Deniz suyunun tuzdan arındırılması, ısı değişim ekipmanlarından olağanüstü talepler doğurur. Yüksek klorür konsantrasyonları, yüksek çalışma sıcaklıkları ve sürekli akışın birleşimi, geleneksel malzemelerin hızla bozunduğu bir ortam yaratır. Titanyum, deniz suyuna ve klorür- kaynaklı korozyona karşı olağanüstü bir direnç sunar, ancak katı titanyum boru levhaları, büyük-ölçekli tuzdan arındırma tesisleri için son derece pahalı olmaya devam etmektedir. Bu ekonomik kısıtlama, sektörü şık bir çözüme yöneltti: patlayıcı kaynak yoluyla üretilen titanyum-kaplı çelik boru levhalar.
- Tuzdan Arındırma Isı Eşanjörlerinde Korozyon Sorunu
Tuzdan arındırma tesisleri, ister çok-aşamalı flaş (MSF), çok-etkili damıtma (MED) veya ters ozmoz (RO) işlemlerini kullanıyor olsun, büyük oranda kabuk-ve-borulu ısı eşanjörlerine güvenir. Bu üniteler tuzlu suyu yüksek sıcaklıklarda işleyerek tüp tabakalarını sürekli olarak klorür iyonlarının saldırısına maruz bırakır. Titanyum ve alaşımları, deniz suyuna, klorür çözeltilerine ve sıvı erozyonuna-karşı olağanüstü direnç gösterir ve bu özellikler onları kıyı ve acı-su soğutmalı sistemler için tercih edilen metal haline getirir. Metal, oksitleyici ortamlara maruz kaldığında doğal olarak yoğun, stabil bir oksit filmi oluşturarak tuzlu su hizmetinde paslanmaz çelikleri ve bakır alaşımlarını rahatsız eden oyuk korozyonuna ve çatlak saldırısına karşı koruma sağlar.
Engel her zaman maliyet olmuştur. Titanyum pahalıdır ve tüm tüp tabakasının katı titanyumdan üretilmesi, büyük tuzdan arındırma kurulumlarında ekipman maliyetlerini pratik sınırların ötesine taşır. Kaplanmış malzemelerin resme girdiği yer burasıdır.
Patlayıcı Kaynak
Patlama kaplaması olarak da bilinen patlayıcı kaynak, titanyum kompozit plakaların üretiminde baskın endüstriyel yöntem olmayı sürdürüyor. Süreçte, titanyum kaplama plakasını yüksek hızda çelik bir alt tabakaya doğru hızlandırmak için kontrollü patlamalar kullanılıyor. Darbe basıncı, ortam sıcaklıklarında iki farklı metal arasında metalurjik bir bağ oluşturur-katı-bir katı hal kaynak işlemi olup, ara yüzey bileşiklerini ve ergitme kaynağıyla ilişkili termal bozulmayı önler.
Ortaya çıkan arayüz, başarılı patlayıcı kaynağın imzası olan karakteristik dalgalı bir morfoloji sergiliyor. Tipik olarak yüzlerce mikronla ölçülebilen dalga boyları ve genliklere sahip bu periyodik dalga yapısı, plastik kayma dalgalarından ve patlama olayı sırasında yoğun lokalize karıştırmadan kaynaklanır. Dalga arayüzü, düz arayüzlere kıyasla üstün mekanik kilitleme ve bağ mukavemeti sağlar ve belgelenmiş kesme mukavemetleri 150-200 MPa'ya ulaşır. Bazı uygulamalarda arayüz kesme mukavemeti 210 MPa'yı aşmaktadır.
Tüp Levha İmalatı ve Performansı
Patlatmalı kaynakla üretilen titanyum-kaplı boru levhaları, bir titanyum katmanını (tipik olarak 1. Sınıf veya 2. Sınıf ticari olarak saf titanyum-SA516 Gr.70 veya Q345R gibi bir karbon çeliği desteğiyle birleştirir. Titanyum katman kalınlığı genellikle 3 ila 8 mm arasında değişir ve uzun süreli deniz suyuna maruz kalma durumunda yeterli korozyon toleransını sağlar. Çelik alt tabaka, boru demetlerini desteklemek ve basınç yüklerine dayanmak için gereken yapısal gücü ve sağlamlığı sağlarken, titanyum kaplama korozif tuzlu su ortamının üstesinden gelir.
İki katman arasındaki metalurjik bağ, basınçlı kap kullanımına yönelik reaktif ve refrakter metal kaplı plakaya yönelik standart spesifikasyon olan ASTM B898'in gerekliliklerini karşılayarak bütünleşik ve süreklidir. Yüzde yüz ultrasonik muayene, bağ bütünlüğünü doğrular; yeterlilik standartları genellikle %98 veya daha yüksek bir bağ oranı gerektirir.
Titanyum-kaplı tüp levhaların ekonomik durumu ilgi çekicidir. Kaplamalı yapı, katı titanyumla karşılaştırıldığında malzeme maliyetlerini yüzde 35 ila 50 oranında azaltır. Bazı tahminler, eşdeğer korozyon direncini korurken tasarrufların yaklaşık yüzde 40 olduğunu gösteriyor. Bu maliyet verimliliği, titanyumun üstün deniz suyu korozyon direncini, katı titanyumun ekonomik olarak pratik olmadığı büyük-ölçekli tuzdan arındırma projeleri için erişilebilir hale getirir.
İmalat detaylara dikkat etmeyi gerektirir. Kaplamalı plakalarda tüp deliği açmak, titanyum katmanının katmanlara ayrılmasını önlemek için kesme hızlarının 15–20 m/dak aralığında tutulduğu karbür-uçlu takımlamayı gerektirir. Boru-borudan{-boruya levha kaynağında, arayüzey oksidasyonunu önlemek için 90–110 A aralığında akımlara sahip inert gaz koruyucu-tipik olarak argon-kullanılmalıdır. Hidrojen gevrekleşmesi riskini azaltmak için tasarım sıcaklıkları 300 derecede veya altında kalmalıdır. Titanyum kaplı boru levhaları ile çelik borular arasındaki geçiş bağlantıları genellikle titanyum{14}}çelik geçiş parçaları kullanılarak gerçekleştirilir.
Tuzdan arındırma hizmetinde patlayıcı-kaynaklı titanyum-kaplı boru levhalarla ilgili saha deneyimi olumlu olmuştur. Deniz suyunu tuzdan arındırma tesislerindeki performans testleri, yüksek-tuzlu ortamlarda bile tutarlı termal verimlilik bakımının yapıldığını göstermektedir. Titanyum kaplama, -40 derece ila 300 derece arasındaki sıcaklık aralıklarında belgelenmiş performansla termal döngü koşulları altında pasif oksit film bütünlüğünü korur. Deniz ortamlarında uzun süreli maruz kalma çalışmaları, on yıllık sürekli hizmetten sonra neredeyse hiç ölçülebilir korozyon olmadığını göstermektedir.
Tuzdan arındırma uygulamaları için titanyum-kaplı tüp levhaların imalatı, ASTM B898 ve Çin standardı NB/T 47002.3 dahil olmak üzere yerleşik standartlara uygundur. Kalite güvence protokolleri, bağ arayüzünün ultrasonik testini, kayma mukavemetinin mekanik testini ve tüp deliği modellerinin boyutsal incelemesini kapsar. Bu standartlar, kaplı boru levhalarının basınçlı kap hizmetinde katı titanyumla aynı performans kriterlerini karşılamasını sağlar.
Deniz suyunu tuzdan arındırma kapasitesi dünya çapında artmaya devam ettikçe, uygun maliyetli-korozyona-dayanıklı ısı değişim bileşenlerine olan talep de buna paralel olarak artacaktır. Titanyum-kaplı çelik boru levhaların patlayıcı kaynağı, korozyon performansını sermaye maliyetiyle dengeleyen olgun, kanıtlanmış bir teknoloji sunar. Süreç güvenilir metalurjik bağlar üretir, malzemeler yerleşik endüstri standartlarını karşılar ve operasyonel deneyim, deniz suyu hizmetinde-uzun vadeli dayanıklılığı doğrular. Tuzdan arındırma tesisi tasarımcıları ve operatörleri için titanyum-kaplı boru levhalar, sektörün kalıcı malzeme zorluklarından birine pratik bir çözüm temsil ediyor.
