Trong Máy làm nóng nước muối khử muối (Đèn flash nhiều giai đoạn) ở 120 độ với nước muối đã khử khí, Độ dày thành bao nhiêu của Titan cấp 2 ngăn ngừa hư hỏng do hydro?

Máy làm nóng nước muối khử mặn nhanh nhiều giai đoạn (MSF) hoạt động ở nhiệt độ 110-120 độ với nước muối đã khử khí (oxy hòa tan<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.

Cơ chế phá hủy hydro trong nước muối đã khử khí
Trong nước muối có ga, oxy bị khử trên bề mặt titan, giữ được thế năng cao và ngăn chặn sự phát triển của hydro. Trong nước muối đã khử khí (oxy<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.

Tốc độ hấp thụ hydro là một hàm số của nhiệt độ, hóa học nước muối và trạng thái của bề mặt titan. Hấp thụ hydro trong nước muối MSF ở 120 độ (70.000-80.000 ppm Cl-, đã khử khí) 0,05-0,15 ppm/giờ Cấp 2

Thời gian để tập trung hydro tới hạn
Bắt đầu từ mức hydro ban đầu là 30-50 ppm (ủ cấp 2), khoảng thời gian để đạt đến ngưỡng tới hạn 150 ppm là: mức hấp thụ cần thiết=100-120 ppm. Giả sử tốc độ hấp thụ ở mức trung bình là 0,10 ppm/giờ, thời gian=100 / 0.10=1.000 giờ. Ở tốc độ 0,15 ppm mỗi giờ, thời gian=100/0.15=667 giờ.

Khoảng thời gian ngắn như vậy (1-2 tháng) cho thấy Lớp 2 sẽ nhanh chóng bị giòn trong nước muối đã khử khí ở nhiệt độ 120 độ. Tuy nhiên, trong thực tế, máy đun nước muối MSF sử dụng nước muối đã khử khí với lượng oxy dư (10-20 ppb) và thường hoạt động ở điều kiện oxy hóa nhẹ ở bề mặt titan do cloramin hoặc các chất phụ gia khác. Ở thực vật thực, tốc độ hấp thụ thấp hơn, 0,01-0,05 ppm mỗi giờ, do đó phải mất 2.000-10.000 giờ (3-12 tháng) để đạt được nồng độ tới hạn. Điều này vẫn còn quá chậm cho dịch vụ lâu dài.

Độ dày của tường giảm nhẹ
Không có độ dày thành không có rào cản cho sự hấp thụ hydro. Hydro khuếch tán trong titan không phụ thuộc vào độ dày của thành. Thành dày hơn cung cấp nhiều vật liệu hơn để chống nứt hydrua trước khi thủng. Khi hydrua được hình thành, các vết nứt sẽ xuyên qua tường. Tường càng dày thì thời gian nứt càng lâu.

Đối với Cấp 2 trong nước muối khử khí ở 120 độ, mối liên hệ giữa độ dày thành và thời gian đến khi thủng do hư hỏng do hydro (sau khi bắt đầu hấp thụ) là tuyến tính hợp lý:

Độ dày thành (mm) Thời gian hình thành vết nứt hydrua (tháng) Thời gian từ khi bắt đầu đến khi thủng (tháng Tổng thời gian sử dụng (tháng)
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
Không có độ dày thành nào sẽ mang lại tuổi thọ 10 năm vì sự hấp thụ hydro không ngừng. Vết nứt sẽ bắt đầu trong vòng vài tháng, bất kể độ dày được sử dụng là bao nhiêu. Tường dày hơn sẽ trì hoãn việc đâm thủng nhưng không ngăn ngừa được sự hư hỏng.

Tùy chọn khác
Độ dày thành tăng không mang lại tuổi thọ lâu dài, do đó cần phải thực hiện các bước khác:

Oxy, dư: Oxy hòa tan phải lớn hơn 50 ppb (nhỏ hơn 200 ppb để hạn chế ăn mòn thép cacbon). Điều này làm cho phản ứng catot bị khử oxy. Điều này ngăn chặn sự tiến hóa hydro.

Sử dụng Chloramine hoặc các chất oxy hóa khác: Thêm 0,5-2 ppm cloramin vào nước muối để hoạt động như chất oxy hóa catốt.

Nâng cấp lên cấp 7: Palladium (0,12-0,25%) xúc tác quá trình khử oxy ngay cả ở nồng độ oxy rất thấp và ngăn chặn sự hấp thụ hydro. Lớp 7 trong nước muối khử khí ở 120 độ hấp thụ hydro<0.005 ppm per hour, providing 10+ year life.

* Đảo ngược bảo vệ catốt: Gắn titan vào kim loại quý hơn (bạch kim hoặc vàng) để chuyển thế năng sang phạm vi khử oxy. Không thực tế đối với máy sưởi MSF.

Ma trận ứng dụng máy làm nóng nước muối MSF
Tình trạng nước muối Oxy hòa tan (ppb) Độ dày thành lớp titan khuyến nghị Tuổi thọ dự kiến
Khử khí (MSF điển hình)<20 ppb Grade 7 1.2-1.65 mm 10-15 years
Khử khí bằng cách bổ sung cloramin<20 ppb + 1 ppm ClO2- Grade 2 or Grade 7 1.65 mm 8-12 years (Grade 2)
Lượng oxy thấp (tình trạng khó chịu) 20-50 ppb Cấp 2 2.0 mm 3-5 tuổi
Aerated (maintenance bypass) >200 ppb Cấp 2 1.65 mm 10+ năm (mặc dù thép cacbon bị ăn mòn)
Titan loại 2 không phù hợp với máy đun nước muối khử muối MSF ở 120 độ với nước muối đã khử khí (oxy<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.