U grijačima otopine soli za desalinizaciju (Multi-Stage Flash) na 120 stupnjeva s odzračenom otopinom soli, koja debljina stijenke titana Grade 2 sprječava oštećenja vodikom?

Više{0}}stupanjski grijači otopine soli za desalinizaciju (MSF) rade na 110-120 stupnjeva s deaeriranom otopinom soli (otopljeni kisik)<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.

Mehanizam oštećenja vodikom u deaeriranoj salamuri
U prozračenoj slanoj vodi, kisik se smanjuje na površini titana, održavajući potencijal plemenitim i sprječavajući razvoj vodika. U odzračenoj slanoj vodi (kisik<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.

Brzina apsorpcije vodika je funkcija temperature, kemije slane vode i stanja površine titana. Apsorbira vodik u MSF slanoj vodi na 120 stupnjeva (70 000-80 000 ppm Cl-, bez zraka) 0,05-0,15 ppm/h Razred 2

Vrijeme do kritične koncentracije vodika
Počevši od početne razine vodika od 30-50 ppm (žareni stupanj 2), trajanje do postizanja kritičnog praga od 150 ppm je: potrebna apsorpcija=100-120 ppm. Uz pretpostavku srednjeg raspona apsorpcije od 0,10 ppm/sat, vrijeme=100 / 0.10=1,000 sati. Pri 0,15 ppm po satu, vrijeme=100/0.15=667 sati.

Tako kratki vremenski okviri (1-2 mjeseca) pokazuju da bi Grade 2 brzo postao krt u deaeriranoj salamuri na 120 stupnjeva. Međutim, u praksi MSF grijači slane vode koriste deaeriranu slanu otopinu s preostalim kisikom (10-20 ppb) i često rade u blago oksidirajućim uvjetima na površini titana zbog kloramina ili drugih dodataka. U pravim biljkama stope apsorpcije su niže, 0,01-0,05 ppm po satu, tako da je potrebno 2.000-10.000 sati (3-12 mjeseci) da se postigne kritična koncentracija. Ovo je još uvijek presporo za dugoročnu uslugu.

Debljina stijenke ublažavanja
Nikakva debljina stijenke nije prepreka za apsorpciju vodika. Vodik difundira u titanu neovisno o debljini stijenke. Deblje stijenke daju više materijala za otpornost na hidridno pucanje prije perforacije. Nakon što se formira hidrid, pukotine putuju kroz stijenku. Što je zid deblji, to je duže vrijeme za pucanje.

Za stupanj 2 u de-aeriranoj slanoj vodi na 120 stupnjeva veza između debljine stjenke i vremena do perforacije uslijed oštećenja vodikom (nakon početka apsorpcije) je razumno linearna:

Debljina stijenke (mm) Vrijeme do inicijacije hidridne pukotine (mjeseci) Vrijeme od inicijacije do perforacije (mjeseci Ukupan vijek trajanja (mjeseci)
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
Nikakva debljina stijenke neće dati 10 godina života jer apsorpcija vodika nije zaustavljena. Pukotine će početi u roku od nekoliko mjeseci, bez obzira koja se debljina koristi. Deblje stijenke odgađaju probijanje, ali ne sprječavaju kvar.

Ostale opcije
Povećana debljina stijenke ne daje dugotrajnost, stoga su potrebni drugi koraci:

Kisik, zaostali: Otopljeni kisik trebao bi biti veći od 50 ppb (manje od 200 ppb da bi se ograničila korozija ugljičnog čelika). Ovo čini katodnu reakciju redukcijom kisika. Ovo potiskuje razvijanje vodika.

Koristite kloramin ili druge oksidanse: dodajte 0,5-2 ppm kloramina u slanu otopinu da djeluje kao katodni oksidans.

Nadogradnja na stupanj 7: paladij (0,12-0,25%) katalizira redukciju kisika čak i pri vrlo niskim koncentracijama kisika i potiskuje apsorpciju vodika. Stupanj 7 u deaeriranoj slanoj vodi na 120 stupnjeva apsorbira vodik<0.005 ppm per hour, providing 10+ year life.

* Preokret katodne zaštite: pričvrstite titan na plemenitiji metal (platinu ili zlato) kako biste pomaknuli potencijal u raspon redukcije kisika. Nije praktično za MSF grijače.

MSF grijači slane otopine Matrica primjene
Stanje slane otopine Otopljeni kisik (ppb) Preporučena debljina stijenke kvalitete titana Očekivani životni vijek
Odzračeno (tipični MSF)<20 ppb Grade 7 1.2-1.65 mm 10-15 years
Odzračeno dodatkom kloramina<20 ppb + 1 ppm ClO2- Grade 2 or Grade 7 1.65 mm 8-12 years (Grade 2)
Nizak kisik (uznemireno stanje) 20-50 ppb Stupanj 2 2.0 mm 3-5 godina
Aerated (maintenance bypass) >200 ppb Grade 2 1.65 mm 10+ godina (iako ugljični čelik korodira)
Titan stupnja 2 nije prikladan za MSF grijače slane otopine za desalinizaciju na 120 stupnjeva s deaeriranom slanom vodom (kisik<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.