Десалинација морске воде поставља изузетне захтеве за опрему за размену топлоте. Комбинација високих концентрација хлорида, повишених радних температура и континуираног протока ствара окружење у којем се конвенционални материјали брзо разграђују. Титанијум нуди изузетну отпорност на корозију изазвану морском водом и хлоридом-, али чврсти цевни листови од титанијума остају претерано скупи за велике-постројења за десалинизацију. Ово економско ограничење довело је индустрију до елегантног решења: челичних цеви обложених титанијумом- произведених експлозивним заваривањем.
- Изазов корозије у измењивачима топлоте за десалинизацију
Постројења за десалинизацију, било да користе процесе више-фласх (МСФ), више-дестилације (МЕД) или реверзне осмозе (РО), у великој мери се ослањају на љуске{2}}и-измјењиваче топлоте. Ове јединице рукују сланим раствором на повишеним температурама, излажући листове цеви континуираном нападу хлоридних јона. Титанијум и његове легуре показују изузетну отпорност на морску воду, растворе хлорида и својства ерозије течности{6}}што их чини металом избора за системе са хлађењем на обали и са бочатом{7}}водом. Метал природно формира густ, стабилан оксидни филм када је изложен оксидационом окружењу, обезбеђујући заштиту од корозије удубљења и напада пукотина који погађају нерђајуће челике и легуре бакра у физиолошком раду.
Препрека је увек била цена. Титанијум је скуп, а израда целог листа цеви од чврстог титанијума доводи до трошкова опреме изнад практичних граница за велике инсталације за десалинизацију. Ово је место где обложени материјали улазе у слику.
Експлозивно заваривање
Експлозивно заваривање, такође познато као облагање експлозијом, остаје доминантна индустријска метода за производњу композитних плоча од титанијума. Процес користи контролисане детонације за убрзање титанијумске облоге према челичној подлози великом брзином. Ударни притисак ствара металуршку везу између два различита метала на температурама околине-поступком заваривања у чврстом стању- којим се избегавају међуфазна једињења и термичко изобличење повезано са заваривањем фузијом.
Добијени интерфејс показује карактеристичну таласасту морфологију, потпис успешног експлозивног заваривања. Ова периодична таласна структура, типично са таласним дужинама и амплитудама мерљивим у стотинама микрона, резултат је пластичних смичних таласа и интензивног локализованог мешања током детонације. Таласни интерфејс пружа супериорно механичко спајање и чврстоћу везе у поређењу са равним интерфејсима, са документованом снагом смицања која достиже 150–200 МПа. У неким применама, отпорност на смицање интерфејса прелази 210 МПа.
Израда и перформансе цевних плоча
Титанијумом{0}}обложени лимови цеви произведени експлозивним заваривањем комбинују слој титанијума-обично комерцијално чист титанијум степена 1 или 2{4}} са подлогом од угљеничног челика као што је СА516 Гр.70 или К345Р. Дебљина слоја титанијума се углавном креће од 3 до 8 мм, што обезбеђује довољну количину корозије за дуготрајно-излагање морској води. Челична подлога обезбеђује структурну чврстоћу и крутост потребну да подржи снопове цеви и издржи оптерећење притиска, док се титанијумска облога носи са корозивним окружењем слане воде.
Металуршка веза између два слоја је интегрална и континуирана, испуњавајући захтеве АСТМ Б898, стандардне спецификације за реактивну и ватросталну металну плочу намењену за употребу посуда под притиском. 100% ултразвучна инспекција потврђује интегритет везе, при чему стандарди квалификације обично захтевају стопу везе од 98% или више.
Економски аргументи за цев обложене титанијумом{0}} су убедљиви. У поређењу са чврстим титанијумом, обложена конструкција смањује трошкове материјала за 35 до 50 процената. Према неким проценама, уштеда је око 40 процената уз одржавање еквивалентне отпорности на корозију. Ова исплативост чини врхунску отпорност титанијума на корозију у морској води доступном за велике-пројекте десалинизације где би чврсти титанијум био економски непрактичан.
Израда захтева пажљиву пажњу на детаље. Бушење рупа у цевима у обложеним плочама захтева алате са-врхом од карбида са брзинама сечења које се одржавају у опсегу од 15–20 м/мин како би се спречило раслојавање титанијумског слоја. Заваривање цеви -на- лимова мора да користи заштиту од инертног гаса-обично аргон- са струјама у опсегу 90–110 А да би се избегла оксидација на међуфазној површини. Пројектне температуре треба да остану на или испод 300 степени да би се умањили ризици од водоничне кртости. Прелазни спојеви између цевних листова обложених титанијумом и челичних цеви се обично постижу коришћењем прелазних делова од титанијума-челичног челика.
Искуство на терену са цевним плочама обложеним експлозивом-завареним титанијумом- у служби десалинизације је позитивно. Тестирање перформанси у постројењима за десалинизацију морске воде показује доследно одржавање топлотне ефикасности чак и у окружењима високог{3}}салинитета. Титанијумска облога одржава интегритет филма пасивног оксида у условима термичког циклуса, са документованим перформансама у температурним распонима од -40 степени до 300 степени. Студије дуготрајне изложености у морским срединама не показују практично никакву мерљиву корозију након деценије непрекидног рада.
Производња цеви обложених титанијумом-за примене у десалинизацији прати утврђене стандарде укључујући АСТМ Б898 и кинески стандард НБ/Т 47002.3. Протоколи за обезбеђење квалитета обухватају ултразвучно испитивање интерфејса везивања, механичко испитивање чврстоће на смицање и проверу димензија узорака рупа цеви. Ови стандарди обезбеђују да обложени цевни листови испуњавају исте критеријуме перформанси као чврсти титан у раду посуда под притиском.
Како капацитет десалинације морске воде наставља да се шири на глобалном нивоу, потражња за -ефикасним компонентама за размену топлоте{1}}отпорним на корозију ће на одговарајући начин расти. Експлозивно заваривање челичних цевних лимова обложених титанијумом- нуди зрелу, доказану технологију која балансира перформансе корозије и капиталне трошкове. Процес производи поуздане металуршке везе, материјали испуњавају утврђене индустријске стандарде, а оперативно искуство потврђује дугорочну-трајност у употреби морске воде. За дизајнере и оператере постројења за десалинизацију, цевни листови обложени титанијумом- представљају практично решење за један од трајних изазова у индустрији материјала.
