. Tổng quan về đề tài nghiên cứu Trong thiết bị lò hơi, bộ phận các ống trao đổi nhiệt đặc biệt quan trọng.

Nếu trên bề mặt các ống trao đổi nhiệt bị đóng cặn điều này gây tiềm ẩn nguy cơ giảm hệ số trao đổi nhiệt, giảm tuổi thọ,… làm ảnh hưởng lớn đến thiết bị lò hơi nói riêng và Nhà máy nói chung. Chính vì điều đó Nhà máy cần đánh giá, kiểm soát thường xuyên chất lượng nước lò hơi, trong đó Na là một nguyên tố đặc trưng ảnh hưởng đến quá trình tạo cặn trong ống quá nhiệt. Do đó, hằng năm Nhà máy cần gửi một số mẫu nước lò hơi của các phân xưởng đến các Phòng thí nghiệm trên thế giới để đo Na hàm lượng thấp (ppb) trong điều kiện phòng thí nghiệm BSR chưa phát triển được phương pháp này. Điều này gây bất tiện trong quản lý sản xuất và góp phần làm chi phí sản xuất tăng cao.

Việc phân tích nguyên tố Na hàm lượng thấp (ppb) rất phức tạp và khó thực hiện. Vì khi đó tín hiệu rất thấp nên dễ gây nhiễu nền trong quá trình phân tích, dẫn đến sai số lớn cho phép phân tích. Ngoài ra, còn rất nhiều nhân tố ảnh hưởng trong quá 5 trình phân tích như: điều kiện môi trường phòng phân tích, chất chuẩn, chất nền, các thông số kỹ thuật tối ưu của thiết bị AAS, dụng cụ pha chế,… Với nhu cầu cấp bách của việc kiểm soát chất lượng nguồn nước cung cấp cho các lò hơi của Nhà máy, đảm bảo nhà máy vận hành an toàn và ổn định, đồng thời với mục đích nâng cao năng lực chuyên môn nhằm khẳng định vị thế cho nhân sự phòng thí nghiệm BSR, bằng sự nỗ lực và sau thời gian nghiên cứu để tối ưu hóa các thông số kỹ thuật, tác giả đã xây dựng thành công phương pháp phân tích Na hàm lượng thấp (ppb). Ăn mòn và cáu cặn trong thiết bị lò hơi 1.

Quá trình ăn mòn trong thiết bị lò hơi Ăn mòn là quá trình chuyển đổi kim loại thành một hợp chất oxit kim loại. Trường hợp kim loại trong thiết bị lò hơi, sự ăn mòn là sự biến đổi thép thành thép rỉ sét. Quá trình ăn mòn là phản ứng hóa học điện hóa phức tạp tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau [1] Hình 1. Buồng đốt thiết bị lò hơi Trong thiết bị lò hơi thường xảy ra 2 loại ăn mòn:  Ăn mòn do Oxy: Thường xảy ra trên các ống trao đổi nhiệt và khu vực cấp nước.

 Ăn mòn do nồng độ pH thấp: Thường xảy ra trong hệ thống ngưng tụ của thiết bị lò hơi. Bộ phận quá nhiệt bên trong thiết bị lò hơi Sự ăn mòn của một trong hai loại trên có thể dẫn đến hư hỏng các bộ phận bên trong hệ thống lò hơi. Các hợp chất sinh ra do ăn mòn gây nghẽn nghẹt ảnh hưởng xấu đến trao đổi nhiệt và dẫn đến thất thoát nhiệt. Ăn mòn lỗ trên ống trao đổi nhiệt trong thiết bị lò hơi Nguồn gốc và bản chất của ăn mòn là do sự hoạt động của oxy hòa tan trong nước cấp cho lò hơi, làm cho bề mặt kim loại không đồng nhất hoặc do nước trực tiếp tấn công.

Vấn đề ăn mòn trong lò hơi chủ yếu do phản ứng của kim loại với oxy hòa tan trong nước, ngoài ra còn có các tác nhân khác như điều kiện axit, các hóa chất gây ăn mòn. Do đó, điều cần thiết là phải kiểm soát lượng chất gây hại thay đổi trong nước cấp cho lò hơi mà không gây phá hủy lò. Ăn mòn có thể xảy ra trong hệ thống nước cấp khi pH thấp và có sự hiện diện của oxy, cacbon dioxit. 7 Các phản ứng xảy ra trong thiết bị lò hơi gây ăn mòn.

Fe  Fe++ + 2e-（Anode） O2 ＋ 2H2O ＋ 4e-  4OH-（Cathode） 2FeOH2+ ＋ 2OH-  Fe2O3 ＋ 3H2O (điều kiện có nhiệt độ và áp suất) 2FeOH2++ ＋ Fe++ ＋2H2O  Fe3O4 ＋ 6Ｈ+ Ăn mòn chủ yếu gây ra bởi xỉ sắt ở điểm nóng cục bộ. Nhiệt độ cao ăn mòn dưới lớp cáu cặn sẽ xảy ra khi pha lỏng và pha rắn trực tiếp tương tác với kim loại. Ăn mòn trong lò hơi thường xảy ra khi nước trong lò hơi có độ kiềm thấp hoặc khi bề mặt kim loại không được bảo vệ tiếp xúc trực tiếp với oxy và nước trong suốt quá trình hoạt động hoặc thời gian nghỉ. Nhiệt độ cao trong lò cũng là điều kiện thúc đẩy cơ chế ăn mòn nhanh hơn.

Ăn mòn trong hệ thống hơi và ngưng tụ thường là kết quả của việc tiếp xúc oxy và cacbon dioxit [1]. Quá trình đóng cáu cặn trong thiết bị lò hơi Cáu cặn trong lò hơi thường do các tạp chất có trong nước kết tủa trên bề mặt bộ phận trao đổi nhiệt hoặc các chất lơ lửng trong nước lắng trên bề mặt kim loại và dần dần bám cứng trên bề mặt kim loại. Sự bay hơi trong lò làm tăng nồng độ các tạp chất. Điều này gây trở ngại với việc trao đổi nhiệt và làm nóng cục bộ.

Dẫn đến quá nhiệt cục bộ. Cáu cặn hình thành khi nồng độ các chất khoáng có trong nước vượt mức cho phép, do gặp nhiệt độ cao nên chúng bám trên bề mặt các ống trao đổi nhiệt. Sự lắng đọng các tinh thể kết tủa trên thành lò hơi và bề mặt ống trao đổi nhiệt có thể gây nóng cục bộ, dẩn đến quá nhiệt cục bộ. Giảm hiệu quả cấp nhiệt, gây nguy hiểm cho lò hơi và người sử dụng.

Nhà máy có trường hợp các ống trao đổi nhiệt của thiết bị lò hơi ở phân xưởng RFCC bị đóng cáu cặn dẫn đến tình trạng nỗ các ống trao đổi nhiệt như hình bên dưới. Ống trao đổi nhiệt bên trong thiết bị lò hơi bị nỗ Các tạp chất thông thường có trong nước cấp để hình thành cáu cặn bao gồm Ca, Mg, Fe, Al và Si. Cáu cặn là do sự hòa tan không hoàn toàn của muối trong lò hơi 8 hình thành các kết tủa không tan. Nguyên nhân chính của cáu cặn là do sự hiện diện của muối Ca, Mg (cacbonat hoặc sunphat), ít hòa tan hơn khi nhiệt độ cao và ngược lại.

Hoặc khi Si có nồng độ cao liên quan đến độ kiềm của nước trong lò hơi. Các lớp cáu cặn nếu không được kiểm tra, giám sát thì lớp cặn này ngày càng cản trở trao đổi nhiệt, nó hoạt động như một chất cách nhiệt. Thậm chí, khi lớp cặn dày bám lên sẽ gây quá nhiệt và vỡ ống. Nói chung, cặn lò hơi làm giảm hiệu quả hoạt động, lò hơi ngừng hoạt động một cách đột ngột và tăng chi phí bảo dưỡng.