Desalinacija morske vode postavlja izuzetne zahtjeve za opremu za izmjenu topline. Kombinacija visokih koncentracija hlorida, povišenih radnih temperatura i kontinuiranog protoka stvara okruženje u kojem se konvencionalni materijali brzo razgrađuju. Titanijum nudi izuzetnu otpornost na morsku vodu i koroziju-indukovanu hloridom, ali čvrsti titanijumski cijevni listovi ostaju pretjerano skupi za velike-postrojenja za desalinizaciju. Ovo ekonomsko ograničenje dovelo je industriju do elegantnog rješenja: čelične cijevi obložene titanijumom- proizvedene eksplozivnim zavarivanjem.
- Izazov korozije u izmjenjivačima topline za desalinizaciju
Postrojenja za desalinizaciju, bilo da koriste procese više-flash (MSF), više-destilacije (MED) ili reverzne osmoze (RO), u velikoj se mjeri oslanjaju na ljuske{2}}i-izmjenjivače topline. Ove jedinice rukuju slanom vodom na povišenim temperaturama, izlažući cijevne ploče kontinuiranom napadu hloridnih jona. Titanijum i njegove legure pokazuju izvanrednu otpornost na morsku vodu, rastvore hlorida i svojstva erozije fluida-što ih čini metalom izbora za obalne i bočate{7}}sisteme hlađene vodom. Metal prirodno stvara gust, stabilan oksidni film kada je izložen oksidirajućim sredinama, pružajući zaštitu od korozije udubljenja i napada pukotina koji muče nehrđajući čelik i legure bakra u fiziološkom radu.
Prepreka je uvijek bila cijena. Titanijum je skup, a izrada čitavog lista cevi od čvrstog titanijuma dovodi do troškova opreme iznad praktičnih granica za velike instalacije za desalinizaciju. Ovo je mjesto gdje obloženi materijali ulaze u sliku.
Eksplozivno zavarivanje
Eksplozivno zavarivanje, takođe poznato kao oblaganje eksplozijom, ostaje dominantna industrijska metoda za proizvodnju kompozitnih ploča od titanijuma. Proces koristi kontrolirane detonacije za ubrzanje titanijumske obloge prema čeličnoj podlozi velikom brzinom. Udarni pritisak stvara metaluršku vezu između dva različita metala na temperaturama okoline-postupkom zavarivanja u čvrstom stanju- kojim se izbjegavaju spojevi na međufaznoj površini i termička distorzija povezana sa zavarivanjem fuzijom.
Rezultirajuće sučelje pokazuje karakterističnu valovitu morfologiju, potpis uspješnog eksplozivnog zavarivanja. Ova periodična talasna struktura, tipično sa talasnim dužinama i amplitudama merljivim u stotinama mikrona, rezultat je plastičnih smičnih talasa i intenzivnog lokalizovanog mešanja tokom detonacije. Talasni interfejs pruža superiorno mehaničko spajanje i čvrstoću veze u poređenju sa ravnim interfejsima, sa dokumentovanom snagom smicanja koja dostiže 150–200 MPa. U nekim aplikacijama, otpornost na smicanje interfejsa prelazi 210 MPa.
Izrada i performanse limova cijevi
Titanijumom{0}}obloženi cijevni listovi proizvedeni eksplozivnim zavarivanjem kombinuju sloj titanijuma-obično komercijalno čisti titanijum stepena 1 ili 2{4}} sa podlogom od ugljeničnog čelika kao što je SA516 Gr.70 ili Q345R. Debljina sloja titanijuma općenito se kreće od 3 do 8 mm, pružajući dovoljnu količinu korozije za dugotrajno-izlaganje morskoj vodi. Čelična podloga daje strukturnu čvrstoću i krutost potrebnu za podupiranje snopova cijevi i izdržavanje opterećenja pod pritiskom, dok titanijumska obloga podnosi korozivno okruženje slane vode.
Metalurška veza između dva sloja je integralna i kontinuirana, ispunjavajući zahtjeve ASTM B898, standardne specifikacije za reaktivne i vatrostalne metalne ploče namijenjene za upotrebu u posudama pod pritiskom. Sto postotna ultrazvučna inspekcija provjerava integritet veze, pri čemu standardi kvalifikacije obično zahtijevaju stopu veze od 98% ili više.
Ekonomski razlog za cijev obložene titanijumom{0}} je uvjerljiv. U poređenju sa čvrstim titanijumom, obložena konstrukcija smanjuje troškove materijala za 35 do 50 procenata. Prema nekim procjenama, uštede su oko 40 posto uz održavanje ekvivalentne otpornosti na koroziju. Ova isplativost čini vrhunsku otpornost titanijuma na koroziju u morskoj vodi dostupnom za velike-projekte desalinizacije gdje bi čvrsti titanijum bio ekonomski nepraktičan.
Izrada zahtijeva pažljivu pažnju na detalje. Bušenje rupa u cijevima u obloženim pločama zahtijeva alate sa-vrhom od karbida sa brzinom rezanja koja se održava u rasponu od 15-20 m/min kako bi se spriječilo raslojavanje titanijumskog sloja. Zavarivanje cijevi-na-cijevne ploče mora koristiti zaštitu od inertnog plina-obično argon-sa strujama u rasponu od 90–110 A kako bi se izbjegla međufazna oksidacija. Projektne temperature treba da ostanu na ili ispod 300 stepeni da bi se umanjili rizici od vodonične krtosti. Prijelazni spojevi između cijevnih limova obloženih titanijumom i čeličnih cijevi se obično izvode pomoću titanijum-čeličnih prijelaznih komada.
Iskustvo na terenu sa eksplozivnim-zavarenim titanijumom-limovima u službi desalinizacije je pozitivno. Testiranje performansi u postrojenjima za desalinizaciju morske vode pokazuje dosljedno održavanje toplinske efikasnosti čak iu okruženjima visokog{3}}saliniteta. Titanijumska obloga održava integritet filma pasivnog oksida u uslovima termičkog ciklusa, sa dokumentovanim performansama u temperaturnim rasponima od -40 stepeni do 300 stepeni. Studije dugotrajne izloženosti u morskom okruženju ne pokazuju praktički nikakvu mjerljivu koroziju nakon decenije neprekidnog rada.
Proizvodnja cijevnih ploča obloženih titanijumom- za primjene desalinizacije slijedi utvrđene standarde uključujući ASTM B898 i kineski standard NB/T 47002.3. Protokoli za osiguranje kvaliteta obuhvataju ultrazvučno ispitivanje spoja spoja, mehaničko ispitivanje čvrstoće na smicanje i dimenzionalnu inspekciju uzoraka rupa cijevi. Ovi standardi osiguravaju da obloženi cijevni listovi ispunjavaju iste kriterije performansi kao čvrsti titan u radu posuda pod pritiskom.
Kako se kapacitet desalinizacije morske vode nastavlja globalno širiti, potražnja za -efikasnim komponentama za razmjenu topline{1}}otpornim na koroziju će shodno tome rasti. Eksplozivno zavarivanje čeličnih cijevnih limova obloženih titanijumom- nudi zrelu, dokazanu tehnologiju koja balansira performanse korozije i kapitalne troškove. Proces proizvodi pouzdane metalurške veze, materijali ispunjavaju utvrđene industrijske standarde, a operativno iskustvo potvrđuje dugotrajnu-trajnost u upotrebi morske vode. Za dizajnere i operatere postrojenja za desalinizaciju, cijev obložena titanijumom- predstavlja praktično rješenje za jedan od trajnih izazova u industriji materijala.
