Опріснення морської води висуває надзвичайні вимоги до теплообмінного обладнання. Поєднання високих концентрацій хлоридів, підвищених робочих температур і безперервного потоку створює середовище, у якому звичайні матеріали швидко розкладаються. Титан має надзвичайну стійкість до корозії, спричиненої морською водою та-хлоридом, однак суцільні титанові трубні листи залишаються непомірно дорогими для-великомасштабних опріснювальних установок. Це економічне обмеження підштовхнуло галузь до елегантного рішення: плаковані титаном-сталеві трубні листи, виготовлені шляхом зварювання вибухом.
- Проблема корозії в опріснювальних теплообмінниках
Опріснювальні установки, незалежно від того, чи використовують багато-ступеневе спалахування (MSF), багато-дистиляцію (MED) або зворотний осмос (RO), значною мірою покладаються на кожухотрубні-і-теплообмінники. Ці установки обробляють розсіл при підвищених температурах, піддаючи трубні решітки постійному впливу іонів хлориду. Титан і його сплави виявляють надзвичайну стійкість до морської води, хлоридних розчинів і рідинну ерозію-, що робить їх кращим металом для прибережних і солонуватих-систем водяного охолодження. Метал природним чином утворює щільну стабільну оксидну плівку під впливом окисних середовищ, забезпечуючи захист від точкової корозії та тріщин, які вражають нержавіючу сталь і мідні сплави в сольовому розчині.
Перешкодою завжди була вартість. Титан дорогий, і виготовлення цілої трубної решетки з твердого титану призводить до того, що витрати на обладнання перевищують практичні межі для великих опріснювальних установок. Ось тут і з’являються плаковані матеріали.
Зварювання вибухом
Зварювання вибухом, також відоме як плакування вибухом, залишається домінуючим промисловим методом виробництва титанових композитних пластин. Процес використовує контрольовані детонації для прискорення титанової оболонки до сталевої підкладки з високою швидкістю. Ударний тиск створює металургійний зв’язок між двома різнорідними металами за температури навколишнього середовища-процес зварювання-в твердому стані, який уникає міжфазних сполук і теплових спотворень, пов’язаних із зварюванням плавленням.
Отримана поверхня має характерну хвилеподібну морфологію, ознаку успішного зварювання вибухом. Ця періодична хвильова структура, як правило, з довжинами хвиль і амплітудами, що вимірюються в сотнях мікрон, є результатом пластичних зсувних хвиль і інтенсивного локалізованого перемішування під час події детонації. Хвильова межа розділу забезпечує чудове механічне зчеплення та міцність зв’язку порівняно з плоскими межами розділу, із документально підтвердженою міцністю на зсув, що досягає 150–200 МПа. У деяких застосуваннях межа міцності на зсув перевищує 210 МПа.
Виготовлення та продуктивність трубної дошки
Покриті титаном-трубні дошки, виготовлені шляхом зварювання вибухом, поєднують титановий шар-зазвичай комерційно чистого титану 1 або 2 класу-з підкладкою з вуглецевої сталі, наприклад SA516 Gr.70 або Q345R. Товщина титанового шару зазвичай коливається від 3 до 8 мм, що забезпечує достатній захист від корозії під час тривалого-впливу морської води. Сталева підкладка забезпечує структурну міцність і жорсткість, необхідні для підтримки трубних пучків і витримування навантажень тиску, тоді як титанове покриття справляється з корозійним розсолом.
Металургійний зв’язок між двома шарами є цілісним і безперервним, що відповідає вимогам ASTM B898, стандартної специфікації для реактивної та вогнетривкої металевої пластини, призначеної для використання в посудинах під тиском. Стовідсоткова ультразвукова інспекція перевіряє цілісність з’єднання, а кваліфікаційні стандарти зазвичай вимагають показника з’єднання 98% або вище.
Економічні аргументи для-плакованих титаном трубних листів переконливі. Порівняно з твердим титаном, плакована конструкція зменшує витрати на матеріали на 35-50 відсотків. За деякими оцінками, економія становить приблизно 40 відсотків при збереженні еквівалентної стійкості до корозії. Ця економічна ефективність робить чудову стійкість титану до корозії в морській воді доступною для широкомасштабних-проектів опріснення, де твердий титан був би економічно недоцільним.
Виготовлення вимагає ретельної уваги до деталей. Для свердління трубних отворів у плакованих пластинах потрібен твердосплавний-інструмент зі швидкістю різання в діапазоні 15–20 м/хв, щоб запобігти розшаруванню титанового шару. Під час зварювання труб-до-трубної решетки необхідно використовувати захисний інертний газ-зазвичай аргон-зі струмом у діапазоні 90–110 А, щоб уникнути окислення на поверхні поверхні. Розрахункові температури повинні залишатися на рівні 300 градусів або нижче, щоб зменшити ризик водневої крихкості. Перехідні з’єднання між плакованими титаном трубними листами та сталевими трубами зазвичай виконуються за допомогою перехідних деталей із титанової -сталі.
Польовий досвід із-зварними титановими-плакованими трубними листами в опріснювальній системі був позитивним. Тестування продуктивності опріснювальних установок морської води демонструє постійне збереження теплової ефективності навіть у середовищах із високою-солоністю. Титанове покриття зберігає цілісність своєї пасивної оксидної плівки в умовах термічного циклу із задокументованою ефективністю в діапазоні температур від -40 градусів до 300 градусів. Дослідження тривалого впливу в морському середовищі показують, що після десятиліття безперервної експлуатації корозія практично не піддається вимірюванню.
Виробництво труб-плакованих титаном для опріснювачів відповідає встановленим стандартам, зокрема ASTM B898 і китайському стандарту NB/T 47002.3. Протоколи забезпечення якості охоплюють ультразвукове випробування межі з’єднання, механічне випробування на міцність на зсув і перевірку розмірів шаблонів отворів труб. Ці стандарти гарантують, що плаковані трубні решітки відповідають тим самим критеріям ефективності, що й суцільний титан у посудинах під тиском.
Оскільки потужності з опріснення морської води постійно збільшуються в усьому світі, попит на-рентабельні корозійно-стійкі теплообмінні компоненти відповідно зростатиме. Зварювання вибухом покритих титаном-сталевих трубних листів пропонує зрілу, перевірену технологію, яка врівноважує корозійні властивості та капітальні витрати. Процес забезпечує надійне металургійне з’єднання, матеріали відповідають встановленим галузевим стандартам, а досвід роботи підтверджує довго-тривалу довговічність у морській воді. Для проектувальників і операторів опріснювальних установок трубні решітки, покриті-титаном, є практичним рішенням однієї з постійних проблем промисловості з матеріалами.
