Thông tin chi tiết về hóa chất khử Oxy cho nước nồi hơi

Thông tin chi tiết về hóa chát khử Oxy cho nước nồi hơi bao gồm cơ chế phản ứng hóa học, phương pháp lựa chọn theo áp suất vận hành và liều lượng tối ưu.

Sau khi khử khí cơ học giảm oxy xuống khoảng 0.005-0.05 mg/L, việc xử lý hóa học bằng các chất khử (oxygen scavengers) là bước quan trọng để đạt nồng độ oxy hòa tan dưới 0.007 ppm theo tiêu chuẩn ASME.

Việc hiểu rõ đặc tính từng loại hóa chất, từ Sodium Sulfite phù hợp lò áp suất thấp (<30 Barg) đến DEHA, Carbohydrazide cho lò áp suất cao (>70 Barg), giúp tối ưu chi phí vận hành và bảo vệ thiết bị hiệu quả.

I. Hóa chất khử Oxy cho nước lò hơi là gì?

Để hiểu được vai trò thiết yếu của hóa chất trong hệ thống xử lý nước công nghiệp, việc nắm rõ định nghĩa và phạm vi ứng dụng là điểm khởi đầu quan trọng. Phần này làm rõ bản chất của các chất khử oxy hóa học và vị trí hoạt động trong quy trình bảo vệ nồi hơi.

1.1. Định nghĩa và vai trò

Hóa chất khử Oxy là các hợp chất hóa học có khả năng phản ứng nhanh chóng và triệt để với oxy hòa tan (O₂) trong nước cấp lò hơi, biến nó thành các hợp chất bền, không gây ăn mòn. Đây là những chất khử (reducing agents) được thiết kế đặc biệt để loại bỏ lượng O₂ còn tồn dư sau quá trình khử khí cơ học.

Vị trí châm hóa chất thường được xác định tại:

• Đường nước cấp ngay sau bộ khử khí (Deaerator)
• Trước bơm cấp để xử lý lượng O₂ còn lại
• Vị trí cụ thể phụ thuộc thiết kế hệ thống

Các chất khử oxy hoạt động hiệu quả khi xử lý lượng oxy hòa tan thường nằm trong khoảng 0.005-0.05 mg/L sau khử khí cơ học. Chúng đóng vai trò là lớp bảo vệ cuối cùng, ngăn chặn oxy tiếp xúc với bề mặt kim loại trong toàn bộ hệ thống nhiệt.

Nguyên tắc hoạt động: Hóa chất được bơm liên tục hoặc gián đoạn vào dòng nước cấp, tạo ra phản ứng oxy hóa-khử ngay lập tức với O₂ hòa tan. Thời gian phản ứng diễn ra rất nhanh, từ vài giây đến vài phút tùy loại hóa chất và điều kiện nhiệt độ.

1.2. Mục đích sử dụng

Mục đích chính của việc sử dụng hóa chất khử oxy tập trung vào ba khía cạnh bảo vệ hệ thống.

Ngăn ngừa ăn mòn rỗ cục bộ (pitting corrosion):

• Loại bỏ hoàn toàn oxy để ngăn phản ứng tạo gỉ sét
• Bảo vệ các điểm yếu trên bề mặt kim loại
• Tránh hiện tượng thủng ống lò hơi do ăn mòn xuyên thấu

Bảo vệ toàn diện thiết bị:

• Đường ống cấp nước từ deaerator đến nồi hơi
• Bộ tiết kiệm (economizer) làm việc ở vùng nhiệt độ thấp
• Thân lò và các ống trao đổi nhiệt
• Hệ thống phân phối hơi và nước ngưng

Duy trì hiệu suất và tuổi thọ:

• Kéo dài thời gian hoạt động của thiết bị nồi hơi
• Giảm tần suất bảo trì và sửa chữa
• Duy trì hiệu suất truyền nhiệt ổn định
• Tránh ngừng hoạt động đột xuất do hư hỏng

Việc sử dụng đúng loại hóa chất và liều lượng phù hợp giúp đạt được nồng độ oxy hòa tan mục tiêu, thường là dưới 0.007 ppm theo khuyến nghị của tiêu chuẩn ASME cho các hệ thống nồi hơi áp suất cao.

II. Các loại hóa chất khử Oxy phổ biến hiện nay

Lựa chọn đúng loại hóa chất khử oxy phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật và điều kiện vận hành cụ thể của từng hệ thống. Thị trường hiện nay cung cấp năm nhóm hóa chất chính, mỗi loại có đặc tính riêng biệt phù hợp với các phạm vi áp suất và yêu cầu chất lượng khác nhau.

2.1. Sodium Sulfite (Natri Sunfit - Na₂SO₃)

Natri Sunfit là chất khử oxy phổ biến nhất trong công nghiệp, đặc biệt cho các ứng dụng lò hơi công suất trung bình và thấp.

Phạm vi ứng dụng:

• Lò hơi áp suất thấp và trung bình (dưới 900 psig/62 Barg)
• Hệ thống yêu cầu giải pháp kinh tế
• Nồi hơi không có yêu cầu nghiêm ngặt về TDS

Ưu điểm vượt trội:

• Phản ứng nhanh chóng: Đặc biệt khi có mặt xúc tác Cobalt, thời gian phản ứng chỉ trong vài giây
• Độ tin cậy cao: Đã được kiểm chứng qua hàng thập kỷ sử dụng trong công nghiệp
• Tạo lớp đệm bảo vệ: Muối sulfate hình thành có tác dụng bảo vệ thụ động
• Giá thành hợp lý: Chi phí thấp hơn 40-60% so với các chất thay thế hữu cơ
• Dễ sử dụng: Quy trình vận hành đơn giản, dễ kiểm soát

Nhược điểm cần lưu ý:

• Tăng TDS: Sản phẩm phản ứng (Na₂SO₄) làm tăng Tổng Chất rắn Hòa tan
• Yêu cầu xả đáy nhiều hơn: Dẫn đến giảm hiệu suất nhiệt và lãng phí nước
• Hạn chế ở áp suất cao: Không phù hợp cho lò hơi trên 62 Barg do lo ngại ô nhiễm lưu huỳnh

Maxtreat 3100 L là một trong những dòng sản phẩm Sodium Sulfite được ưa chuộng, tích hợp xúc tác để tăng tốc độ phản ứng.

2.2. Hydrazine (N₂H₄)

Hydrazine (N₂H₄) từng là tiêu chuẩn vàng cho các hệ thống nồi hơi áp suất cao, mặc dù hiện đang bị hạn chế do vấn đề an toàn.

Phạm vi ứng dụng:

• Lò hơi áp suất cao (trên 70 Barg)
• Hệ thống yêu cầu TDS cực thấp
• Nhà máy điện và các ứng dụng công nghiệp đặc biệt

Ưu điểm nổi bật:

• Hiệu quả khử oxy cực cao: Phản ứng hoàn toàn với O₂ ở nhiệt độ thấp
• Không tạo cặn: Sản phẩm phụ chỉ là N₂ và H₂O
• Không làm tăng TDS: Lợi ích lớn cho hệ thống áp suất cao
• Tính bay hơi: Đi theo hơi nước, bảo vệ cả hệ thống hơi
• Khả năng thụ động hóa: Tạo lớp magnetite (Fe₃O₄) bảo vệ bề mặt kim loại

Nhược điểm nghiêm trọng:

• Độc tính cao: Chất gây ung thư tiềm ẩn (carcinogenic)
• Bị cấm hoặc hạn chế: Nhiều quốc gia đã cấm sử dụng
• Yêu cầu an toàn nghiêm ngặt: Cần thiết bị bảo hộ đặc biệt
• Chi phí cao: Do các biện pháp an toàn và xử lý

Hydrazine đang dần được thay thế bởi các chất khử oxy thân thiện hơn như Carbohydrazide và DEHA trong hầu hết các ứng dụng mới.

2.3. DEHA (Diethylhydroxylamine) và Hydroxylamine

DEHA là lựa chọn hiện đại cho các hệ thống nồi hơi áp suất cao, kết hợp hiệu quả cao với độ an toàn được cải thiện.

Phạm vi ứng dụng:

• Lò hơi áp suất cao (>70 Barg)
• Hệ thống có bộ khử khí áp cao
• Ứng dụng yêu cầu bảo vệ toàn diện

Đặc tính kỹ thuật:

• Tác dụng ở áp suất cao: Hoạt động hiệu quả trong điều kiện khắc nghiệt
• Tính bay hơi cao: Bảo vệ cả hệ thống hơi và đường nước ngưng
• Thụ động hóa bề mặt kim loại: Hiệu quả vượt trội trong việc tạo lớp bảo vệ
• Tăng pH nước ngưng: Giúp giảm ăn mòn CO₂ trong hệ thống ngưng tụ
• Giảm tiêu hao Amin: Do tăng pH tự nhiên của nước ngưng

Ưu điểm:

• An toàn hơn Hydrazine đáng kể
• Không có tính chất gây ung thư
• Hiệu quả khử oxy cao
• Bảo vệ đa tầng cho hệ thống

Nhược điểm:

• Tăng TDS cation: Do thêm nhóm amin vào hệ thống
• Chi phí cao hơn Sodium Sulfite
• Yêu cầu giám sát chặt chẽ

2.4. Carbohydrazide (CH₆N₄O hoặc N₄H₆CO)

Carbohydrazide là chất thay thế tối ưu cho Hydrazine, đặc biệt phù hợp cho các dự án mới và nâng cấp hệ thống.

Phạm vi ứng dụng:

• Lò hơi áp suất cao (>100 bar)
• Hệ thống yêu cầu hóa chất thân thiện môi trường
• Ứng dụng thay thế Hydrazine

Ưu điểm vượt trội:

• An toàn tuyệt đối: Không độc, không gây ung thư
• Thân thiện môi trường: Phân hủy thành các sản phẩm vô hại
• Tính bay hơi cao: Là chất volatile, bảo vệ toàn hệ thống
• Không tăng TDS: Hoặc chỉ tăng rất ít so với Sodium Sulfite
• Hiệu quả ở nhiệt độ cao: Hoạt động tối ưu trong điều kiện khắc nghiệt

Nhược điểm:

• Giá thành cao: Đắt hơn 2-3 lần so với Sodium Sulfite
• Hiệu quả kém ở nhiệt độ thấp: Cần nhiệt độ >150°C để phản ứng tối ưu
• Yêu cầu thời gian lưu dài hơn

Cơ chế hoạt động: Carbohydrazide phân hủy ở nhiệt độ cao tạo thành các hợp chất trung gian có tính kiềm, khử O₂ và bay hơi cùng hơi nước, cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện.

2.5. Natri Erythorbate (C₆H₇O₆Na) và Ascorbic Acid

Hai chất này thuộc nhóm chất khử oxy thân thiện môi trường, phù hợp cho các hệ thống có yêu cầu đặc biệt về an toàn và môi trường.

Đặc tính:

• An toàn tuyệt đối với con người và môi trường
• Có nguồn gốc từ Vitamin C (Ascorbic Acid)
• Phản ứng tốt ngay cả ở nhiệt độ thấp

Ứng dụng:

• Hệ thống yêu cầu cao về an toàn môi trường
• Nồi hơi cho ngành thực phẩm và dược phẩm
• Các dự án có chứng nhận xanh (Green Certificate)

Ưu điểm:

• Hoàn toàn không độc hại
• Phân hủy sinh học 100%
• Dễ dàng xử lý và lưu trữ
• Không gây ô nhiễm thứ cấp

Nhược điểm:

• Chi phí rất cao
• Hiệu quả thấp hơn các chất khác
• Cần liều lượng cao hơn
• Chưa phổ biến trong công nghiệp

III. Tác dụng chính của hóa chất khử Oxy trong lò hơi

Hiểu rõ các tác dụng cụ thể của hóa chất khử oxy giúp tối ưu hóa việc lựa chọn và sử dụng. Các chất khử oxy không chỉ đơn thuần loại bỏ O₂ mà còn mang lại nhiều lợi ích bảo vệ khác nhau cho toàn bộ hệ thống nhiệt.

3.1. Ngăn chặn ăn mòn Oxy (Oxygen Scavenging)

Đây là chức năng cốt lõi của mọi chất khử oxy, ngăn chặn quá trình ăn mòn điện hóa do oxy gây ra.

Cơ chế ăn mòn oxy:

Khi oxy hòa tan tiếp xúc với bề mặt thép trong nồi hơi, phản ứng oxy hóa diễn ra: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ (gỉ sét)

Quá trình này tạo ra oxit sắt (gỉ), làm mỏng thành ống và tạo điều kiện cho ăn mòn rỗ cục bộ. Đặc biệt nguy hiểm là hiện tượng ăn mòn xuyên thấu (pitting corrosion), có thể thủng ống chỉ trong vài tháng vận hành.

Vai trò của chất khử oxy:

• Loại bỏ triệt để: Phản ứng với toàn bộ lượng O₂ dư thừa trong nước
• Phòng ngừa: Ngăn O₂ tiếp xúc với bề mặt kim loại
• Bảo vệ liên tục: Duy trì nồng độ dư để bảo vệ 24/7

Hiệu quả: Khi sử dụng đúng cách, hóa chất khử oxy có thể giảm tốc độ ăn mòn xuống 90-95% so với hệ thống không xử lý.

3.2. Thụ động hóa bề mặt kim loại (Metal Passivation)

Một số chất khử oxy không chỉ loại bỏ oxy mà còn tạo lớp bảo vệ thụ động trên bề mặt kim loại.

Các chất như Hydrazine và DEHA giúp hình thành lớp magnetite (Fe₃O₄), một dạng oxit sắt từ bền vững:

• Magnetite tạo màng mỏng, đồng đều trên bề mặt
• Lớp màng này ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại và môi trường ăn mòn
• Màng magnetite bền vững, không bong tróc dễ dàng

Lợi ích:

• Bảo vệ lâu dài: Lớp thụ động tồn tại ngay cả khi ngừng châm hóa chất tạm thời
• Giảm tốc độ ăn mòn: Thêm một rào cản vật lý chống ăn mòn
• Bề mặt trơn láng: Giảm ma sát và điểm bám cặn
• Kéo dài tuổi thọ: Bảo vệ kim loại gốc khỏi thoái hóa

Các chất có khả năng thụ động hóa tốt:

• Hydrazine: Hiệu quả cao nhất
• DEHA: Rất tốt, an toàn hơn
• Carbohydrazide: Tốt ở nhiệt độ cao

3.3. Bảo vệ hệ thống hơi và nước ngưng

Các chất bay hơi (volatile) mang lại lợi ích bảo vệ vượt ra ngoài phần nước lò hơi.

Các chất như DEHA, Carbohydrazide có khả năng bay hơi theo hơi nước:

• Đi theo hơi: Phân phối đều trong hệ thống hơi
• Khử oxy liên tục: Phản ứng với O₂ rò rỉ vào hệ thống
• Bảo vệ nước ngưng: Ngăn ăn mòn trong đường ống hồi ngưn

Lợi ích đặc biệt:

• Bảo vệ turbine hơi: Giảm ăn mòn cánh turbine
• Bảo vệ đường ống phân phối: Ngăn ăn mòn trong mạng lưới hơi
• Giảm ăn mòn CO₂: Tăng pH nước ngưng, trung hòa acid carbonic
• Tiết kiệm hóa chất Amin: Do pH được cải thiện tự nhiên

So sánh tính bay hơi:

Hóa chất	Tính bay hơi	Phạm vi bảo vệ
Sodium Sulfite	Không bay hơi	Chỉ phần nước
Hydrazine	Cao	Toàn hệ thống
DEHA	Rất cao	Toàn hệ thống + nước ngưng
Carbohydrazide	Cao	Toàn hệ thống

3.4. Duy trì hiệu suất lò hơi

Bảo vệ khỏi ăn mòn góp phần trực tiếp vào việc duy trì hiệu suất vận hành ổn định.

Giảm hình thành cặn:

• Sản phẩm ăn mòn (gỉ sét) là nguồn cặn chính
• Khử oxy ngăn tạo oxit sắt → giảm cặn
• Bề mặt sạch → truyền nhiệt hiệu quả

Tăng hiệu quả truyền nhiệt:

• Không có lớp cặn cách nhiệt
• Nhiệt độ ống ổn định
• Tiêu hao nhiên liệu thấp hơn 3-5%

Giảm chi phí bảo trì:

• Ít hư hỏng đột xuất
• Kéo dài chu kỳ bảo dưỡng
• Giảm thời gian ngừng máy

Kéo dài tuổi thọ thiết bị:

• Thành ống dày hơn, bền hơn
• Giảm ứng suất nhiệt
• Tránh thay thế sớm thiết bị đắt tiền

Đầu tư vào hệ thống khử oxy thường thu hồi vốn trong vòng 6-18 tháng nhờ giảm chi phí bảo trì và tăng hiệu suất nhiên liệu.

IV. Liều lượng và cách sử dụng hóa chất khử Oxy hiệu quả

Xác định và duy trì liều lượng chính xác là yếu tố quyết định hiệu quả của chương trình xử lý hóa học. Phần này cung cấp hướng dẫn kỹ thuật về cách tính toán, châm hóa chất và giám sát hệ thống.

4.1. Xác định liều lượng

Liều lượng hóa chất khử oxy cần được tính toán dựa trên nhiều thông số vận hành cụ thể.

Nồng độ O₂ hòa tan còn lại:

• Sau Deaerator: thường 0.005-0.05 mg/L
• Lượng O₂ rò rỉ từ các điểm nối
• Hiệu suất bộ khử khí

Loại hóa chất sử dụng:

• Sodium Sulfite: tỷ lệ mol 8:1 (hóa chất:oxy)
• Hydrazine: tỷ lệ mol 1:1
• DEHA: tỷ lệ mol 2:1
• Carbohydrazide: tỷ lệ mol 1:1

Nhiệt độ và áp suất vận hành:

• Nhiệt độ cao → phản ứng nhanh hơn
• Áp suất cao → yêu cầu chất bền nhiệt

Công suất và tải lò hơi:

• Tải cao → cần lượng hóa chất nhiều hơn
• Biến động tải → yêu cầu hệ thống tự động

Công thức tính liều lượng Sodium Sulfite:

Lượng Na₂SO₃ cần thiết (ppm) = (Nồng độ O₂ × 8) + Dư lượng bảo vệ Trong đó: Nồng độ O₂: đo được trong nước cấp (mg/L) Hệ số 8: tỷ lệ phản ứng lý thuyết Dư lượng bảo vệ: 30-60 ppm

Ví dụ tính toán: Nếu nồng độ O₂ = 0.02 mg/L

• Lượng phản ứng: 0.02 × 8 = 0.16 ppm
• Lượng dư: 40 ppm (trung bình)
• Tổng liều châm: 0.16 + 40 ≈ 40 ppm

Liều lượng cụ thể cho các loại hóa chất:

Hóa chất	Liều châm vào (ppm)	Dư lượng mục tiêu (ppm)
Sodium Sulfite	10-20	30-60
Hydrazine	0.05-0.1	0.02-0.05
DEHA	0.1-0.2	0.05-0.15
Carbohydrazide	0.1-0.3	0.05-0.1

4.2. Phương pháp châm hóa chất

Việc châm hóa chất đúng cách ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý và chi phí vận hành.

Bơm định lượng chuyên dụng:

• Bơm màng (diaphragm pump): độ chính xác cao
• Bơm piston: cho lưu lượng lớn
• Có điều khiển tự động theo tín hiệu lưu lượng nước cấp

Vị trí châm tối ưu:

• Đường nước cấp: Ngay sau bộ khử khí, trước bơm cấp
• Vào Deaerator: Ít phổ biến, chỉ khi có yêu cầu đặc biệt
• Sau bơm cấp: Trong một số thiết kế đặc biệt

Phương pháp pha loãng:

• Pha loãng với nước demineralized tỷ lệ 1:10 đến 1:20
• Giúp phân phối đồng đều trong dòng nước cấp
• Tránh kết tủa cục bộ

Quy trình châm hóa chất sẽ diễn ra trong 3 bước đơn giản.

Bước 1 - Chuẩn bị dung dịch:

• Pha hóa chất với nước sạch theo hướng dẫn
• Khuấy đều để hòa tan hoàn toàn
• Kiểm tra nồng độ dung dịch

Bước 2 - Cài đặt bơm định lượng:

• Tính lưu lượng bơm cần thiết
• Điều chỉnh stroke và tần số bơm
• Hiệu chỉnh theo tín hiệu lưu lượng nước cấp

Bước 3 - Châm liên tục:

• Vận hành bơm ở chế độ tự động
• Châm tỷ lệ thuận với lưu lượng nước cấp
• Điều chỉnh theo biến động tải

Phương pháp châm:

• Châm liên tục: Phù hợp cho vận hành ổn định
• Châm gián đoạn: Cho lò hơi có biến động tải lớn
• Châm tự động: Điều khiển bằng tín hiệu từ cảm biến O₂

4.3. Giám sát và kiểm tra (Testing & Monitoring)

Giám sát chặt chẽ là chìa khóa để duy trì hiệu quả xử lý và tối ưu chi phí.

Nồng độ dư hóa chất khử Oxy:

• Sulfite: Kiểm tra bằng phương pháp chuẩn độ Iod
• Tần suất: 2-4 lần/ngày
• Mục tiêu: 30-60 ppm trong nước lò hơi

Hàm lượng oxy dư:

• Sử dụng bộ test kit chuyên dụng
• Hoặc cảm biến oxy hòa tan online
• Mục tiêu: < 0.05 mg/L trong nước cấp

Nồng độ O₂ hòa tan trong nước cấp:

• Đo tại điểm sau Deaerator
• Đo tại điểm sau châm hóa chất
• So sánh để đánh giá hiệu quả

Mục tiêu chất lượng theo tiêu chuẩn:

Thông số	Nước cấp	Nước lò hơi
O₂ hòa tan	< 0.05 mg/L (ASME)	< 0.007 ppm
Sulfite dư	-	30-60 ppm
Hydrazine dư	-	0.02-0.05 ppm
pH	8.5-9.5	9.0-11.0

Tần suất kiểm tra khuyến nghị:

• Hàng ngày: Sulfite dư, pH
• Hàng tuần: Oxy hòa tan, TDS
• Hàng tháng: Phân tích toàn diện nước lò hơi
• Hàng quý: Kiểm tra hiệu suất bơm định lượng

Điều chỉnh liều lượng:

• Khi phát hiện:
• Sulfite dư thấp (< 30 ppm) → Tăng liều châm
• Sulfite dư cao (> 80 ppm) → Giảm liều châm
• O₂ hòa tan cao → Kiểm tra deaerator và tăng liều

Thiết bị giám sát tự động:

• Cảm biến oxy hòa tan online
• Bộ phân tích Sulfite liên tục
• Hệ thống cảnh báo vượt ngưỡng
• Ghi nhận dữ liệu tự động

Việc đầu tư vào hệ thống giám sát tự động giúp phát hiện sớm vấn đề và điều chỉnh kịp thời, tránh tổn thất do ăn mòn hay lãng phí hóa chất.

V. Nguyên lý hoạt động và cơ chế phản ứng của các chất khử Oxy

Hiểu rõ cơ chế phản ứng hóa học giúp tối ưu hóa điều kiện vận hành và lựa chọn hóa chất phù hợp. Mỗi loại chất khử oxy có đường phản ứng riêng biệt, tạo ra các sản phẩm khác nhau.

5.1. Cơ chế phản ứng của Sodium Sulfite

Sodium Sulfite phản ứng theo cơ chế oxy hóa trực tiếp, biến sulfite thành sulfate.

Phương trình hóa học cơ bản: 2Na₂SO₃ + O₂ → 2Na₂SO₄

Giải thích chi tiết:

• Chất phản ứng: 2 phân tử Natri Sunfit + 1 phân tử Oxy
• Sản phẩm: 2 phân tử Natri Sunfat (muối bền vững)
• Tỷ lệ mol: 2:1 (Sulfite:Oxy) hoặc 8:1 theo khối lượng

Phản ứng có xúc tác Cobalt:

Khi thêm xúc tác Cobalt (Co²⁺), tốc độ phản ứng tăng lên 10-50 lần: 2Na₂SO₃ + O₂ --[Co²⁺]--> 2Na₂SO₄ (nhanh)

Đặc điểm phản ứng:

• Phản ứng tỏa nhiệt nhẹ: Tạo nhiệt độ tăng nhẹ
• Không cần nhiệt độ cao: Diễn ra ở nhiệt độ thường, nhanh hơn ở 80-120°C
• pH ảnh hưởng: Tối ưu ở pH 8.5-10
• Thời gian phản ứng:
  • Không xúc tác: 30-60 giây
  • Có xúc tác: 3-5 giây

Sản phẩm Sodium Sulfate:

• Là chất bền, không ăn mòn
• Hòa tan hoàn toàn trong nước
• Làm tăng TDS trong nước lò hơi
• Tạo lớp đệm muối bảo vệ trên bề mặt kim loại

Yếu tố ảnh hưởng hiệu quả:

• Nồng độ sulfite: Cần duy trì dư lượng
• Nhiệt độ: Cao hơn → phản ứng nhanh hơn
• Thời gian tiếp xúc: Cần ít nhất 30 giây
• pH nước: Tối ưu 8.5-10

5.2. Cơ chế phản ứng của Hydrazine

Hydrazine là chất khử mạnh, phản ứng tạo sản phẩm hoàn toàn vô hại.

Phương trình hóa học: N₂H₄ + O₂ → N₂ + 2H₂O

Giải thích chi tiết:

• Chất phản ứng: 1 phân tử Hydrazine + 1 phân tử Oxy
• Sản phẩm: Khí Nitơ (N₂) + 2 phân tử Nước
• Tỷ lệ mol: 1:1 (lý tưởng cho tính toán)

Đặc điểm phản ứng:

• Không tạo cặn rắn: Sản phẩm là khí và nước
• Không làm tăng TDS: Lợi thế lớn cho lò áp suất cao
• Bay hơi theo hơi nước: Bảo vệ cả hệ thống hơi
• Phản ứng ở nhiệt độ thấp: Hiệu quả ngay từ 40-50°C

Phản ứng diễn ra qua các bước trung gian:

Bước 1: Hydrazine bị oxy hóa một phần N₂H₄ + O₂ → N₂H₂ + H₂O₂ Bước 2: Sản phẩm trung gian phản ứng tiếp N₂H₂ + H₂O₂ → N₂ + 2H₂O

Hydrazine không chỉ khử oxy mà còn:

• Khử oxit sắt (III) thành magnetite: Fe₂O₃ → Fe₃O₄
• Tạo lớp magnetite bảo vệ trên bề mặt thép
• Ngăn ăn mòn tiếp theo

Ưu điểm cơ chế:

• Phản ứng hoàn toàn, không cặn
• Bảo vệ đa tầng (khử oxy + thụ động hóa)
• Bay hơi, bảo vệ toàn hệ thống
• Hiệu quả cao ở mọi nhiệt độ

Hạn chế:

• Độc tính cao của chất gốc
• Yêu cầu xử lý an toàn nghiêm ngặt
• Chi phí cao

5.3. Cơ chế hoạt động của chất bay hơi

Carbohydrazide và DEHA thuộc nhóm chất bay hơi, có cơ chế phức tạp hơn nhưng hiệu quả toàn diện.

Giai đoạn 1 - Phân hủy nhiệt: Ở nhiệt độ cao (>150°C), Carbohydrazide phân hủy: CH₆N₄O → Các hợp chất trung gian có tính kiềm Giai đoạn 2 - Khử oxy: Các hợp chất trung gian phản ứng với O₂: Hợp chất trung gian + O₂ → N₂ + H₂O + CO₂ Giai đoạn 3 - Bay hơi: Một phần sản phẩm bay hơi theo hơi nước Bảo vệ liên tục trong hệ thống hơi Ngưng tụ lại trong nước ngưng, tiếp tục bảo vệ

Cơ chế của DEHA: DEHA hoạt động theo nguyên tắc khử oxy và tăng pH đồng thời.

Phản ứng chính: (CH₃CH₂)₂NOH + O₂ → Sản phẩm oxy hóa + H₂O

Đặc điểm phân hủy có kiểm soát:

• Giải phóng từ từ các hợp chất kiềm
• Tăng pH nước ngưng tự nhiên
• Giảm ăn mòn CO₂

Đặc điểm khả năng bay hơi cao:

• Phân bố đều trong hệ thống hơi
• Bảo vệ đường ống phân phối
• Ngăn ăn mòn turbine

Thụ động hóa bề mặt:

• Tạo lớp magnetite bền vững
• Hiệu quả thụ động hóa vượt trội
• Bảo vệ lâu dài

Lợi ích cơ chế bay hơi:

• Bảo vệ toàn diện: Không chỉ phần nước mà cả hệ thống hơi
• Giảm ăn mòn CO₂: Tăng pH nước ngưng
• Tiết kiệm hóa chất Amin: Do pH được cải thiện
• Bảo vệ turbine: Ngăn ăn mòn cánh turbine
• Kéo dài tuổi thọ: Toàn bộ hệ thống được bảo vệ

Điều kiện tối ưu:

• Nhiệt độ: >150°C cho Carbohydrazide, >120°C cho DEHA
• Áp suất: >70 Barg
• pH: 9.0-10.5
• Thời gian lưu: >60 giây

VI. So sánh các phương pháp khử Oxy trong nước lò hơi

Để đạt được hiệu quả tối ưu trong xử lý nước nồi hơi, việc hiểu rõ ưu nhược điểm của từng phương pháp và cách kết hợp chúng là điều cần thiết. Không có phương pháp nào hoàn hảo cho mọi trường hợp.

6.1. Bảng so sánh chi tiết

Dưới đây là phân tích toàn diện các phương pháp khử oxy phổ biến trong công nghiệp:

Phương pháp	Ưu điểm	Nhược điểm
Hóa chất khử oxy (Na₂SO₃, N₂H₄, Carbohydrazide, DEHA)	Hiệu quả cao, loại bỏ 95-99% oxy Dễ sử dụng, quy trình đơn giản Phản ứng nhanh (vài giây đến vài phút) Linh hoạt điều chỉnh liều lượng Chi phí đầu tư thiết bị thấp	Cần theo dõi & điều chỉnh liều lượng thường xuyên Chi phí hóa chất liên tục Một số chất có độc tính (Hydrazine) Có thể tăng TDS (Sodium Sulfite)
Khử khí cơ học (Deaeration)	Giảm oxy hòa tan mà không cần hóa chất Hiệu quả cao (đạt 0.005 mg/L) Loại bỏ cả CO₂ và các khí khác Không tăng TDS Vận hành tự động	Không loại bỏ hoàn toàn oxy Cần kết hợp xử lý hóa học Chi phí đầu tư thiết bị cao Tiêu tốn hơi nước (2-3% sản lượng) Yêu cầu bảo trì định kỳ
Gia nhiệt nước cấp	Giảm oxy hòa tan tự nhiên (theo định luật Henry) Không cần hóa chất Đơn giản, không phức tạp Phụ sản phẩm của quy trình đun nóng	Tiêu tốn nhiều năng lượng Chi phí vận hành cao Hiệu quả thấp (chỉ giảm 50-70%) Không loại bỏ được oxy ở nhiệt độ thấp Cần nhiệt độ >100°C
Sử dụng khí trơ (N₂)	Loại bỏ oxy bằng cách thay thế vật lý Không thêm hóa chất vào nước Hiệu quả cao khi vận hành đúng Phù hợp cho bảo quản lò hơi dừng máy	Phức tạp, cần thiết bị chuyên dụng Chi phí khí Nitơ cao Yêu cầu kiểm soát chặt chẽ Khó áp dụng cho vận hành liên tục
Dùng màng khử khí	Loại bỏ oxy bằng công nghệ màng lọc Hiệu quả cao (90-95%) Không cần hóa chất Vận hành tự động, ít bảo trì	Chi phí đầu tư thiết bị ban đầu rất cao Màng có tuổi thọ hạn chế Chi phí thay thế màng đắt Chưa phổ biến trong công nghiệp

6.2. Phương pháp kết hợp tối ưu

Trong thực tế, phương pháp kết hợp mang lại hiệu quả cao nhất về kỹ thuật và kinh tế.

Bước 1 - Khử khí cơ học (Deaerator):

• Loại bỏ 90-98% oxy hòa tan
• Giảm oxy từ 8-10 mg/L xuống 0.005-0.05 mg/L
• Đồng thời loại bỏ CO₂ và các khí khác

Bước 2 - Xử lý hóa học:

• Loại bỏ 0.005-0.05 mg/L oxy còn lại
• Tạo lớp bảo vệ dư lượng
• Bảo vệ khỏi oxy rò rỉ

Giảm 90% nhu cầu hóa chất:

• Khử khí tốt → ít hóa chất
• Tiết kiệm chi phí vận hành đáng kể

Hiệu quả bảo vệ cao nhất:

• Nồng độ oxy đạt < 0.007 ppm
• Đáp ứng tiêu chuẩn ASME nghiêm ngặt

Tối ưu chi phí:

• Cân bằng giữa đầu tư và vận hành
• Thời gian hoàn vốn: 6-18 tháng

Linh hoạt vận hành:

• Điều chỉnh theo điều kiện thực tế
• Đáp ứng biến động tải

Công thức tối ưu theo quy mô:

Lò hơi nhỏ (<5 tấn/giờ): Gia nhiệt đơn giản + Sodium Sulfite Lò hơi trung bình (5-20 tấn/giờ): Deaerator áp thấp + Sodium Sulfite/DEHA Lò hơi lớn (>20 tấn/giờ, áp suất cao): Deaerator áp cao + DEHA/Carbohydrazide

Tối ưu hóa hệ thống:

• Nhiệt độ Deaerator: Duy trì >105°C
• Áp suất Deaerator: 0.2-0.5 Barg
• Thời gian lưu: 5-10 phút
• Liều hóa chất: Điều chỉnh theo giám sát

Đầu tư vào hệ thống kết hợp:

• Chi phí ban đầu: 10,000-100,000 USD
• Tiết kiệm hàng năm: 5,000-30,000 USD
• Thời gian hoàn vốn: 1-2 năm
• Giảm chi phí bảo trì: 30-50%

VII. Lưu ý quan trọng khi sử dụng hóa chất khử Oxy

Việc sử dụng hóa chất khử oxy đúng cách không chỉ đảm bảo hiệu quả xử lý mà còn đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị. Phần này tổng hợp các khuyến nghị thực tiễn quan trọng.

7.1. An toàn lao động

An toàn luôn là ưu tiên hàng đầu khi làm việc với hóa chất công nghiệp.

Trang bị bảo hộ cá nhân bắt buộc:

• Găng tay chống hóa chất: Loại nitrile hoặc neoprene
• Kính bảo hộ: Chống văng hóa chất vào mắt
• Áo choàng phòng thí nghiệm: Vải chống hóa chất
• Giày bảo hộ: Chống trượt, chống thấm
• Khẩu trang: Đặc biệt khi xử lý hóa chất dạng bột

Pha chế hóa chất:

• Luôn thêm hóa chất vào nước, không làm ngược lại
• Khuấy đều trong khi thêm
• Tránh tạo bụi hoặc khí bay lên

Châm hóa chất:

• Kiểm tra kết nối đường ống trước khi vận hành
• Đảm bảo van an toàn hoạt động tốt
• Không mở nắp bồn chứa khi hệ thống đang vận hành

Xử lý sự cố:

• Tràn đổ: Dùng vật liệu thấm hút, rửa sạch bằng nước nhiều
• Dính vào da: Rửa ngay bằng nước sạch ít nhất 15 phút
• Hít phải: Đưa nạn nhân ra nơi thoáng khí, gọi y tế

Cẩn trọng đặc biệt với Hydrazine:

• Độc tính cao: Có khả năng gây ung thư
• Tránh hít phải hơi hoặc tiếp xúc da
• Làm việc trong khu vực thông gió tốt
• Có kế hoạch ứng phó sự cố cụ thể

Đào tạo nhân viên:

• Tất cả nhân viên phải được đào tạo cơ bản về hóa chất
• Đào tạo định kỳ 6 tháng/lần
• Cập nhật MSDS (Material Safety Data Sheet) mới nhất
• Diễn tập ứng phó sự cố định kỳ

7.2. Bảo quản đúng cách

Bảo quản đúng cách giúp duy trì chất lượng hóa chất và tránh rủi ro an toàn.

1. Điều kiện bảo quản:

• Vị trí lưu trữ:
• Nơi khô ráo, thoáng mát
• Tránh ánh nắng trực tiếp
• Nhiệt độ: 15-30°C
• Độ ẩm: <70%

2. Bao bì:

• Giữ nguyên bao bì gốc của nhà sản xuất
• Đóng kín nắp sau mỗi lần sử dụng
• Ghi rõ nhãn, ngày mở bao
• Tránh dùng thùng chứa kim loại cho một số hóa chất

3. Sắp xếp:

• Để trên pallet, cách sàn >20cm
• Cách tường >50cm
• Tách biệt các loại hóa chất khác nhau
• Khu vực có biển cảnh báo rõ ràng

Thời hạn sử dụng:

Hóa chất	Thời hạn (đóng kín)	Thời hạn (đã mở)
Sodium Sulfite	12 tháng	6 tháng
Hydrazine	24 tháng	12 tháng
DEHA	18 tháng	9 tháng
Carbohydrazide	24 tháng	12 tháng

Kiểm tra định kỳ:

• Kiểm tra bao bì hàng tháng
• Kiểm tra chất lượng hóa chất 3 tháng/lần
• Thay thế hóa chất quá hạn
• Ghi chép sổ nhật ký nhập xuất

Xử lý hóa chất hết hạn:

• Không đổ trực tiếp vào cống
• Liên hệ đơn vị xử lý chất thải chuyên nghiệp
• Tuân thủ quy định môi trường địa phương

7.3. Kiểm soát liều lượng

Kiểm soát liều lượng chính xác là yếu tố quyết định hiệu quả và kinh tế.

Đo lường thường xuyên:

• Nồng độ oxy hòa tan: 2-4 lần/ngày
• Dư lượng hóa chất: 2-4 lần/ngày
• pH nước lò hơi: liên tục hoặc 4 lần/ngày
• TDS: 1 lần/ngày

Hóa chất dư phù hợp:

• Không để dư lượng quá thấp → mất bảo vệ
• Không để dư lượng quá cao → lãng phí + tác dụng phụ

Liều lượng thấp (<30 ppm Sulfite):

• Bảo vệ không đủ
• Oxy còn lại gây ăn mòn
• Rủi ro thủng ống

Liều lượng cao (>80 ppm Sulfite):

• Lãng phí hóa chất
• Tăng TDS quá mức
• Có thể gây cặn hoặc tác động tiêu cực
• Tăng tần suất xả đáy

Khi nào cần tăng liều:

• Dư lượng hóa chất thấp
• Phát hiện oxy hòa tan cao
• Tăng tải lò hơi
• Phát hiện ăn mòn

Khi nào cần giảm liều:

• Dư lượng quá cao (>80 ppm)
• TDS tăng nhanh
• Giảm tải lò hơi
• Cải thiện hiệu suất deaerator

Đầu tư vào hệ thống tự động giúp:

• Kiểm soát chính xác hơn
• Giảm lãng phí hóa chất 20-30%
• Giảm sai sót con người
• Ghi nhận dữ liệu để phân tích

7.4. Lựa chọn phù hợp

Lựa chọn đúng loại hóa chất giúp tối ưu cả hiệu quả lẫn chi phí.

1. Dựa vào áp suất vận hành:

• <30 Barg: Sodium Sulfite là lựa chọn tốt nhất
• 30-70 Barg: DEHA hoặc Sodium Sulfite có xúc tác
• >70 Barg: DEHA, Carbohydrazide, hoặc Hydrazine (nếu được phép)
• >100 Barg: Carbohydrazide ưu tiên

2. Xem xét yêu cầu TDS:

• TDS không quan trọng → Sodium Sulfite
• TDS nghiêm ngặt → Hydrazine, DEHA, Carbohydrazide
• TDS trung bình → Kết hợp các loại

3. Xem xét yếu tố pH:

• Cần tăng pH nước ngưng → DEHA
• pH ổn định → Sodium Sulfite, Carbohydrazide
• pH cao → Cẩn thận với Sodium Sulfite

4. Nhiệt độ và thời gian:

• Nhiệt độ thấp (<100°C) → Sodium Sulfite, DEHA
• Nhiệt độ cao (>150°C) → Carbohydrazide
• Thời gian lưu ngắn → Chất phản ứng nhanh (Sulfite có xúc tác)

5. Yếu tố môi trường và an toàn:

• Lo ngại độc tính → Tránh Hydrazine
• Yêu cầu thân thiện môi trường → Carbohydrazide, Erythorbate
• Điều kiện an toàn hạn chế → DEHA, Carbohydrazide

VIII. Kết luận

Hóa chất khử Oxy đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ hệ thống nồi hơi khỏi ăn mòn, kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo vận hành an toàn, hiệu quả.

Việc lựa chọn đúng loại hóa chất theo áp suất vận hành là yếu tố quan trọng: Sodium Sulfite cho lò áp suất thấp (<30 Barg), trong khi Hydrazine, DEHA và Carbohydrazide phù hợp cho lò áp suất cao (>70 Barg).

Qua những Thông tin chi tiết về hóa chất khử Oxy cho nước nồi hơi, bạn đã có thêm nền tảng để lựa chọn và sử dụng hóa chất đúng cách, giảm rủi ro ăn mòn và tối ưu chi phí vận hành.

Nếu cần tư vấn nhanh và chính xác cho hệ thống của doanh nghiệp, hãy liên hệ Hotline 091 897 6655 (Miền Nam) / 093 345 5566 (Miền Bắc) để được VITEKO hỗ trợ ngay lập tức.