Desalinizacija morske vode postavlja izvanredne zahtjeve za opremu za izmjenu topline. Kombinacija visokih koncentracija klorida, povišenih radnih temperatura i kontinuiranog protoka stvara okruženje u kojem se konvencionalni materijali brzo razgrađuju. Titan nudi iznimnu otpornost na morsku vodu i koroziju-izazvanu kloridom, no čvrste ploče od titana ostaju pretjerano skupe za velike{3}}postrojenja za desalinizaciju. Ovo ekonomsko ograničenje natjeralo je industriju prema elegantnom rješenju: limovi od čeličnih cijevi obloženi-titanom proizvedeni eksplozivnim zavarivanjem.
- Izazov korozije u izmjenjivačima topline za desalinizaciju
Postrojenja za desalinizaciju, bez obzira koriste li procese više{0}}flash (MSF), više-destilacije (MED) ili reverzne osmoze (RO), uvelike se oslanjaju na školjkaste-i-cijevne izmjenjivače topline. Ove jedinice rade sa slanom otopinom na povišenim temperaturama, izlažući cijevne listove kontinuiranom napadu kloridnih iona. Titan i njegove legure pokazuju izvanrednu otpornost na morsku vodu, otopine klorida i fluidnu eroziju-svojstva koja ih čine metalom izbora za obalne i bočate-vodeno hlađene sustave. Metal prirodno stvara gust, stabilan oksidni film kada je izložen oksidirajućoj okolini, pružajući zaštitu od rupičaste korozije i napada pukotinama koji pogađaju nehrđajuće čelike i legure bakra u slanoj uporabi.
Prepreka je uvijek bila cijena. Titan je skup, a izrada cijele cijevne ploče od čvrstog titana dovodi do toga da troškovi opreme prelaze praktične granice za velika postrojenja za desalinizaciju. Ovo je mjesto gdje presvučeni materijali stupaju na scenu.
Eksplozivno zavarivanje
Eksplozivno zavarivanje, također poznato kao eksplozivno oblaganje, ostaje dominantna industrijska metoda za proizvodnju kompozitnih ploča od titana. Proces koristi kontrolirane detonacije za ubrzavanje titanijske ploče za oblaganje velikom brzinom prema čeličnoj podlozi. Udarni pritisak generira metaluršku vezu između dva različita metala na sobnoj temperaturi-postupkom zavarivanja u čvrstom-postupku koji izbjegava spojeve na međupovršini i toplinsku distorziju povezanu sa zavarivanjem taljenjem.
Rezultirajuće sučelje pokazuje karakterističnu valovitu morfologiju, potpis uspješnog zavarivanja eksplozivom. Ova periodična valna struktura, obično s valnim duljinama i amplitudama mjerljivim u stotinama mikrona, rezultat je plastičnih posmičnih valova i intenzivnog lokaliziranog miješanja tijekom događaja detonacije. Valovito sučelje pruža superiorno mehaničko međusobno spajanje i čvrstoću veze u usporedbi s ravnim sučeljima, s dokumentiranom čvrstoćom na smicanje koja doseže 150-200 MPa. U nekim primjenama, otpornost na smicanje sučelja prelazi 210 MPa.
Izrada i izvedba cijevnih ploča
Cijevne ploče obložene-titanom proizvedene eksplozivnim zavarivanjem kombiniraju sloj titana-obično komercijalno čisti titan 1. ili 2. stupnja-s podlogom od ugljičnog čelika kao što je SA516 Gr.70 ili Q345R. Debljina sloja titana općenito je u rasponu od 3 do 8 mm, pružajući dovoljnu zaštitu od korozije za dugotrajnu-izloženost morskoj vodi. Čelična podloga osigurava strukturnu čvrstoću i krutost potrebnu za podupiranje snopova cijevi i izdržavanje tlačnih opterećenja, dok obloga od titana podnosi korozivno okruženje slane vode.
Metalurška veza između dva sloja je cjelovita i kontinuirana, ispunjavajući zahtjeve ASTM B898, standardne specifikacije za reaktivne i vatrostalne metalne ploče namijenjene za upotrebu u posudama pod tlakom. Stopostotna ultrazvučna inspekcija provjerava cjelovitost veze, s kvalifikacijskim standardima koji obično zahtijevaju stopu veze od 98% ili više.
Ekonomska opravdanost za-titanom obložene cijevne ploče je uvjerljiva. U usporedbi s čvrstim titanom, obložena konstrukcija smanjuje troškove materijala za 35 do 50 posto. Prema nekim procjenama uštede iznose oko 40 posto uz istovjetnu otpornost na koroziju. Ova isplativost čini superiornu otpornost titana na koroziju u morskoj vodi dostupnom za-projekte desalinizacije velikih razmjera gdje bi čvrsti titan bio ekonomski nepraktičan.
Izrada zahtijeva posebnu pozornost na detalje. Bušenje rupa za cijevi u obloženim pločama zahtijeva alat-s vrhom od karbida s brzinama rezanja koje se održavaju u rasponu od 15-20 m/min kako bi se spriječilo raslojavanje sloja titana. Zavarivanje-na-cijevne ploče mora koristiti zaštitu od inertnog plina-obično argona-sa strujama u rasponu od 90–110 A kako bi se izbjegla oksidacija na površini. Projektirane temperature trebale bi ostati na ili ispod 300 stupnjeva kako bi se ublažio rizik od vodikove krtosti. Prijelazni spojevi između cijevnih ploča obloženih titanom i čeličnih cjevovoda obično se izvode pomoću prijelaznih dijelova od titan-čelika.
Iskustvo na terenu s eksplozivom-zavarenim-titanom presvučenim cijevnim pločama u uslugama desalinizacije je pozitivno. Ispitivanje performansi u postrojenjima za desalinizaciju morske vode pokazuje dosljedno održavanje toplinske učinkovitosti čak i u okruženjima visoke-slanosti. Titanijska obloga održava svoj integritet pasivnog oksidnog filma u uvjetima toplinskog ciklusa, s dokumentiranim performansama u temperaturnom rasponu od -40 stupnjeva do 300 stupnjeva. Studije o dugotrajnoj izloženosti u morskom okruženju ne pokazuju praktički nikakvu mjerljivu koroziju nakon desetljeća neprekidnog rada.
Proizvodnja cijevnih limova obloženih-titanom za desalinizaciju slijedi utvrđene standarde uključujući ASTM B898 i kineski standard NB/T 47002.3. Protokoli za osiguranje kvalitete obuhvaćaju ultrazvučno ispitivanje spojne površine, mehaničko ispitivanje čvrstoće na smicanje i dimenzionalni pregled uzoraka rupa u cijevima. Ovi standardi osiguravaju da obloženi cijevni limovi zadovoljavaju iste kriterije izvedbe kao i čvrsti titan u posudama pod tlakom.
Kako se kapacitet desalinizacije morske vode nastavlja širiti globalno, potražnja za-isplativim komponentama za izmjenu topline-otpornim na koroziju će rasti u skladu s tim. Eksplozivno zavarivanje limova presvučenih titanom-čeličnim cijevima nudi zrelu, dokazanu tehnologiju koja uravnotežuje učinak korozije i kapitalne troškove. Proces proizvodi pouzdane metalurške veze, materijali zadovoljavaju utvrđene industrijske standarde, a operativno iskustvo potvrđuje dugoročnu-trajnost u morskoj vodi. Za dizajnere i operatere postrojenja za desalinizaciju, cijevne ploče obložene-titanom predstavljaju praktično rješenje za jedan od trajnih izazova u industriji materijala.
