Suolanpoiston suolaliuoksen lämmittimissä (moni{0}}vaiheinen salama) 120 asteessa ilmanpoistoliuoksella. Mikä seinämänpaksuus titaani Grade 2 estää vetyvaurion?

Monivaiheiset flash (MSF) suolanpoistolämmittimet toimivat 110–120 asteessa ilman poistetulla suolaliuoksella (liuenneella happella)<20 ppb). Deaeration is required to prevent corrosion of the carbon steel components, but it provides a reducing environment for titanium. The passive layer of titanium is less stable in high temperature chloride brine without oxygen and hydrogen can be absorbed from water reduction ( 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH − ) . Hydrogen absorption causes brittle hydride (TiH₂) formation, leading to hydrogen damage-cracking and embrittlement without significant wall weakening. In this article the minimal wall thickness to avoid hydrogen damage over a typical 10 years campaign of a desalination plant is established.

Vetyvaurion mekanismi suolavedessä, josta on poistettu ilma
Ilmastetussa suolavedessä happi pelkistyy titaanin pinnalla, mikä säilyttää potentiaalin jaloa ja estää vedyn kehittymisen. Ilmattomassa suolaliuoksessa (happi<20 ppb) the cathodic reaction is shifted to water reduction. Atomic hydrogen formed at the surface may permeate into the titanium lattice Hydrogen atoms concentrate in areas of tensile stress (welds, tube bends, inflated tube ends). Titanium hydride precipitates when the local concentration surpasses the solid solubility (about 150 ppm at 120°C). Hydride platelets are brittle and microcracking occurs. Such process results in crack propagation followed by tube perforation or fracture due to further hydrogen absorption.

Vedyn absorptionopeus riippuu lämpötilasta, suolaveden kemiasta ja titaanin pinnan tilasta. Absorboi vetyä MSF-suolaliuoksessa 120 asteessa (70 000-80 000 ppm Cl-, ilman ilmaa) 0,05-0,15 ppm/h Grade 2

Aika vetypitoisuuteen kriittinen
Alkuperäisestä vetytasosta 30{5}}50 ppm (hehkutettu aste 2) kriittisen 150 ppm:n kynnyksen saavuttamisen kesto on: tarvittava absorptio=100-120 ppm. Olettaen, että keskialueen absorptionopeus on 0,10 ppm/tunti, aika=100 / 0.10=1 000 tuntia. 0,15 ppm tunnissa, aika=100/0.15=667 tuntia.

Tällaiset lyhyet aikavälit (1-2 kuukautta) osoittavat, että luokka 2 haurastui nopeasti suolavedessä, josta on poistettu ilma 120 asteessa. Käytännössä MSF-suolavesilämmittimet käyttävät kuitenkin suolavettä, jossa on jäännöshappea (10-20 ppb), ja ne toimivat usein hieman hapettavissa olosuhteissa titaanin pinnalla kloramiinin tai muiden lisäaineiden vuoksi. Oikeissa kasveissa imeytymisnopeudet ovat alhaisemmat, 0,01-0,05 ppm tunnissa, joten kriittisen pitoisuuden saavuttamiseen kuluu 2 000-10 000 tuntia (3-12 kuukautta). Tämä on edelleen liian hidasta pitkäaikaiseen palveluun.

Lievennyksen seinämän paksuus
Seinämän paksuus ei ole este vedyn imeytymiselle. Vety diffundoituu titaaniin seinämän paksuudesta riippumatta. Paksummat seinät tarjoavat enemmän materiaalia, joka kestää hydridihalkeilua ennen rei'itystä. Kun hydridi on muodostunut, halkeamat kulkevat seinän läpi. Mitä paksumpi seinä, sitä kauemmin se halkeilee.

Luokassa 2 ilmastetussa suolavedessä 120 asteessa seinämän paksuuden ja vetyvaurion aiheuttaman rei'itysajan välinen yhteys (absorption alkamisen jälkeen) on kohtuullisen lineaarinen:

Seinän paksuus (mm) Hydridihalkeaman alkamisaika (kuukautta) Aika syttymisestä rei'itykseen (kkKokonaiskäyttöikä (kuukautta)
0,9 mm 3-6 1-2 4-8 1.2 mm 3-6 2-3 5-9 1.65 mm 3-6 3-5 6-11 2.0 mm 3-6 4-6 7-12
2,5 mm 3-6 5-8 8-14
Mikään seinämän paksuus ei anna 10 vuoden käyttöikää, koska vedyn absorptio ei pysähdy. Halkeilu alkaa kuukausien sisällä käytetystä paksuudesta riippumatta. Paksummat seinät viivästyttävät puhkeamista, mutta eivät estä vikaa.

Muut vaihtoehdot
Lisääntynyt seinämän paksuus ei anna pitkää käyttöikää, joten muita vaiheita tarvitaan:

Happi, jäännös: Liuenneen hapen tulee olla yli 50 ppb (alle 200 ppb hiiliteräksen korroosion rajoittamiseksi). Tämä tekee katodisesta reaktiosta hapen pelkistystä. Tämä estää vedyn kehittymisen.

Käytä klooriamiinia tai muita hapettimia: Lisää 0,5-2 ppm kloramiinia suolaliuokseen toimimaan katodisena hapettimena.

Päivitys luokkaan 7: Palladium (0,12-0,25 %) katalysoi hapen vähentämistä jopa erittäin alhaisilla happipitoisuuksilla ja estää vedyn imeytymistä. Grade 7 suolavedessä, josta on poistettu ilma, 120 asteessa imee vetyä<0.005 ppm per hour, providing 10+ year life.

* Katodisen suojauksen käännös: Kiinnitä titaani jalometalliin (platina tai kulta) potentiaalin siirtämiseksi hapen vähennysalueelle. Ei käytännöllinen MSF-lämmittimille.

MSF-suolavesilämmittimien sovellusmatriisi
Suolaliuoksen kunto Liuennut happi (ppb) Suositeltu titaanilaatuinen seinämän paksuus Odotettu käyttöikä
Ilmastoitu (tyypillinen MSF)<20 ppb Grade 7 1.2-1.65 mm 10-15 years
Ilmastoitu lisäämällä kloramiinia<20 ppb + 1 ppm ClO2- Grade 2 or Grade 7 1.65 mm 8-12 years (Grade 2)
Alhainen happipitoisuus (häiriötila) 20-50 ppb Luokka 2 2.0 mm 3-5 vuotta
Aerated (maintenance bypass) >200 ppb Luokka 2 1.65 mm 10+ vuotta (vaikka hiiliteräs syöpyy)
Luokan 2 titaani ei sovellu MSF-suolanpoiston suolaliuoksen lämmittimiin 120 asteessa ilmanpoistetulla suolaliuoksella (happi)<20 ppb) regardless of wall thickness. Hydride cracking 6-12 months; perforation 6-14 months depending on wall thickness due to hydrogen absorption. This service requires grade 7 titanium (Ti-0.15Pd). Standard 1.2-1.65 mm wall gives 10-15 year life. The higher cost of Grade 7 is offset by the lack of hydrogen damage. If Grade 2 must be used (e.g., existing plant), keep dissolved oxygen above 50 ppb or add chloramine to suppress hydrogen evolution. Specify seamless tubing for new MSF plants, pickled finish, Grade 7. "Don't just use wall thickness as a shield against hydrogen damage in deaerated high temperature brine. Perform annual hydrogen monitoring using sacrificial Grade 2 coupon analysis for hydrogen content and replace heaters if the hydrogen content exceeds 100 ppm (below the critical threshold of 150 ppm) to avoid an unexpected failure.