Токови процеса који садрже морску воду и хлорид{0}} су озлоглашени по томе што изазивају корозију удубљења и пукотина у измењивачима топлоте од нерђајућег челика. Титанијум је постао стандардни метални материјал за ове услуге због своје потпуне отпорности на напад хлорида до умерених температура. У морским и обалним апликацијама, као и хемијским процесима који укључују хлориде,титанијум измењивач топлоте морска вода хлорид сервискомбинација нуди неупоредиву поузданост и дуг радни век.
Изазов корозије: хлориди и нерђајући челик
Аустенитни нерђајући челици (304, 316) се ослањају на пасивни филм хром оксида за отпорност на корозију. Хлоридни јони, међутим, могу локално да пробију овај филм, што доводи до корозије удубљења-мале, дубоке шупљине које брзо продиру. У пукотинама (испод заптивки, наслага или спојева цеви-на-лимова цеви), концентрација хлорида и недостатак кисеоника убрзавају корозију у пукотинама. Чак и легуре високих{8}}напона као што су супер дуплекс нерђајући челици или легуре никла (Хастеллои, Инцонел) могу да претрпе пуцање изазвано хлоридом-од корозије под напоном (СЦЦ) под одређеним условима, посебно на повишеним температурама.
Морска вода, са садржајем хлорида од око 19.000 ппм, посебно је агресивна. За измењиваче топлоте који се користе у обалним електранама, постројењима за десалинизацију, платформама на мору и системима за хлађење мора, материјал који је имун на напад хлорида је од суштинског значаја.
Механизам корозије титанијума: стабилни оксидни слој
Титанијум има изузетну отпорност на корозију од чврстог, природно формирајућег оксидног филма (првенствено ТиО₂). Овај филм је термодинамички стабилан у оксидирајућим срединама и, што је најважније, непропусн је за хлоридне јоне. За разлику од филма од хром-оксида на нерђајућем челику, титанијум оксид се не разлаже у присуству хлорида. Такође је-самолечи: ако је механички оштећен, филм се тренутно реформише у присуству кисеоника или воде.
Резултат је потпуна отпорност на хлоридну корозију, корозију у пукотинама и пуцање корозије под напоном у морској води и већини раствора који садрже хлорид{0}} до температурних граница. Овај учинак се протеже на природну морску воду, загађену морску воду, растворе соли и оксидирајућа једињења хлорида као што су влажни хлор, хлор диоксид и хипохлорит.
Предности титанијума за услуге морске воде и хлорида
Неограничен живот у морској води
Титанијум Граде 2 (комерцијално чист) обезбеђује неограничен радни век у природној и загађеној морској води на температурама до приближно 80 степени (176 степени Ф). Не долази до мерљиве корозије, удубљења или напада пукотина. Многи титанијумски измењивачи топлоте су у непрекидној употреби морске воде више од 30 година без отказа. За више температуре (до 100 степени или више), титанијум Граде 7 (са 0,12–0,25% паладијума) проширује безбедан радни опсег побољшавајући стабилност оксидног филма у условима смањења.
Отпорност на оксидирајуће хлориде
Титанијум је материјал избора за руковање влажним гасом хлора, хлор диоксидом, растворима хипохлорита и хлорисаним растворима соли. Ова окружења су веома корозивна за већину метала, укључујући нерђајући челик и многе легуре никла. Филм оксида титанијума остаје стабилан чак иу присуству слободног хлора и хипохлорне киселине.
Висока чврстоћа-од-однос тежине
Титанијум има густину од приближно 4,5 г/цм³-око 56% густине челика или легура никла (8,0–8,9 г/цм³). Његова затезна чврстоћа (Град 2: принос ~345 МПа, крајњи ~485 МПа) је упоредива са нерђајућим челиком 316. Ова комбинација даје изузетан однос снаге{11}и-тежине. Лакши снопови цеви измењивача топлоте захтевају мање структуралне подршке, смањују оптерећење темеља и лакше се инсталирају у приобалним или морским окружењима.
Добра топлотна проводљивост
Иако није тако проводљив као бакар или алуминијум, топлотна проводљивост титанијума (приближно 16–21 В/м·К) је знатно већа од флуорополимера (0,25 В/м·К) и упоредива са неким нерђајућим челицима. Титанијумске цеви-танких зидова (обично 0,5–0,7 мм дебљине зида) обезбеђују ефикасан пренос топлоте уз одржавање интегритета притиска.
Ограничења титанијума
Титанијум није универзално{0}}отпоран на корозију. Нападају га:
Редукционе киселине: Хлороводонична киселина, сумпорна киселина и фосфорна киселина у одсуству оксидирајућих врста. Оксидни филм се раствара у овим срединама. Међутим, мале количине оксидирајућих јона (гвоздена, бакрена или азотна киселина) или легирање паладијумом (степен 7) могу да поврате пасивност.
Флуороводонична киселина: Чак и ХФ у траговима изазивају брз напад.
Анхидровани хлор: Суви хлорни гас може запалити титанијум. За одржавање оксидног филма потребна је влага.
Високо{0}}каустична решења: Изнад приближно 100 степени, концентроване алкалије могу изазвати корозију.
У употреби морске воде, максимална стална температура за титанијум степена 2 је типично ограничена на 80–100 степени због ризика од корозије у пукотинама под одређеним условима (нпр. чврсте пукотине са устајалом морском водом). За више температуре специфицирани су разред 7 или друге легуре титанијума.
Трошкови су још једно разматрање. Титанијум је скупљи од нерђајућег челика или легура бакра, обично 5-10 пута већи од цене нерђајућег челика 316 на основу тежине. Међутим, знатно је јефтинији од легура никла (Хастеллои, Инцонел) или егзотичних метала попут тантала. Када се узму у обзир укупни трошкови{6}}животног циклуса-укључујући одржавање, застоје и замену-титанијум се често показује економичним у употреби морске воде.
Уобичајени типови титанијума за сервис размењивача топлоте
| Оцена | Композиција | Кључне карактеристике | Типичне апликације |
|---|---|---|---|
| 2. разред | Комерцијално чист (99,2% Ти) | Одлична отпорност на корозију у морској води до 80 степени; добра чврстоћа и способност обликовања | Већина измењивача топлоте, кондензатора, испаривача{0}}хлађених морском водом |
| 7. разред | Ти + 0.12–0,25% Пд | Повећана отпорност на редукујуће киселине; способност веће температуре морске воде (до 100 степени +) | Хемијски процесни размењивачи топлоте, услуге саламура са вишим{0}температурама |
| 12. разред | Ти + 0.3% Мо + 0.8% Ни | Побољшана отпорност на смањење киселине и{0}}корозију на високим температурама | Измењивачи са омотачем-и-у агресивним хемијским окружењима |
Примене у површинској обради и хемијској обради
У индустрији завршне обраде, титанијумски измењивачи топлоте се користе за:
Грејање/хлађење купатила са галванизацијом: Многа решења за облагање садрже хлориде (нпр. никл хлорид, цинк хлорид) или раде на повишеним температурама где би се нерђајући челик разбио. Титанијумски урањајући калемови и измењивачи омотача-и-цеви обезбеђују дуг радни век.
Анодизација и гравирање: Алуминијумске купке за елоксирање често садрже сумпорну или хромну киселину са хлоридним загађивачима; титанијум је отпоран на обоје.
ПЦБ и завршна обрада метала: Раствори за нагризање бакар-хлоридом или гвожђем хлоридом су веома агресивни; титанијум је стандардни материјал за размену топлоте у овим круговима.
У хемијској преради, титанијумски измењивачи топлоте су специфицирани за:
Постројења за десалинизацију: Вишестепени предтретман (МСФ) и реверзна осмоза (РО) захтевају загревање и хлађење морске воде.
Производња хлор{0}}алкалија: Руковање влажним хлором, натријум хипохлоритом и хлорисаним раствором соли.
Нафта и гас на мору: Хлађење морском водом процесних токова и комуналних система.
Табела поређења: Титан у односу на друге материјале за услуге морске воде/хлорида
| Материјал | Отпорност на морску воду (до 80 степени) | Отпорност на таложење хлорида | Отпорност на корозију | Отпорност на пуцање од напонске корозије (СЦЦ). | Релативни трошак (1=најнижи) | Типичан радни век у морској води |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Нерђајући челик 316Л | Лоше (јаме у року од неколико месеци) | Ниско | Ниско | Умерено (подложно) | 1 | Месеци до 2 године |
| Супер дуплекс (УНС С32750) | Добро (ограничено на ~40 степени) | Умерено | Умерено | Добро (али могуће) | 2–3 | 5–10 година |
| бакар{0}никл (90/10) | Добро (али трпи ерозију{0}}корозију) | Умерено (јаме у загађеној морској води) | Ниско | Није применљиво | 1.5–2 | 5–15 година |
| Хастеллои Ц-276 | Одлично (али скупо) | Високо | Високо | Одлично | 8–12 | >20 година |
| Титанијум 2 | Одличан (имун) | Одличан (имун) | Одлично (до 80 степени) | Одличан (имун) | 5–8 | >30 година |
| Титанијум 7 | Одлично (до 100 степени +) | Одлично | Одлично (на вишим температурама) | Одлично | 7–10 | >30 година |
Напомена: Вишеструки трошкови су приближни и варирају у зависности од тржишних услова и конфигурације измењивача.
Разматрање дизајна титанијумских измењивача топлоте
Успешно коришћење титанијумских измењивача топлоте захтева пажњу на неколико детаља дизајна:
Избегавање пукотина: While titanium resists crevice corrosion up to its temperature limits, deep or stagnant crevices at high temperatures (>80 степени за степен 2) може покренути напад. Препоручују се-завари са пуним продором, без-заптивке{5}}на- спојеви цеви (нпр. проширени и заптивни-заварени) и избегавање уских пукотина.
Галванска компатибилност: Титанијум је катодан за већину уобичајених метала. Када се споје са мање племенитим металима (челик, бакар, алуминијум) у морској води, долази до галванске корозије ових последњих. Потребна је изолација или избор компатибилног материјала.
Водонично крхкост: Титан апсорбује водоник на повишеним температурама под катодним условима (нпр. ако је спојен са више анодним металом или у средини са смањеном киселином). Сакупљање водоника може изазвати крхкост. Правилан дизајн система избегава такве услове.
Контрола загађивања: Титанијумова глатка површина отпорна је на биообраштање, али и даље може доћи до раста мора. Хлоровање или друге мере против обрастања су компатибилне са титанијумом.
Закључак
Титанијум је врхунски метални материјал за измењиваче топлоте морске воде и хлорида, који нуди јединствену комбинацију отпорности на корозију и механичке робусности. Његова отпорност на удубљење, корозију у пукотинама и пуцање корозије под напоном у хлоридним срединама је без премца међу исплативим инжењерским металима. Иако је почетни трошак материјала већи од цене нерђајућег челика или легура бакра, продужени радни век-који често прелази 30 година-и минимално одржавање чине титанијум веома економичним током животног циклуса. Избор материјала мора узети у обзир специфичну концентрацију хлорида и температуру; за већину апликација за морску воду и слану воду испод 80 степени, титанијум Граде 2 пружа неограничену услугу. За више температуре или агресивније услове, титанијум Граде 7 или друге легуре проширују опсег перформанси. У површинској обради и хемијској обради, где су поузданост и време непрекидног рада најважнији,титанијум измењивач топлоте морска вода хлорид сервискомбинација остаје златни стандард.
