التيتانيوم هو أفضل مادة للمبادلات الحرارية لمعدات تحلية مياه البحر

1.حالة من التيتانيوم للمبادل الحراري

في منتصف العقد الأول من القرن العشرين، استخدمت جميع المبادلات الحرارية لمعدات التبخير الذاتي متعددة المراحل التي تنتج 1.5 مليون جالون/يوم في محطة تحلية المياه في سانت كروا في جزر فيرجن أنابيب التيتانيوم، وبالتالي التغلب على وجود المبادلات الحرارية المصنوعة من سبائك النحاس. التآكل والعديد من المشاكل الأخرى؛

في سبعينيات القرن العشرين، استخدمت مصانع مثل سانت كروا والجبيل 5.7 مليون متر من أنابيب التيتانيوم الملحومة ذات الجدار الرقيق، ووصلت درجة الحرارة القصوى لسخان مياه البحر إلى 140 درجة. وتشير الإحصائيات إلى أنه في عام 1995، تم استخدام أكثر من 14 مليون متر (4250 طنًا) من أنابيب التيتانيوم في معدات تحلية مياه البحر في جميع أنحاء العالم. وتشمل الأجهزة المصنعة المبخرات والمكثفات ومكثفات مضخة الهواء النفاثة والمبادلات الحرارية الأخرى.

2. مقاومة التآكل للتيتانيوم

كما نعلم جميعًا، في الوسائط العدوانية، يتمتع فيلم ثاني أكسيد التيتانيوم المستقر المتشكل على سطح التيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل. يُظهر الفيلم الرقيق المتشكل على اللحام أو المصفوفة نفس التآكل بغض النظر عما إذا كان في منطقة اللحام أو التمدد الحراري. إذا تعرض فيلم الأكسيد على التيتانيوم للتلف، فسيتم إصلاحه مباشرة بالرطوبة أو الماء البارد.

بالنسبة لمختلف أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن التآكل الناتج عن التجويف هو مشكلة قديمة يصعب حلها؛ ولا يتأثر التيتانيوم بالتآكل الناتج عن التجويف فحسب، بل يتمتع أيضًا بمقاومة للتآكل الميكروبي. مما لا شك فيه أن هذه الخاصية التي يتسم بها التيتانيوم مهمة جدًا بالنسبة للمبادلات الحرارية وغيرها من المعدات في محطات تحلية مياه البحر. يمكن أن تلبي أنابيب التيتانيوم بعض متطلبات الأداء الميكانيكي بسمك جدارها الأدنى، وهي تستخدم في طرق متساوية الحرارة. كما أنها جيدة جدًا.

تحت تأثير تآكل التجويف، يتسبب الماء المتدفق في تلف أنبوب المبادل الحراري، والذي في بعض الحالات يسبب مشاكل طويلة الأمد للمشغل، وخاصة عند استخدام أنابيب سبائك النحاس والنيكل. عندما لا تتجاوز سرعة تدفق مياه البحر 30 مترًا في الثانية، فإن استخدام أنابيب التيتانيوم لحل هذه المشكلة يمكن أن يحقق نتائج مرضية. بالمقارنة مع المعادن والسبائك الأخرى، فإن وجود الرمل والمواد المسحوقة الأخرى له تأثير صغير نسبيًا على تآكل التيتانيوم. الأرقام المحددة هي كما يلي:

بالإضافة إلى ذلك، أثبتت الحقائق أن التيتانيوم الصناعي النقي مثل Gr1 و Gr2 يتمتع بمقاومة خاصة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في المياه الطبيعية ومياه البحر والكلوريدات المختلفة.

في معدات تحلية مياه البحر المصنوعة من التيتانيوم بمعدل تدفق مياه البحر 3 م/ث-5 م/ث، تكون ظاهرة التلوث البيولوجي هي الأقل، ومعامل التلوث للمبادل الحراري المصنوع من التيتانيوم حوالي 0.99-0.95. بالنسبة لمكثف محطة الطاقة، فإن عامل الاحتفاظ والنظافة للتيتانيوم هو 0.90، بينما يكون عامل سبيكة النحاس 0.85. تظهر نتائج الاختبارات التي أجريت في بيئات مختلفة أنه من المعقول استخدام عامل نظافة يصل إلى 0.97. وقد وجد أنه في المياه الساكنة أو البطيئة الحركة، ستظهر طبقة تلوث بيولوجي على سطح التيتانيوم؛ ومع ذلك، على عكس بعض السبائك التقليدية الأخرى المقاومة للتآكل، يحافظ التيتانيوم على سلامة طبقة فيلم الأكسيد، مما يجعلها في الأساس غير تالفة بسبب التآكل؛ ومن المهم بشكل خاص أن يتمتع فيلم الأكسيد هذا بالقدرة على مقاومة التصاق الرواسب، وبالتالي تقليل صعوبة التنظيف.

3- مواد التيتانيوم الشائعة

من حيث أنواع المواد، فإن التيتانيوم النقي الصناعي الأكثر استخدامًا هو ASTM Grade2. يستخدم سخان مياه البحر ذو درجة الحرارة الأعلى الدرجة 7 أو الدرجة 12. تتمتع الدرجة 16 (Ti-0.5% Pd) بمقاومة أعلى للتآكل، لكن تكلفتها باهظة الثمن.

أثبتت الممارسة أن تكوينات معدات تحلية مياه البحر المختلفة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على التحكم في تآكل الشقوق والتآكل الجلفاني. يستخدم الجهاز تدفق المياه المتوازي أو الطولي. يتطلب هذا التصميم أنبوبًا طويلًا (أكثر من 15 مترًا). تصل درجة حرارة مياه البحر إلى 130 درجة. مادة أنبوب التيتانيوم المستخدمة هي Gr7 أو Gr12 أو Gr16. على العكس من ذلك، فإن معدات التدفق الأفقي فقط في جزء التسخين (أو) أقسام التبخر الثانية والثالثة في المقدمة عبارة عن أنابيب تيتانيوم ذات مقاومة أعلى للتآكل. بالإضافة إلى ذلك، لا يتطلب التيتانيوم نفسه استخدام إضافات أو طلاءات أو أنودات تضحية أو حماية كاثودية للتيار المطبق للحماية من التآكل. في المبادل الحراري المعدني المختلط من نوع الأنبوب أو خزان المياه، هناك حاجة إلى مواد ذات مقاومة أضعف للتآكل.

4- مميزات التيتانيوم للمبادل الحراري:

أثبتت الحقائق أنه بالمقارنة مع هيكل المبادل الحراري التقليدي، فإن المبادل الحراري المصنوع من التيتانيوم المعالج مسبقًا يتمتع بمزايا بارزة. فهو يقلل من الوقت الذي تظل فيه المعدات في حالة ركود وانقطاع العمل، بل ويخلق معجزات غير متوقعة. يمكن تصميم المبادل الحراري المصنوع من التيتانيوم بحرية في مجموعة أو مجموعة، وبالتالي الحد من الاهتزاز أو حتى تقليله وتعزيز تحسين الأداء الحراري. يجعل هيكل الأنبوب والصفائح الداعمة الجديد من الممكن استخدام أنابيب التيتانيوم ذات الجدران الرقيقة. ونتيجة لذلك، تكون كفاءة نقل الحرارة أعلى، والتكلفة أقل، والتآكل الجلفاني محدودًا. هناك تقارير تفيد بأنه بعد استخدام مكثفات التيتانيوم، زادت إنتاجية صناعة الطاقة بنحو 3%-4%.

الوسم :