Meriveden suolanpoisto asettaa poikkeuksellisia vaatimuksia lämmönvaihtolaitteille. Korkeiden kloridipitoisuuksien, kohonneiden käyttölämpötilojen ja jatkuvan virtauksen yhdistelmä luo ympäristön, jossa perinteiset materiaalit hajoavat nopeasti. Titaani kestää poikkeuksellisen hyvin meriveden ja kloridin -aiheuttamaa korroosiota, mutta kiinteät titaaniputkilevyt ovat edelleen kohtuuttoman kalliita suurissa-suolanpoistolaitoksissa. Tämä taloudellinen rajoitus on ajanut alan kohti eleganttia ratkaisua: titaani-pinnoitettuja teräsputkilevyjä, jotka on valmistettu räjähdysmäisellä hitsauksella.
- Korroosiohaaste suolanpoistolämmönvaihtimissa
Suolanpoistolaitokset, olivatpa ne sitten monivaiheisia flash- (MSF), monivaikutteisia tislauksia (MED) tai käänteisosmoosiprosesseja (RO), käyttävät laajalti kuori-ja -putkilämmönvaihtimia. Nämä yksiköt käsittelevät suolaliuosta korkeissa lämpötiloissa ja altistavat putkilevyt jatkuvalle kloridi-ionien hyökkäykselle. Titaani ja sen seokset kestävät erinomaisesti merivettä, kloridiliuoksia ja nesteen eroosio--ominaisuuksia, mikä tekee niistä metallin valinta rannikko- ja murtovesijäähdytteisissä järjestelmissä. Metalli muodostaa luonnollisesti tiheän, vakaan oksidikalvon joutuessaan alttiiksi hapettavalle ympäristölle, mikä suojaa ruostumattomia teräksiä ja kupariseoksia suolaliuoksessa käytettäessä pistekorroosiota ja rakohyökkäystä vastaan.
Esteenä on aina ollut hinta. Titaani on kallista, ja koko putkilevyn valmistaminen kiinteästä titaanista käyttää laitteita, jotka ylittävät käytännön rajat suurissa suolanpoistolaitteistoissa. Täällä verhotut materiaalit tulevat kuvaan.
Räjähtävä hitsaus
Räjähdyshitsaus, joka tunnetaan myös nimellä räjähdyspinnoitus, on edelleen hallitseva teollinen menetelmä titaanikomposiittilevyjen valmistuksessa. Prosessi käyttää kontrolloituja räjähdyksiä titaaniverhoilulevyn kiihdyttämiseen teräsalustaa kohti suurella nopeudella. Iskupaine muodostaa metallurgisen sidoksen kahden erilaisen metallin välille ympäristön lämpötiloissa -kiinteän olomuodon-hitsausprosessin, jolla vältetään sulatushitsaukseen liittyvät rajapinnat ja lämpövääristymät.
Tuloksena olevalla rajapinnalla on tyypillinen aaltoileva morfologia, onnistuneen räjähdysainehitsauksen tunnusmerkki. Tämä jaksollinen aaltorakenne, jonka aallonpituudet ja amplitudit ovat tyypillisesti mitattavissa sadoissa mikroneissa, johtuu muovisista leikkausaalloista ja voimakkaasta paikallisesta sekoituksesta räjähdystapahtuman aikana. Aaltorajapinta tarjoaa erinomaisen mekaanisen lukituksen ja sidoslujuuden litteisiin rajapintoihin verrattuna dokumentoidun leikkauslujuuden ollessa 150–200 MPa. Joissakin sovelluksissa rajapinnan leikkauslujuus ylittää 210 MPa.
Putkilevyjen valmistus ja suorituskyky
Räjähtävällä hitsauksella valmistetuissa titaani-päällystetyissä putkilevyissä on yhdistetty titaanikerros-tyypillisesti luokan 1 tai 2 kaupallisesti puhdasta titaania-hiiliterästaustan kanssa, kuten SA516 Gr.70 tai Q345R. Titaanikerroksen paksuus on yleensä 3–8 mm, mikä tarjoaa runsaasti korroosionsuojaa pitkäkestoiselle merivedelle altistumiselle. Terässubstraatti tarjoaa rakenteellisen lujuuden ja jäykkyyden, jota tarvitaan tukemaan putkinippuja ja kestämään painekuormituksia, kun taas titaanipäällyste käsittelee syövyttävää suolaliuosympäristöä.
Metallurginen sidos kahden kerroksen välillä on kiinteä ja jatkuva, ja se täyttää ASTM B898:n vaatimukset, joka on paineastioiden käyttöön tarkoitetun reaktiivisen ja tulenkestävän metallipäällysteisen levyn standardispesifikaatio. Sataprosenttinen ultraäänitarkastus varmistaa liitoksen eheyden, ja pätevyysstandardit edellyttävät tyypillisesti 98 %:n tai korkeampaa sidosprosenttia.
Titaani{0}}päällystettyjen putkilevyjen taloudellinen peruste on vakuuttava. Verrattuna kiinteään titaaniin verhottu rakenne vähentää materiaalikustannuksia 35-50 prosenttia. Joidenkin arvioiden mukaan säästöt ovat noin 40 prosenttia säilyttäen samalla vastaavan korroosionkestävyyden. Tämän kustannustehokkuuden ansiosta titaanin ylivoimainen meriveden korroosionkestävyys on käytettävissä suurissa-suolanpoistoprojekteissa, joissa kiinteä titaani olisi taloudellisesti epäkäytännöllistä.
Valmistus vaatii huolellista huomiota yksityiskohtiin. Putken reikien poraus päällystetyissä levyissä vaatii kovametalli-kärkityökaluja, joiden leikkausnopeus pidetään välillä 15–20 m/min titaanikerroksen delaminoitumisen estämiseksi. Putken-putkeen-levyhitsauksessa on käytettävä inerttikaasusuojausta-tyypillisesti argonilla-, jonka virrat ovat alueella 90–110 A rajapinnan hapettumisen välttämiseksi. Suunnittelulämpötilan tulee pysyä 300 asteessa tai sen alapuolella vedyn haurastumiseen liittyvien riskien vähentämiseksi. Siirtymäliitokset titaanipäällysteisten putkilevyjen ja teräsputkien välillä tehdään yleensä käyttämällä titaani{14}}teräksisiä siirtymäkappaleita.
Kenttäkokemukset räjähdysherkistä-hitsatuista titaani-päällysteisistä putkilevyistä suolanpoistopalveluissa ovat olleet myönteisiä. Meriveden suolanpoistolaitosten suorituskykytestaukset osoittavat jatkuvan lämpötehokkuuden ylläpidon myös korkean suolapitoisuuden{3}}ympäristöissä. Titaanipäällyste säilyttää passiivisen oksidikalvonsa eheyden lämpökiertoolosuhteissa dokumentoidun suorituskyvyn ollessa lämpötila-alueella -40 - 300 astetta. Pitkäaikaiset altistustutkimukset meriympäristöissä osoittavat käytännössä mitään mitattavissa olevaa korroosiota vuosikymmenen jatkuvan käytön jälkeen.
Titaani{0}}pinnoitettujen putkilevyjen valmistus suolanpoistosovelluksiin noudattaa vakiintuneita standardeja, mukaan lukien ASTM B898 ja kiinalainen standardi NB/T 47002.3. Laadunvarmistusprotokollat käsittävät sidosrajapinnan ultraäänitestauksen, leikkauslujuuden mekaanisen testauksen ja putken reikäkuvioiden mittatarkastuksen. Nämä standardit varmistavat, että päällystetyt putkilevyt täyttävät samat suorituskykyvaatimukset kuin kiinteä titaani paineastioiden käytössä.
Kun meriveden suolanpoistokapasiteetti laajenee maailmanlaajuisesti, kustannustehokkaiden-korroosiota-kestävien lämmönvaihtokomponenttien kysyntä kasvaa vastaavasti. Titaani-pinnoitettujen teräsputkilevyjen räjähdysmäinen hitsaus tarjoaa kehittyneen, hyväksi havaitun teknologian, joka tasapainottaa korroosion suorituskykyä pääomakustannuksia vastaan. Prosessi tuottaa luotettavia metallurgisia sidoksia, materiaalit täyttävät vakiintuneet alan standardit, ja käyttökokemus vahvistaa pitkän{5}}kestävyyden merivesipalveluissa. Suolanpoistolaitosten suunnittelijoille ja käyttäjille titaani-päällysteiset putkilevyt ovat käytännöllinen ratkaisu yhteen alan kestävistä materiaalihaasteista.
