Odsalanie wody morskiej stawia niezwykłe wymagania sprzętom wymiany ciepła. Połączenie wysokich stężeń chlorków, podwyższonych temperatur roboczych i ciągłego przepływu tworzy środowisko, w którym konwencjonalne materiały szybko ulegają degradacji. Tytan zapewnia wyjątkową odporność na korozję-wywołaną wodą morską i chlorkami, a mimo to arkusze rurowe z litego tytanu są nadal zbyt drogie w przypadku dużych-zakładów odsalania. To ograniczenie ekonomiczne skłoniło branżę do zastosowania eleganckiego rozwiązania: blach stalowych-pokrytych tytanem, wytwarzanych metodą spawania wybuchowego.
- Wyzwanie związane z korozją w wymiennikach ciepła do odsalania
Instalacje do odsalania, niezależnie od tego, czy wykorzystują procesy wielo-rozprężania błyskawicznego (MSF), destylację wielo-z wieloma efektami (MED) czy odwróconą osmozę (RO), w dużym stopniu opierają się na płaszczowych-i-rurowych wymiennikach ciepła. Jednostki te przetwarzają solankę w podwyższonych temperaturach, narażając arkusze rur na ciągły atak jonów chlorkowych. Tytan i jego stopy wykazują wyjątkową odporność na wodę morską, roztwory chlorków i erozję płynną,-co czyni je metalem wybieranym do systemów chłodzonych-wodą przybrzeżną i słonawą. Metal w naturalny sposób tworzy gęstą, stabilną warstwę tlenku pod wpływem środowiska utleniającego, zapewniając ochronę przed korozją wżerową i atakiem szczelinowym, które są plagą dla stali nierdzewnych i stopów miedzi w środowisku zasolonym.
Przeszkodą zawsze były koszty. Tytan jest drogi, a wykonanie całego arkusza rur z litego tytanu zwiększa koszty sprzętu przekraczające praktyczne granice w przypadku dużych instalacji odsalania. W tym miejscu pojawiają się materiały platerowane.
Spawanie wybuchowe
Spawanie wybuchowe, zwane również napawaniem wybuchowym, pozostaje dominującą metodą przemysłową produkcji tytanowych płyt kompozytowych. W procesie wykorzystuje się kontrolowane detonacje w celu przyspieszenia z dużą prędkością tytanowej płyty okładzinowej w stronę stalowego podłoża. Ciśnienie uderzenia wytwarza wiązanie metalurgiczne pomiędzy dwoma różnymi metalami w temperaturach otoczenia.-Jest to proces spawania w stanie stałym-, który pozwala uniknąć związków międzyfazowych i odkształceń termicznych związanych ze spawaniem.
Powstała powierzchnia styku ma charakterystyczną falistą morfologię, co jest oznaką udanego spawania wybuchowego. Ta okresowa struktura fal, zwykle o długościach fal i amplitudach mierzalnych w setkach mikronów, jest wynikiem plastycznych fal ścinających i intensywnego, zlokalizowanego mieszania podczas zdarzenia detonacyjnego. Interfejs falowy zapewnia doskonałe blokowanie mechaniczne i wytrzymałość wiązania w porównaniu do interfejsów płaskich, przy udokumentowanej wytrzymałości na ścinanie sięgającej 150–200 MPa. W niektórych zastosowaniach wytrzymałość na ścinanie interfejsu przekracza 210 MPa.
Produkcja i wydajność arkuszy rur
Blachy rurowe platerowane tytanem-wytwarzane metodą spawania wybuchowego łączą warstwę tytanu-zazwyczaj komercyjnie czystego tytanu klasy 1 lub klasy 2-z podłożem ze stali węglowej, takiej jak SA516 Gr.70 lub Q345R. Grubość warstwy tytanu zazwyczaj waha się od 3 do 8 mm, co zapewnia wystarczający naddatek na korozję w przypadku-długoterminowego narażenia na działanie wody morskiej. Podłoże stalowe zapewnia wytrzymałość konstrukcyjną i sztywność niezbędną do podparcia wiązek rur i wytrzymywania obciążeń ciśnieniowych, podczas gdy okładzina tytanowa radzi sobie z korozyjnym środowiskiem solanki.
Wiązanie metalurgiczne pomiędzy dwiema warstwami jest integralne i ciągłe, spełniając wymagania normy ASTM B898, standardowej specyfikacji dla reaktywnych i ogniotrwałych płyt platerowanych metalem przeznaczonych do stosowania w zbiornikach ciśnieniowych. Stuprocentowa kontrola ultradźwiękowa weryfikuje integralność wiązania, przy czym standardy kwalifikacyjne zazwyczaj wymagają współczynnika wiązania na poziomie 98% lub wyższym.
Ekonomiczne uzasadnienie dla blach rurowych-pokrytych tytanem jest przekonujące. W porównaniu z litym tytanem, konstrukcja platerowana zmniejsza koszty materiałów o 35 do 50 procent. Według niektórych szacunków oszczędności wynoszą około 40 procent przy zachowaniu równoważnej odporności na korozję. Ta efektywność kosztowa sprawia, że doskonała odporność tytanu na korozję w wodzie morskiej jest dostępna w przypadku-projektów odsalania na dużą skalę, gdzie stały tytan byłby ekonomicznie niepraktyczny.
Wykonanie wymaga szczególnej dbałości o szczegóły. Wiercenie otworów na rury w płytach platerowanych wymaga użycia narzędzi-z węglikami spiekanymi przy prędkościach skrawania utrzymywanych w zakresie 15–20 m/min, aby zapobiec rozwarstwianiu się warstwy tytanu. Podczas spawania-rur z-blachami rurowymi należy stosować osłonę gazu obojętnego,-zazwyczaj argon-z prądem w zakresie 90–110 A, aby uniknąć utleniania międzyfazowego. Temperatury projektowe powinny utrzymywać się na poziomie 300 stopni lub poniżej, aby zmniejszyć ryzyko kruchości wodorowej. Połączenia przejściowe pomiędzy blachami rurowymi pokrytymi tytanem a rurami stalowymi są zwykle wykonywane przy użyciu elementów przejściowych ze stali tytanowej-.
Doświadczenia terenowe z-spawanymi materiałami wybuchowymi-arkuszami rurowymi pokrytymi tytanem-w usługach odsalania są pozytywne. Testy wydajności w zakładach odsalania wody morskiej wykazują stałą wydajność cieplną nawet w środowiskach o wysokim-zasoleniu. Płaszcz tytanowy zachowuje integralność pasywnej warstwy tlenkowej w warunkach cykli termicznych, a jego działanie jest udokumentowane w zakresie temperatur od -40 stopni do 300 stopni. Długoterminowe badania narażenia w środowisku morskim nie wykazały praktycznie żadnej mierzalnej korozji po dziesięciu latach ciągłej pracy.
Produkcja blach rurowych-pokrytych tytanem do zastosowań w odsalaniu jest zgodna z ustalonymi normami, w tym ASTM B898 i chińską normą NB/T 47002.3. Protokoły zapewnienia jakości obejmują badania ultradźwiękowe powierzchni styku, badania mechaniczne wytrzymałości na ścinanie i kontrolę wymiarową układu otworów rurowych. Normy te zapewniają, że platerowane arkusze rur spełniają te same kryteria wydajności, co lity tytan w eksploatacji zbiorników ciśnieniowych.
W miarę ciągłego zwiększania się wydajności odsalania wody morskiej na całym świecie, odpowiednio wzrośnie zapotrzebowanie na-opłacalne-komponenty do wymiany ciepła, odporne na korozję. Spawanie wybuchowe blach stalowych-pokrytych tytanem to dojrzała, sprawdzona technologia, która równoważy odporność na korozję i koszty inwestycyjne. W procesie powstają niezawodne wiązania metalurgiczne, materiały spełniają ustalone standardy branżowe, a doświadczenie operacyjne potwierdza-długoterminową trwałość w wodzie morskiej. Dla projektantów i operatorów instalacji odsalania blachy rurowe-pokryte tytanem stanowią praktyczne rozwiązanie jednego z trwałych wyzwań materiałowych stojących przed branżą.
