A tengervíz sótalanítása rendkívüli követelményeket támaszt a hőcserélő berendezésekkel szemben. A magas kloridkoncentráció, a magasabb üzemi hőmérséklet és a folyamatos áramlás kombinációja olyan környezetet teremt, ahol a hagyományos anyagok gyorsan lebomlanak. A titán kivételesen ellenáll a tengervíznek és a klorid{2}}indukálta korróziónak, de a szilárd titán csőlemezek továbbra is rendkívül drágák a nagyméretű sótalanító létesítményekben. Ez a gazdasági korlát egy elegáns megoldás felé terelte az ipart: titán-bevonatú acélcsőlemezeket, amelyeket robbanásveszélyes hegesztéssel állítanak elő.
- A korróziós kihívás a sótalanító hőcserélőkben
A sótalanító üzemek, akár több-flash- (MSF), akár többhatású desztillációs (MED) vagy fordított ozmózisos (RO) eljárást alkalmaznak, nagymértékben támaszkodnak héj-és-csöves hőcserélőkre. Ezek az egységek megemelt hőmérsékleten kezelik a sóoldatot, így a csövek lapjait a kloridionok folyamatos támadásának teszik ki. A titán és ötvözetei kiválóan ellenállnak a tengervíznek, a kloridoldatoknak és a folyékony eróziónak,{6}} így a part menti és brakkvízzel hűtött{7}}rendszerek egyik legjobb fémje. A fém természetesen sűrű, stabil oxidfilmet képez, ha oxidáló környezetnek van kitéve, védelmet nyújtva a lyukkorrózióval és a rozsdamentes acélokat és rézötvözeteket sóoldatban használatos résekkel szemben.
Az akadály mindig is a költség volt. A titán drága, és egy teljes csőlemez gyártása tömör titánból hajtja meg a berendezéseket a gyakorlati határokon túlmenően a nagy sótalanító berendezések esetében. Itt lépnek be a képbe a burkolt anyagok.
Robbanásveszélyes hegesztés
A robbanásveszélyes hegesztés, más néven robbanóburkolat, továbbra is a domináns ipari módszer a titán kompozit lemezek előállítására. Az eljárás szabályozott detonációkat használ, hogy a titán burkolólemezt nagy sebességgel egy acél szubsztrátum felé gyorsítsa. Az ütési nyomás kohászati kötést hoz létre a két különböző fém között környezeti hőmérsékleten, -szilárd állapotú-hegesztési folyamatban, amely elkerüli a fúziós hegesztéssel kapcsolatos felületi vegyületeket és hőtorzulást.
A kapott interfész jellegzetes hullámos morfológiát mutat, ami a sikeres robbanékony hegesztés jele. Ez a rendszerint több száz mikronban mérhető hullámhosszúságú és amplitúdójú periodikus hullámszerkezet a műanyag nyíróhullámok és a detonációs esemény során fellépő intenzív lokális keverés eredménye. A hullámos interfész kiváló mechanikai reteszelést és kötési szilárdságot biztosít a lapos felületekhez képest, a dokumentált nyírószilárdság eléri a 150-200 MPa-t. Egyes alkalmazásokban az interfész nyírószilárdsága meghaladja a 210 MPa-t.
Csőlapok gyártása és teljesítménye
A robbanásveszélyes hegesztéssel előállított titán-bevonatú csőlemezek titánréteget-jellemzően 1. vagy 2. osztályú kereskedelmi tisztaságú titánt- tartalmaznak szénacél hátlappal, például SA516 Gr.70 vagy Q345R. A titánréteg vastagsága általában 3 és 8 mm között van, ami elegendő korróziót biztosít a hosszú távú tengervíznek való kitettséghez. Az acél hordozó biztosítja a szerkezeti szilárdságot és merevséget, amely a csőkötegek megtámasztásához és a nyomásterhelésnek ellenáll, míg a titán burkolat kezeli a korrozív sós környezetet.
A két réteg közötti metallurgiai kötés egybeépített és folytonos, megfelel az ASTM B898 követelményeinek, amely a nyomástartó edényekhez való reaktív és tűzálló fémburkolatú lemez szabvány előírása. Száz százalékos ultrahangos vizsgálat igazolja a kötés integritását, a minősítési szabványok általában 98%-os vagy magasabb kötési arányt írnak elő.
A titán{0}}bevonatú csőlapok gazdaságossága meggyőző. A tömör titánhoz képest a burkolt szerkezet 35-50 százalékkal csökkenti az anyagköltségeket. Egyes becslések szerint a megtakarítás körülbelül 40 százalékos, miközben az egyenértékű korrózióállóság megmarad. Ez a költséghatékonyság teszi elérhetővé a titán kiváló tengervíz-korrózióállóságát olyan nagy-léptékű sótalanítási projekteknél, ahol a szilárd titán gazdaságilag nem lenne praktikus.
A gyártás gondos odafigyelést igényel a részletekre. A burkolt lemezekben a csőfuratok fúrásához keményfém-végű szerszámra van szükség, 15–20 m/perc vágási sebességgel a titánréteg leválásának megakadályozása érdekében. A cső-cső-lemezhegesztésénél inert gázos védőgázt kell alkalmazni,-jellemzően argon-árammal 90–110 A tartományban, a felületi oxidáció elkerülése érdekében. A tervezési hőmérsékletnek 300 fokon vagy az alatt kell maradnia a hidrogén ridegedés kockázatának csökkentése érdekében. A titán bevonatú csőlemezek és az acélcsövek közötti átmeneti illesztéseket általában titán{14}}acél átmeneti darabokkal végzik.
A robbanásveszélyes-hegesztett titán-bevonatú csőlemezekkel a sótalanítás során pozitívak a helyszíni tapasztalatok. A tengervíz-sótalanító üzemekben végzett teljesítménytesztek még magas sótartalmú környezetben is konzisztens hőhatékonysági fenntartást mutatnak be. A titán burkolat megőrzi passzív oxidfilm integritását hőciklusos körülmények között, dokumentált teljesítményével -40 és 300 fok közötti hőmérsékleti tartományban. A tengeri környezetben végzett hosszú távú expozíciós vizsgálatok azt mutatják, hogy egy évtizedes folyamatos üzemelés után gyakorlatilag nincs mérhető korrózió.
A titán{0}}bevonatú csőlemezek sótalanítási alkalmazásokhoz való gyártása a megállapított szabványok szerint történik, beleértve az ASTM B898-at és az NB/T 47002.3 kínai szabványt. A minőségbiztosítási protokollok magukban foglalják a kötési felület ultrahangos vizsgálatát, a nyírószilárdság mechanikai vizsgálatát és a csőfuratok mintázatainak méretvizsgálatát. Ezek a szabványok biztosítják, hogy a bevonatos csőlemezek ugyanazoknak a teljesítménykritériumoknak feleljenek meg, mint a szilárd titán a nyomástartó edényekben.
Ahogy a tengervíz sótalanítási kapacitása világszerte folyamatosan bővül, a költséghatékony, -korrózióálló- hőcserélő alkatrészek iránti kereslet ennek megfelelően nőni fog. A titán-bevonatú acélcsőlemezek robbanásveszélyes hegesztése kiforrott, bevált technológiát kínál, amely egyensúlyt teremt a korróziós teljesítmény és a tőkeköltség között. Az eljárás megbízható kohászati kötéseket hoz létre, az anyagok megfelelnek a megállapított ipari szabványoknak, és az üzemeltetési tapasztalatok megerősítik a hosszú távú tartósságot a tengervíz szolgáltatásban. A sótalanító üzemek tervezői és üzemeltetői számára a titán{7}}bevonatú csőlapok praktikus megoldást jelentenek az iparág egyik tartós anyagi kihívására.
