Процесните потоци,-съдържащи морска вода и хлорид, са известни с това, че причиняват точкова и цепнатина корозия в топлообменници от неръждаема стомана. Титанът се е превърнал в стандартен метален материал за тези услуги поради пълната си устойчивост на хлоридна атака до умерени температури. В морски и крайбрежни приложения, както и в химични процеси, включващи хлориди,титанов топлообменник морска вода хлорид услугакомбинацията предлага несравнима надеждност и дълъг експлоатационен живот.
Предизвикателството на корозията: хлориди и неръждаема стомана
Аустенитните неръждаеми стомани (304, 316) разчитат на пасивен филм от хромен оксид за устойчивост на корозия. Хлоридните йони обаче могат локално да нарушат този филм, което води до точкова корозия-малки, дълбоки кухини, които проникват бързо. В пукнатини (под уплътнения, отлагания или съединения на тръба-към-тръбна плоча) концентрацията на хлорид и изчерпването на кислорода ускоряват корозията на цепнатините. Дори сплави с висока-производителност като супердуплексни неръждаеми стомани или никелови сплави (Hastelloy, Inconel) могат да претърпят -индуцирано от хлорид корозионно напукване (SCC) при определени условия, особено при повишени температури.
Морската вода, с приблизително 19 000 ppm съдържание на хлорид, е особено агресивна. За топлообменници, използвани в крайбрежни електроцентрали, съоръжения за обезсоляване, офшорни платформи и морски охладителни системи, материалът, който е имунизиран срещу атака на хлорид, е от съществено значение.
Корозионният механизъм на титана: Стабилният оксиден слой
Титанът получава своята изключителна устойчивост на корозия от устойчив, естествено образуващ се оксиден филм (основно TiO₂). Този филм е термодинамично стабилен в окислителни среди и, най-важното, е непроницаем за хлоридни йони. За разлика от филма от хромен оксид върху неръждаема стомана, титановият оксид не се разпада в присъствието на хлориди. Също така е само-възстановяващ се: ако е механично повреден, филмът се преформира моментално в присъствието на кислород или вода.
Резултатът е пълен имунитет към хлоридна питинг, корозия в пукнатини и корозионно напукване при напрежение в морска вода и повечето хлорид{0}}съдържащи разтвори до температурни граници. Това представяне се простира до естествена морска вода, замърсена морска вода, солен разтвор и окисляващи хлоридни съединения като мокър хлор, хлорен диоксид и хипохлорити.
Предимства на титана за обслужване на морска вода и хлорид
Неограничен живот в морска вода
Титан клас 2 (търговски чист) осигурява неограничен експлоатационен живот в естествена и замърсена морска вода при температури до приблизително 80 градуса (176 градуса F). Не се получава измерима корозия, хлътване или цепнатина. Много титаниеви топлообменници са били в непрекъсната работа с морска вода повече от 30 години без повреда. За по-високи температури (до 100 градуса или повече), титан клас 7 (с 0,12–0,25% паладий) разширява безопасния работен диапазон чрез повишаване на стабилността на оксидния филм при редуциращи условия.
Устойчивост на оксидиращи хлориди
Титанът е избраният материал за работа с мокър хлорен газ, хлорен диоксид, хипохлоритни разтвори и хлорирани солеви разтвори. Тези среди са силно корозивни за повечето метали, включително неръждаеми стомани и много никелови сплави. Титановият оксиден филм остава стабилен дори в присъствието на свободен хлор и хипохлорна киселина.
Високо съотношение-към-тегло
Титанът има плътност от приблизително 4,5 g/cm³-около 56% от тази на стоманата или никелови сплави (8,0–8,9 g/cm³). Неговата якост на опън (клас 2: ~345 MPa добив, ~485 MPa крайна) е сравнима с 316 неръждаема стомана. Тази комбинация дава изключително съотношение-към-тегло. По-леките топлообменни тръбни снопове изискват по-малко структурна опора, намаляват натоварването на фундамента и са по-лесни за инсталиране в офшорна или морска среда.
Добра топлопроводимост
Въпреки че не е толкова проводим като медта или алуминия, топлопроводимостта на титана (приблизително 16–21 W/m·K) е значително по-висока от флуорополимерите (0,25 W/m·K) и сравнима с някои неръждаеми стомани. Тънкостенни-титаниеви тръби (обикновено с дебелина на стената 0,5–0,7 mm) осигуряват ефективен топлопренос, като същевременно поддържат целостта на налягането.
Ограничения на Titanium
Титанът не е универсално{0}}устойчив на корозия. Атакуван е от:
Редуциращи киселини: Солна киселина, сярна киселина и фосфорна киселина в отсъствието на окислителни видове. Оксидният филм се разтваря в тези среди. Въпреки това, малки количества окислителни йони (желязна, медна или азотна киселина) или сплав с паладий (клас 7) могат да възстановят пасивността.
Флуороводородна киселина: Дори следи от HF причиняват бърза атака.
Безводен хлор: Сухият хлорен газ може да запали титан. Необходима е влага за поддържане на оксидния филм.
Високо{0}}температурни каустични разтвори: Над приблизително 100 градуса, концентрирани основи могат да причинят корозия.
При работа с морска вода максималната постоянна температура за титан от клас 2 обикновено е ограничена до 80–100 градуса поради риска от корозия на пукнатини при определени условия (напр. тесни пукнатини със застояла морска вода). За по-високи температури се препоръчва клас 7 или други титанови сплави.
Цената е друго съображение. Титанът е по-скъп от неръждаема стомана или медни сплави, обикновено 5-10 пъти цената на неръждаема стомана 316 на база тегло. Въпреки това, той е значително по-евтин от никелови сплави (Hastelloy, Inconel) или екзотични метали като тантал. Когато се вземат предвид общите-разходи за жизнения цикъл-включително поддръжка, престой и подмяна-титанът често се оказва икономичен при обслужване с морска вода.
Общи класове титан за обслужване на топлообменници
| Степен | Състав | Ключови характеристики | Типични приложения |
|---|---|---|---|
| 2 клас | Търговски чист (99,2% Ti) | Отлична устойчивост на корозия в морска вода до 80 градуса; добра якост и формоспособност | Повечето топлообменници, кондензатори, изпарители-охлаждани с морска вода |
| 7 клас | Ti + 0.12–0,25% Pd | Повишена устойчивост на редуциращи киселини; по-висока температура на морската вода (до 100 градуса +) | Топлообменници за химически процеси, услуга за-солен разтвор с по-висока температура |
| 12 клас | Ti + 0.3% Mo + 0.8% Ni | Подобрена устойчивост на редуциращи киселини и високо{0}}температурна корозия | Кожухотрубни-и-обменници в агресивни химически среди |
Приложения в повърхностната обработка и химическата обработка
В промишлеността за обработка на повърхности титановите топлообменници се използват за:
Отопление/охлаждане на галванична вана: Много разтвори за покритие съдържат хлориди (напр. никелов хлорид, цинков хлорид) или работят при повишени температури, при които неръждаемата стомана може да се разпадне. Титаниеви потопяеми намотки и кожух-и-тръбни обменници осигуряват дълъг експлоатационен живот.
Анодиране и ецване: Ваните за анодиране на алуминий често съдържат сярна или хромна киселина с хлоридни замърсители; титанът издържа и на двете.
PCB и метални довършителни работи: Разтворите за ецване с меден хлорид или железен хлорид са силно агресивни; титанът е стандартният материал за топлообмен в тези вериги.
При химическата обработка титановите топлообменници са предназначени за:
Инсталации за обезсоляване: Много{0}}етапната флаш (MSF) и предварителната обработка с обратна осмоза (RO) изискват нагряване и охлаждане на морска вода.
Производство на хлор{0}}алкали: Работа с мокър хлор, натриев хипохлорит и хлорирана саламура.
Офшорни нефт и газ: Охлаждане с морска вода на технологични потоци и комунални системи.
Сравнителна таблица: Титан спрямо други материали за обслужване с морска вода/хлорид
| Материал | Устойчивост на морска вода (до 80 градуса) | Устойчивост на хл | Устойчивост на корозия в процепа | Устойчивост на корозионно напукване (SCC). | Относителна цена (1=най-ниска) | Типичен експлоатационен живот в морска вода |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Неръждаема стомана 316L | Лошо (изчезва в рамките на месеци) | ниско | ниско | Умерено (чувствителен) | 1 | Месеци до 2 години |
| Супер дуплекс (UNS S32750) | Добър (ограничен до ~40 градуса) | Умерен | Умерен | Добре (но възможно) | 2–3 | 5–10 години |
| Мед-никел (90/10) | Добър (но страда от ерозия-корозия) | Умерено (ями в замърсена морска вода) | ниско | Не е приложимо | 1.5–2 | 5–15 години |
| Hastelloy C-276 | Отлично (но скъпо) | високо | високо | Отлично | 8–12 | >20 години |
| Титан клас 2 | Отличен (имунен) | Отличен (имунен) | Отличен (до 80 градуса) | Отличен (имунен) | 5–8 | >30 години |
| Титан клас 7 | Отличен (до 100 градуса +) | Отлично | Отличен (до по-високи температури) | Отлично | 7–10 | >30 години |
Забележка: Множителите на разходите са приблизителни и варират в зависимост от пазарните условия и конфигурацията на обменника.
Съображения за проектиране на титаниеви топлообменници
Успешното внедряване на титаниеви топлообменници изисква внимание към няколко конструктивни детайла:
Избягване на пукнатини: While titanium resists crevice corrosion up to its temperature limits, deep or stagnant crevices at high temperatures (>80 градуса за степен 2) може да започне атака. Препоръчват се -заварки с пълно проникване, не-уплътнени съединения на тръба-към-тръбна плоча (напр. разширено и уплътнено-заваряване) и избягване на тесни пукнатини.
Галванична съвместимост: Титанът е катоден за повечето често срещани метали. При свързване с по-малко благородни метали (стомана, мед, алуминий) в морска вода възниква галванична корозия на последната. Необходима е изолация или избор на съвместим материал.
Водородна крехкост: Титанът абсорбира водород при повишени температури при катодни условия (напр. ако е свързан с по-аноден метал или в редуцираща киселинна среда). Поемането на водород може да причини крехкост. Правилният дизайн на системата избягва подобни условия.
Контрол на замърсяването: Гладката повърхност на титана е устойчива на биозамърсяване, но все пак може да се появи морски растеж. Хлорирането или други мерки против замърсяване са съвместими с титан.
Заключение
Титанът е най-добрият метален материал за топлообменници за морска вода и хлорид, предлагащ уникална комбинация от устойчивост на корозия и механична здравина. Неговата устойчивост на точкова корозия, корозия в пукнатини и напукване от корозия под напрежение в хлоридни среди е несравнима сред-рентабилните инженерни метали. Въпреки че първоначалната цена на материала надвишава тази на неръждаема стомана или медни сплави, удълженият експлоатационен живот-често надхвърлящ 30 години-и минималната поддръжка правят титана много икономичен през жизнения цикъл. Изборът на материал трябва да отчита специфичната концентрация на хлорид и температура; за повечето приложения с морска вода и саламура под 80 градуса, титанов клас 2 осигурява неограничено обслужване. За по-високи температури или по-агресивни условия, титан клас 7 или други сплави разширяват обхвата на производителността. При обработката на повърхности и химическата обработка, където надеждността и времето за работа са от първостепенно значение,титанов топлообменник морска вода хлорид услугакомбинацията остава златен стандарт.
