نمکزدایی آب دریا، تقاضای فوقالعادهای را برای تجهیزات تبادل حرارت ایجاد میکند. ترکیبی از غلظت کلرید بالا، دمای عملیاتی بالا و جریان مداوم محیطی را ایجاد می کند که در آن مواد معمولی به سرعت تجزیه می شوند. تیتانیوم مقاومت فوقالعادهای در برابر خوردگی ناشی از آب دریا و{2}}کلرید دارد، اما ورقهای لوله تیتانیوم جامد برای تأسیسات نمکزدایی در مقیاس بزرگ بسیار گران هستند. این محدودیت اقتصادی صنعت را به سمت یک راه حل زیبا سوق داده است: ورق های لوله فولادی با پوشش تیتانیوم- که از طریق جوشکاری انفجاری تولید می شوند.
- چالش خوردگی در مبدل های حرارتی نمک زدایی
کارخانههای نمکزدایی، خواه از فرآیندهای-فلاش چند مرحلهای (MSF)، تقطیر چند اثره (MED)، یا اسمز معکوس (RO) استفاده میکنند، به طور گستردهای به مبدلهای حرارتی پوسته-و-لولهای متکی هستند. این واحدها آب نمک را در دماهای بالا کنترل می کنند و صفحات لوله را در معرض حمله مداوم یون های کلرید قرار می دهند. تیتانیوم و آلیاژهای آن مقاومت فوقالعادهای در برابر آب دریا، محلولهای کلرید و فرسایش سیال{6}}خواصی از خود نشان میدهند که آنها را به فلز انتخابی برای سیستمهای آبخنکشده ساحلی و شور{7}} تبدیل میکند. این فلز به طور طبیعی یک لایه اکسیدی متراکم و پایدار را هنگامی که در معرض محیط های اکسید کننده قرار می گیرد، تشکیل می دهد، که محافظت در برابر خوردگی حفره ای و حمله شکافی که فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای مس را در سرویس های نمکی آزار می دهد، ایجاد می کند.
مانع همیشه هزینه بوده است. تیتانیوم گران است و ساخت یک ورق لوله کامل از تیتانیوم جامد هزینه تجهیزات را فراتر از محدودیت های عملی برای تاسیسات بزرگ نمک زدایی می کند. این جایی است که مواد روکش شده وارد تصویر می شوند.
جوشکاری انفجاری
جوشکاری انفجاری که به عنوان پوشش انفجاری نیز شناخته می شود، روش صنعتی غالب برای تولید صفحات کامپوزیت تیتانیوم است. این فرآیند از انفجارهای کنترل شده برای تسریع یک صفحه روکش تیتانیوم به سمت یک بستر فولادی با سرعت بالا استفاده می کند. فشار ضربه یک پیوند متالورژیکی بین دو فلز غیر مشابه در دمای محیط ایجاد میکند-یک فرآیند جوشکاری حالت جامد{3}} که از ترکیبات سطحی و اعوجاج حرارتی مرتبط با جوشکاری ذوبی جلوگیری میکند.
رابط حاصل یک مورفولوژی موجی مشخص را نشان می دهد، که نشانه ای از جوشکاری انفجاری موفق است. این ساختار موج دوره ای، معمولاً با طول موج ها و دامنه های قابل اندازه گیری در صدها میکرون، ناشی از امواج برشی پلاستیکی و هم زدن موضعی شدید در طول رویداد انفجار است. رابط موج در مقایسه با رابط های مسطح، با مقاومت برشی مستند به 150 تا 200 مگاپاسکال، اتصال مکانیکی و استحکام پیوند برتر را ارائه می دهد. در برخی از کاربردها، مقاومت برشی رابط از 210 مگاپاسکال فراتر می رود.
ساخت و عملکرد ورق لوله
ورقهای لولهای با روکش تیتانیوم- که با جوشکاری انفجاری تولید میشوند، یک لایه تیتانیوم-معمولاً تیتانیوم خالص تجاری درجه 1 یا درجه 2{4}} را با پوشش فولاد کربنی مانند SA516 Gr.70 یا Q345R ترکیب میکنند. ضخامت لایه تیتانیوم معمولاً بین 3 تا 8 میلیمتر متغیر است، که اجازه خوردگی کافی را برای قرار گرفتن در معرض{11}مدت آب دریا فراهم میکند. زیرلایه فولادی استحکام و استحکام ساختاری مورد نیاز برای حمایت از بستههای لوله و تحمل بارهای فشار را تامین میکند، در حالی که روکش تیتانیوم محیط خورنده آب نمک را کنترل میکند.
پیوند متالورژیکی بین دو لایه یکپارچه و پیوسته است و الزامات ASTM B898 را برآورده می کند، مشخصات استاندارد برای صفحه روکش فلزی راکتیو و نسوز که برای استفاده از مخازن تحت فشار در نظر گرفته شده است. بازرسی صد درصد اولتراسونیک یکپارچگی باند را تأیید می کند، با استانداردهای صلاحیت معمولاً به نرخ باند 98٪ یا بالاتر نیاز دارد.
مورد اقتصادی برای ورق های لوله تیتانیوم-قانع کننده است. در مقایسه با تیتانیوم جامد، ساخت و ساز روکشی هزینه های مواد را 35 تا 50 درصد کاهش می دهد. برخی تخمین ها صرفه جویی را در حدود 40 درصد نشان می دهد و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می کند. این کارآیی هزینه، مقاومت برتر تیتانیوم در برابر خوردگی آب دریا را برای پروژههای نمکزدایی در مقیاس بزرگ که در آنها تیتانیوم جامد از نظر اقتصادی غیرعملی است، قابل دسترسی است.
ساخت نیاز به توجه دقیق به جزئیات دارد. حفاری سوراخ لوله در صفحات روکش دار نیازمند ابزارکاری با نوک کاربید{1}}با سرعت برش در محدوده 15 تا 20 متر در دقیقه برای جلوگیری از لایه برداری لایه تیتانیوم است. برای جلوگیری از اکسیداسیون سطحی، در جوشکاری-به-لوله به ورق لوله باید از محافظ گاز بیاثر-معمولاً آرگون-با جریانهایی در محدوده 90-110 A استفاده شود. دمای طراحی باید در 300 درجه یا کمتر از آن باقی بماند تا خطرات شکنندگی هیدروژن کاهش یابد. اتصالات انتقالی بین ورق های لوله تیتانیوم و لوله های فولادی معمولاً با استفاده از قطعات انتقالی تیتانیوم{14}} انجام می شود.
تجربه میدانی با ورقهای لولهای با منفجره-تیتانیوم جوششده-در سرویس نمکزدایی مثبت بوده است. آزمایش عملکرد در کارخانههای نمکزدایی آب دریا، حفظ راندمان حرارتی پایدار را حتی در محیطهای{3}}با شوری بالا نشان میدهد. روکش تیتانیوم یکپارچگی فیلم اکسید غیرفعال خود را تحت شرایط چرخه حرارتی با عملکرد مستند در محدوده دمایی از -40 درجه تا 300 درجه حفظ می کند. مطالعات قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در محیط های دریایی عملاً هیچ خوردگی قابل اندازه گیری پس از یک دهه خدمات مداوم را نشان نمی دهد.
تولید ورقهای لولهای با روکش تیتانیوم{0} برای کاربردهای نمکزدایی از استانداردهای تعیینشده از جمله ASTM B898 و استاندارد چینی NB/T 47002.3 پیروی میکند. پروتکل های تضمین کیفیت شامل آزمایش اولتراسونیک رابط پیوند، آزمایش مکانیکی استحکام برشی و بازرسی ابعادی الگوهای سوراخ لوله است. این استانداردها تضمین میکنند که ورقهای لولهای روکششده با معیارهای عملکردی مشابه تیتانیوم جامد در سرویس مخازن تحت فشار مطابقت دارند.
از آنجایی که ظرفیت نمکزدایی آب دریا در سطح جهانی در حال گسترش است، تقاضا برای اجزای تبادل حرارتی مقاوم در برابر خوردگی{0}مقرون به صرفه-به ترتیب افزایش خواهد یافت. جوشکاری انفجاری ورق های لوله فولادی با روکش تیتانیوم{3}}فناوری بالغ و اثبات شده را ارائه می دهد که عملکرد خوردگی را در مقابل هزینه سرمایه متعادل می کند. این فرآیند پیوندهای متالورژیکی قابل اعتمادی را تولید می کند، مواد مطابق با استانداردهای صنعتی تثبیت شده هستند و تجربه عملیاتی دوام طولانی مدت-در سرویس آب دریا را تأیید می کند. برای طراحان و اپراتورهای کارخانه نمکزدایی، ورقهای لولهای با روکش تیتانیوم-راهحلی عملی برای یکی از چالشهای مواد پایدار صنعت است.
