วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

คู่มือนี้จะช่วยให้นักออกแบบโรงงาน วิศวกรฝ่ายจัดซื้อ และทีมปฏิบัติการทราบเฟรมเวิร์กที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล-อย่างเป็นระบบสำหรับการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับทุกส่วนหลักๆ ของโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเล - ไม่ว่าจะเป็น SWRO (การ Reverse Osmosis ของน้ำทะเล), MSF (Multi-Stage Flash), MED (Multi-Effect Distillation) หรือการกำหนดค่าแบบไฮบริด

ความท้าทายในการกัดกร่อนจากน้ำทะเล

น้ำทะเลไม่ใช่แค่น้ำเค็มเท่านั้น เป็นอิเล็กโทรไลต์แบบไดนามิกที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยคลอไรด์ ซัลเฟต ไบคาร์บอเนต ก๊าซละลาย (ออกซิเจน CO₂ H₂S ในบางสถานที่) สิ่งมีชีวิตทางชีวภาพ และของแข็งแขวนลอย - ทั้งหมดนี้ที่อุณหภูมิที่สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ใกล้-น้ำป้อนอาร์กติกที่เยือกแข็งไปจนถึงน้ำเกลือที่มีอุณหภูมิ 120 องศาในเครื่องระเหย MSF ทุกปัจจัยเหล่านี้มีอิทธิพลต่อการย่อยสลายของวัสดุ

การทำความเข้าใจกลไกการกัดกร่อนเป็นก้าวแรกสู่การเลือกวัสดุที่ถูกต้อง มีภัยคุกคามหลักหกประการที่วิศวกรต้องออกแบบเพื่อต่อต้าน:

กลไกการกัดกร่อนเบื้องต้นในบริการแยกเกลือ:

• การกัดกร่อนแบบบ่อ: การโจมตีเฉพาะที่ซึ่งริเริ่มโดยไอออนคลอไรด์ที่ข้อบกพร่องของฟิล์มแบบพาสซีฟ โหมดความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมในน้ำทะเล ป้องกันโดยทำให้ค่า PRE > 40 สำหรับการแช่น้ำทะเลได้เต็มที่

• การกัดกร่อนตามรอยแยก: เกิดขึ้นในพื้นที่จำกัด (ใต้ปะเก็น หน้าแปลน สิ่งสะสม) ซึ่งอิเล็กโทรไลต์จะสูญเสียออกซิเจนและค่า pH ลดลง รุนแรงกว่าการเจาะแบบหลุม - ต้องใช้ค่า PRE หรือวัสดุทางเลือกที่สูงกว่า

• การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC): การผสมผสานระหว่างความเค้นดึง + สภาพแวดล้อมของคลอไรด์ + โครงสร้างจุลภาคที่อ่อนแอ ทำให้เกิดการแตกหักแบบเปราะกะทันหัน เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมีความอ่อนไหวสูงกว่า ~60 องศาในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์

• การกัดกร่อนที่เกิดจากจุลชีววิทยา (MIC): ซัลเฟต-รีดิวซ์แบคทีเรีย (SRB) และธาตุเหล็ก-แบคทีเรียที่ออกซิไดซ์จะตั้งอาณานิคมบนพื้นผิว ทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีในท้องถิ่นที่รุนแรงภายใต้แผ่นชีวะ สามารถเริ่มต้นการเกิดรูพรุนในระดับเกรดที่ทนทานต่อการโจมตีของคลอไรด์ที่เกิดจากเชื้อ abiotic

• การกัดเซาะ-การกัดกร่อน: น้ำทะเลความเร็วสูง- + ของแข็งแขวนลอยจะขจัดฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ออกไปได้เร็วกว่าที่มันจะปฏิรูปได้ ทำให้เกิดการสูญเสียโลหะอย่างรวดเร็ว มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อใบพัด ปั๊ม และข้องอ

• การกัดกร่อนแบบกัลวานิก: เมื่อโลหะสองชนิดที่ต่างกันเชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้าในน้ำทะเล (อิเล็กโทรไลต์ที่ทรงพลัง) โลหะมีค่าน้อยกว่าจะกัดกร่อนได้ดีกว่า การแยกส่วนถือเป็นสิ่งสำคัญที่ข้อต่อโลหะคู่-

พารามิเตอร์สภาพแวดล้อมของน้ำทะเล

การเลือกวัสดุที่ประสบความสำเร็จเริ่มต้นด้วยการระบุลักษณะเฉพาะของสภาพแวดล้อมการบริการอย่างละเอียด ตารางด้านล่างกำหนดพารามิเตอร์ที่สำคัญของน้ำทะเลและกระแสน้ำในกระบวนการผลิตในโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเล พร้อมด้วยผลจากการเลือกใช้วัสดุ

ที่มา: คู่มือความมั่นคงทางน้ำของ IDA (International Desalination Association) แนวทางการดื่มของ WHO-คุณภาพน้ำ; เนซ SP0108; ซีรี่ส์ IEC 60068

ตระกูลวัสดุ: ภาพรวม

ตระกูลวัสดุหลักสี่ตระกูลถูกนำมาใช้ในโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเล แต่ละประเภทมีโปรไฟล์ด้านประสิทธิภาพ โครงสร้างต้นทุน และขอบเขตการใช้งานที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปการออกแบบโรงงานที่เหมาะสมที่สุดจะรวมวัสดุจากหลายตระกูลเข้าด้วยกันให้ตรงกับความต้องการเฉพาะของแต่ละส่วน

สเตนเลสออสเตนิติก (316L, 317L, 904L, 254 SMO, AL-6XN)

Austenitic stainless steels are the most widely used metal family in desalination plants. They offer excellent weldability, good mechanical properties, a broad range of product forms, and well-understood fabrication characteristics. The lower-alloyed grades (316L, 317L) are cost-effective for mild service, while the 6% molybdenum super-austenitic grades (254 SMO, AL-6XN) bridge the performance gap between standard stainless steel and nickel alloys. All austenitic grades are susceptible to SCC in hot (>สารละลายคลอไรด์ 60 องศา - ข้อจำกัดที่สำคัญในบริการแยกเกลือออกจากความร้อน

ดูเพล็กซ์และซูเปอร์ดูเพล็กซ์สแตนเลส (2205, 2507, 2304)

เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ผสมผสานโครงสร้างจุลภาคของออสเทนไนต์-เฟอร์ไรต์เข้าด้วยกัน ซึ่งให้ความแข็งแรงของผลผลิตมากกว่าเกรดออสเทนนิติกที่เทียบเท่ากันประมาณสองเท่า ข้อได้เปรียบด้านความแข็งแกร่งนี้ช่วยให้ผนังบางลงและโครงสร้างที่เบาขึ้น ซึ่งช่วยชดเชยต้นทุนวัสดุที่สูงขึ้นได้บางส่วน เฟสเฟอร์ไรต์ยังให้ความต้านทาน SCC ที่ดีกว่าเกรดออสเทนนิติกโดยสิ้นเชิงอีกด้วย เกรด 2205 เป็นผลงานของพืช SWRO 2507 super duplex ได้รับการระบุเมื่อต้องการความแข็งแรงสูงสุดและความต้านทานการกัดกร่อน เช่น ตัวปั๊มแรงดันสูง- อุปกรณ์นำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ และโครงสร้างไอดีใต้ทะเล

โลหะผสมนิกเกิล (โลหะผสม 625, C-276, โลหะผสม 825)

โลหะผสมนิกเกิล-มีความทนทานต่อการกัดกร่อนในระดับสูงสุด อัลลอยด์ 625 และ C-276 มีภูมิคุ้มกันอย่างมีประสิทธิภาพต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน การกัดกร่อนตามรอยแยก และ SCC ตลอดช่วงอุณหภูมิน้ำทะเลและความเข้มข้นของคลอไรด์ที่พบในบริการแยกเกลือ มีการระบุไว้สำหรับส่วนประกอบที่สำคัญและยากที่สุด-ใน-การบำรุงรักษา: ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในโรงงาน MSF, ขอบวาล์วในท่อรวมน้ำเกลือ, ใบพัดปั๊มที่จัดการกระแสน้ำที่รุนแรง และสถานที่ใดๆ ที่ความล้มเหลวจะต้องปิดโรงงาน ต้นทุนที่สูงมากจำกัดไว้เฉพาะแอปพลิเคชันที่ตรงเป้าหมายและมีมูลค่าสูง

ไทเทเนียม (เกรด 2, เกรด 7) และวัสดุที่ไม่ใช่-โลหะ

ไทเทเนียมเป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลทั่วโลก ฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ (TiO₂) มีความเสถียรเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ และโดยพื้นฐานแล้วมีภูมิคุ้มกันต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลทุกรูปแบบ - รวมถึงรูพรุน รอยแยก และ SCC - ที่อุณหภูมิสูงถึง 260 องศา ความหนาแน่นต่ำ (4.51 ก./ซม.) เมื่อเทียบกับโลหะผสมนิกเกิลยังให้ข้อได้เปรียบด้านน้ำหนักอีกด้วย เกรด 7 (Ti + 0.15% Pd) ขยายการป้องกันนี้ไปยังสภาพแวดล้อมด้วยการลดกรด วัสดุที่ไม่ใช่-โลหะ - GRP (แก้ว-พลาสติกเสริมแรง), HDPE, FRP, PVC - ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับ-การวางท่อแรงดันต่ำ ภาชนะรับแรงดัน RO และกักเก็บน้ำของผลิตภัณฑ์ที่ไม่จำเป็นต้องทนต่อการกัดกร่อนของโลหะและให้ความสำคัญกับการลดน้ำหนัก

องค์ประกอบทางเคมีของวัสดุหลัก

ตารางด้านล่างแสดงองค์ประกอบทางเคมีที่กำหนดและค่า PRE ที่คำนวณแล้วสำหรับวัสดุโลหะหลักที่ใช้ในการก่อสร้างโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเล PRE เป็นดัชนีเดียวที่สำคัญที่สุดสำหรับการคัดกรองวัสดุเริ่มต้น

*PRE=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N (คำนวณที่จุดกึ่งกลางขององค์ประกอบที่ระบุ) ต้องมีค่า PRE > 40 สำหรับการแช่น้ำทะเลอย่างต่อเนื่อง แหล่งที่มา: ASTM A240, A790, B575, B443; ASME SB-338; ไทเทเนียม: ASTM B265

การเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกล

สมรรถนะทางกลมีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบ-ระบบ SWRO แรงดันสูง (ทำงานที่ 55–82 บาร์) และในโรงงานที่ใช้ความร้อนซึ่งการหมุนเวียนด้วยความร้อนทำให้เกิดภาระต่อความเมื่อยล้า ข้อได้เปรียบด้านความแข็งแกร่งของเกรดดูเพล็กซ์มักจะช่วยลดความหนาของผนัง ซึ่งชดเชยต้นทุนต่อหน่วยที่สูงขึ้นบางส่วนได้

หมายเหตุ: ค่าต่างๆ แสดงถึงช่วงทั่วไปตั้งแต่การรับรองโรงงานและข้อกำหนดขั้นต่ำของ ASTM คุณสมบัติที่แท้จริงขึ้นอยู่กับการให้ความร้อน รูปแบบของผลิตภัณฑ์ และความหนาของผนัง ค่าไทเทเนียมต่อ ASTM B338 แหล่งที่มา: ASTM A312, A790, B443, B574, B338; คู่มือ ASM เล่ม. 2.

ความต้านทานการกัดกร่อนในการให้บริการน้ำทะเล

เมทริกซ์นี้ให้คะแนนความต้านทานการกัดกร่อนเชิงคุณภาพในโหมดความล้มเหลวที่สำคัญที่สุดห้าโหมดในสภาพแวดล้อมการแยกเกลือออก การให้คะแนนขึ้นอยู่กับข้อมูลการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่ตีพิมพ์ บันทึกผลการปฏิบัติงานภาคสนาม และวรรณกรรมด้านวัสดุศาสตร์

ระดับการให้คะแนน: ปานกลาง < ดี < ดีเยี่ยม < เหนือกว่า < โดดเด่น การให้คะแนนสะท้อนถึงประสิทธิภาพภายใต้สภาวะการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลโดยทั่วไป การจัดอันดับ SCC สำหรับเกรดออสเทนนิติกถือว่าอุณหภูมิต่ำกว่า 60 องศา ; สูงกว่า 60 องศา ความเสี่ยง SCC เพิ่มขึ้นอย่างมาก แหล่งที่มา: NACE TM0177, TM0284, ISO 15156; คู่มือการกัดกร่อน Outokumpu; กระดานข่าวทางเทคนิคของ Special Metals Corporation

การเลือกวัสดุตามแผนกโรงงาน

โรงกลั่นน้ำทะเลไม่ใช่สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเพียงแห่งเดียว - แต่มีมากมาย ความเค็ม อุณหภูมิ ความดัน pH ความเร็ว และปริมาณทางชีวภาพล้วนเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากตั้งแต่การรับน้ำทะเลไปจนถึงทางออกของน้ำของผลิตภัณฑ์ ส่วนนี้จะให้คำแนะนำวัสดุเฉพาะสำหรับส่วนโรงงานหลักแต่ละส่วน

หมายเหตุ: GRP=แก้ว-พลาสติกเสริมแรง; HDPE=เอทิลีนความหนาแน่นสูง- การเลือกโลหะทั้งหมดจะถือว่ามีคุณสมบัติในขั้นตอนการเชื่อมที่เหมาะสมและการตรวจสอบหลังการเชื่อม- การคัดเลือกครั้งสุดท้ายต้องคำนึงถึง-เคมีของน้ำเฉพาะสถานที่ด้วย มาตรฐานที่ระบุไว้เป็นข้อมูลอ้างอิงหลัก อาจใช้รหัสเพิ่มเติมตามเขตอำนาจศาล

คู่มือการเลือกเทคโนโลยีกระบวนการ

เทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล - SWRO, MSF, MED หรือไฮบริด - กำหนดพื้นฐานกลยุทธ์การเลือกวัสดุ อุณหภูมิในการทำงาน ความดัน และเคมีของกระแสมีความแตกต่างกันอย่างมากระหว่างเทคโนโลยีต่างๆ ตามที่สรุปไว้ด้านล่าง

SWRO=การรีเวอร์สออสโมซิสของน้ำทะเล; MSF=หลาย-แฟลช; MED=การกลั่นหลายรูปแบบ; BWRO=RO น้ำกร่อย; ED/EDR=การแยกด้วยไฟฟ้า/การกลับตัว GRP=แก้ว-พลาสติกเสริมแรง

การวิเคราะห์วัสดุโดยละเอียด

316L เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการเลือกใช้สเตนเลสสตีลในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับน้ำ- ด้วยค่า PRE ประมาณ 24 จึงให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่เพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ต่ำ-ถึง-สภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ปานกลาง - ท่อจ่ายน้ำของผลิตภัณฑ์ ท่อเครื่องมือในกระแสน้ำที่ไม่รุนแรง- โครงสร้างการลื่นไถลของการใช้สารเคมี และส่วนบำบัดน้ำจืดหรือ-คลอไรด์ก่อน-ต่ำ ไม่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแช่น้ำทะเลโดยตรง ลำธารที่มีความเข้มข้น หรือสายการจัดการใดๆ ที่มีความเข้มข้นของคลอไรด์สูงกว่าประมาณ 5,000 มก./ลิตร โดยไม่มีค่าเผื่อการกัดกร่อนเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์ด้านน้ำภายในโรงงาน SWRO ซึ่งน้ำมี-ปริมาณแร่ธาตุ-ซึมผ่านต่ำ 316L ยังคงคุ้มค่า-มีประสิทธิภาพและเหมาะสม

เหมาะสำหรับ:ท่อน้ำของผลิตภัณฑ์ วงจร-ด้าน HX น้ำจืด ถังเตรียมสารเคมี การเชื่อมต่อเครื่องมือในบริการ -Cl⁻ ต่ำ

ห้ามใช้สำหรับ:สายการจัดหาน้ำทะเล, RO เข้มข้น, การปล่อยน้ำเกลือ, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเล, บริการเสริมน้ำเกลือ MSF/MED-

เกรด 2205 ดูเพล็กซ์ - แกนหลัก SWRO

เกรด 2205 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่ได้รับการระบุอย่างกว้างขวางที่สุดสำหรับการก่อสร้างโรงงาน SWRO ทั่วโลก ค่า PRE ที่ประมาณ 35 บวกกับกำลังรับผลผลิตเป็นสองเท่าของ 316L และความต้านทาน SCC ที่ยอดเยี่ยมในน้ำทะเล-อุณหภูมิปานกลาง ทำให้กลายเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่า{5}}เหมาะสมที่สุดสำหรับการวางท่อจ่ายน้ำทะเล ถังบำบัดก่อน- ท่อแรงดันสูง RO- และการใช้งานโครงสร้างทั่วไปทั่วทั้งโรงงาน ความสามารถในการเข้าเกณฑ์สำหรับบริการเปรี้ยวภายใต้ NACE MR0175 ถือเป็นข้อได้เปรียบเพิ่มเติมสำหรับพืชที่มี H₂S ในน้ำป้อน. 2205 มีจำหน่ายทั่วโลกในรูปแบบผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นทั้งหมด - ท่อ ข้อต่อ หน้าแปลน แผ่น และแท่งไร้รอยต่อและแบบเชื่อม - ด้วยเวลารอคอยสินค้าที่แข่งขันได้และฐานการผลิตขนาดใหญ่ทั่วโลก

เหมาะสำหรับ:ท่อจ่ายน้ำทะเล (ต่ำกว่า 60 องศา ) ท่อป้อน RO และท่อเข้มข้น ตัวเรือนปั๊ม -ถังกรองบำบัดเบื้องต้น โครงสร้างคัดกรองไอดี

ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ:อย่าใช้เกิน 280 องศา; ตรวจสอบซิกมา-เฟสที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดการเปราะมากกว่า 250 องศาใน-บริการระบายความร้อนในระยะยาว

ข้อควรระวังในการเชื่อม:ต้องมีการควบคุมอินพุตความร้อนและโลหะตัวเติมที่ถูกต้อง (2209) เพื่อรักษาสมดุลของเฟส คุณสมบัติของขั้นตอนที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ

เกรด 2507 Super Duplex - การอัปเกรดประสิทธิภาพสูง-

2507 ถูกระบุเมื่อ 2205 ไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านความต้านทานการกัดกร่อนหรือความแข็งแรงของการใช้งานได้ ด้วยค่า PRE ประมาณ 42 ค่าความแข็งแรงครากที่ 550–650 MPa และความต้านทานต่อการเกิดรูพรุน รอยแยก และ SCC ที่ยอดเยี่ยม 2507 จึงเป็นเกรดที่เป็นตัวเลือกสำหรับอุปกรณ์นำพลังงานกลับคืน (ERD) ของ SWRO) ภายในปั๊มแรงดันสูง- ท่อร่วมจ่ายสารเข้มข้น และตำแหน่งใดๆ ที่ความล้มเหลวอาจก่อให้เกิดทั้งค่าใช้จ่ายสูงและอันตราย ความต้านทานต่อความเมื่อยล้าที่ดีเยี่ยมยังเหมาะกับปั๊มและตัวเรือนคอมเพรสเซอร์ที่มีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นสะเทือน-อีกด้วย ค่าพรีเมียมที่มากกว่า 2205 นั้นสมเหตุสมผลในการใช้งานที่ความล้มเหลวจะต้องปิดโรงงานโดยสมบูรณ์และการเปลี่ยนส่วนประกอบที่ซับซ้อน

เหมาะสำหรับ:ERD, ตัวปั๊มและใบพัดของ HP, ระบบระบายน้ำแบบเข้มข้น, โครงสร้างทางเข้าน้ำลึก, การโค้งงอของท่อความเร็วสูง-

254 SMO & AL-6XN - เกรดซูเปอร์ออสเทนนิติก 6% Mo

เกรดออสเทนนิติกซูเปอร์-โมลิบดีนัม 6% อยู่ในตำแหน่งเฉพาะ โดยให้ค่า PRE อยู่ที่ 43–47 ซึ่งเข้าใกล้หรือเกินกว่าค่าของเหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ ขณะเดียวกันก็รักษาโครงสร้างจุลภาคออสเทนนิติกไว้ด้วยข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติ - มีความเหนียวดีเยี่ยม ทำงานเย็นได้ง่าย และขั้นตอนการเชื่อมง่ายกว่าเกรดดูเพล็กซ์. 254 SMO (UNS S31254) และ AL-6XN (UNS N08367) เป็นเกรดสองเกรดที่มีการระบุไว้อย่างกว้างขวางที่สุด

ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นของ AL-6XN (24% เทียบกับ 18%) ให้ความต้านทานที่เหนือกว่าในการลด-สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและความต้านทาน SCC ที่ดีขึ้น ทั้งสองเกรดใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับระบบท่อน้ำทะเลในแท่นนอกชายฝั่งและโรงงานแยกเกลือในภูมิภาคที่มีน้ำทะเลที่รุนแรงเป็นพิเศษ (อุ่น -ความเค็มสูง -ฤทธิ์ทางชีวภาพสูง)

เหมาะสำหรับ:ท่อน้ำทะเลในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่น/เขตร้อน เฮดเดอร์แบบเข้มข้น สายฉีดสารเคมี หน้าแปลนและข้อต่อที่ต้องการความสามารถในการเชื่อมออสเทนนิติกมากกว่าดูเพล็กซ์

ไทเทเนียมเกรด 2 และเกรด 7 - มาตรฐานโรงงานพลังความร้อน

สำหรับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในโรงงานแยกเกลือออกจาก MSF และ MED ไทเทเนียมเป็นตัวเลือกทางวิศวกรรมที่ชัดเจน เกรด 2 (ไทเทเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์) เป็นมาตรฐานสากลสำหรับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลมานานกว่า 50 ปี ค่าความเฉื่อยของมันในน้ำทะเลจะคงไว้ตั้งแต่อุณหภูมิใกล้-ถึงจุดเยือกแข็งไปจนถึง 260 องศา ซึ่งครอบคลุมขอบเขตการดำเนินงานทั้งหมดของโรงงานแยกเกลือออกจากความร้อน ฟิล์มเฉื่อย TiO₂ จะปฏิรูปทันทีเมื่อมีความเสียหายทางกลใดๆ และไม่สามารถทนต่อคลอไรด์ของน้ำทะเล ออกซิเจนที่ละลายในน้ำ และสิ่งมีชีวิตที่ปนเปื้อนทางชีวภาพ

เกรด 7 ด้วยการเติมแพลเลเดียม ขยายการป้องกันนี้ไปสู่การลด-สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด - ที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานการทำความสะอาดกรด (CIP) ในการบำรุงรักษาโรงงานแยกเกลือ ความหนาแน่นต่ำของไทเทเนียม (4.51 ก./ซม.³) ช่วยลดน้ำหนักตายตัวของมัดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่ และเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในการใช้งานการแยกเกลือออกจาก FPSO{5}} แบบลอยตัว

เหมาะสำหรับ:ท่อระเหย MSF, พื้นผิวถ่ายเทความร้อน MED, ท่อคอนเดนเซอร์, เครื่องทำความเย็นน้ำทะเล, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทั้งหมดที่สัมผัสกับน้ำทะเลหรือน้ำเกลือร้อน

ข้อได้เปรียบที่สำคัญ:ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานรวมต่ำสุดสำหรับบริการแลกเปลี่ยนความร้อน อายุการใช้งาน - 40+ ปี พร้อมการบำรุงรักษาการกัดกร่อนเป็นศูนย์

อัลลอย 625 & C-276 - โลหะผสมนิกเกิลสำหรับการบริการที่สำคัญ

โลหะผสมนิกเกิลเป็นแนวป้องกันสุดท้าย - ที่ระบุไว้เมื่อมีการประเมินตัวเลือกอื่นๆ และพบว่าไม่เพียงพอ ล้อแม็ก 625 (ที่มี Mo 8–10% และ PRE ~51) และล้อแม็ก C-276 (ที่มี Mo 15–17% และ PRE ~73) มีภูมิต้านทานต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลอย่างมีประสิทธิภาพภายใต้เงื่อนไขทั้งหมดที่พบในบริการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

ใช้สำหรับใบพัดปั๊มและปลอกหุ้มที่จัดการกับน้ำเกลือเข้มข้น การปิดวาล์วในการใช้งานเชิงรุก หัวฉีดและส่วนหัวสเปรย์ในห้องแฟลช MSF และส่วนประกอบใดๆ ที่การตรวจสอบ การบำรุงรักษา หรือการเปลี่ยนทดแทนทำได้ยากหรือมีราคาแพงมาก ค่าวัสดุระดับพรีเมียม 8–15 เท่า สูงกว่าสเตนเลสมาตรฐาน หมายความว่าการใช้งานมีเป้าหมายอย่างระมัดระวังไปยังส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งความล้มเหลวจะทำให้เกิดความเสียหายอย่างไม่สมส่วน

เหมาะสำหรับ:หัวฉีดห้องแฟลช MSF, แผ่นท่อทำความร้อนน้ำเกลือ, ใบพัดปั๊ม HP (บริการน้ำเกลือร้อน), ขอบวาล์วในแนวเข้มข้นที่รุนแรง, ส่วนประกอบโซนสาด

การวิเคราะห์ต้นทุนและมูลค่าตลอดอายุการใช้งาน

การเลือกวัสดุเป็นการตัดสินใจตลอดอายุการใช้งาน ไม่ใช่การตัดสินใจด้านราคาต่อหน่วย- ข้อผิดพลาดทางวิศวกรรมทั่วไปคือการเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนเริ่มต้น (CAPEX) โดยไม่สนใจต้นทุนการดำเนินงาน (OPEX) ได้แก่ การตรวจสอบ การบำรุงรักษา การทำความสะอาด การซ่อมแซม และการเปลี่ยนทดแทนก่อนกำหนดในท้ายที่สุด ในโรงงานแยกเกลือที่ออกแบบมาเพื่ออายุการใช้งาน 25-40 ปี มูลค่าวงจรชีวิตรวมของวัสดุจะกำหนดความเหมาะสมทางเศรษฐกิจ

ต้นทุนสัมพัทธ์อิงตามดัชนีตลาดโลกปี 2024–2025 ต้นทุนจริงจะแตกต่างกันไปตามภูมิภาค ปริมาณการสั่งซื้อ รูปแบบผลิตภัณฑ์ และสภาวะตลาด การประมาณการอายุการใช้งานเป็นเพียงตัวบ่งชี้และขึ้นอยู่กับการติดตั้ง สภาพการทำงาน และการบำรุงรักษาที่เหมาะสม การประมาณการอายุการใช้งานถือว่าการเลือกเกรดถูกต้องสำหรับสภาพแวดล้อมการบริการ ที่มา: MEPS International; กลุ่มเอสเอ็มอาร์; รายงานต้นทุนการแยกเกลือออกจากน้ำของ IDA

รหัส มาตรฐาน และข้อบังคับที่ใช้บังคับ

การเลือกวัสดุทั้งหมดสำหรับโรงงานแยกเกลือจะต้องเป็นไปตามรหัสระหว่างประเทศและระดับชาติที่บังคับใช้ มาตรฐานต่อไปนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงหลัก:

รายการนี้เป็นเพียงตัวอย่างเท่านั้น ไม่ใช่รายการทั้งหมด อาจใช้มาตรฐานแห่งชาติ ข้อกำหนดของหน่วยงานท้องถิ่น และข้อกำหนดของโครงการเพิ่มเติม ตรวจสอบรหัสที่เกี่ยวข้องกับหน่วยงานกำกับดูแลที่เกี่ยวข้องและทีมวิศวกรโครงการเสมอ

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

คำถามที่ 1: วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับการวางท่อโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเลคืออะไร?

ขึ้นอยู่กับส่วนเฉพาะและเทคโนโลยีกระบวนการ สำหรับโรงงาน SWRO เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์เกรด 2205 เป็นวัสดุ-แกนหลักมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการจ่ายน้ำทะเลและท่อแรงดัน RO- สำหรับกระแสที่มีความเข้มข้นของคลอไรด์-ที่สูงกว่า แนะนำให้ใช้ 2507 ซูเปอร์ดูเพล็กซ์หรือ 254 SMO สำหรับโรงงานที่ใช้ความร้อน (MSF/MED) ไทเทเนียมเกรด 2 เป็นตัวเลือกที่กำหนดไว้สำหรับท่อแลกเปลี่ยนความร้อน โดยมี 2205 หรือ 2507 สำหรับท่อโครงสร้าง

คำถามที่ 2: สแตนเลส 316L สามารถใช้ในการกรองน้ำทะเลได้หรือไม่

เกรด 316L มี PRE ประมาณ 24 ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับการแช่น้ำทะเลโดยตรง ในโรงงานแยกเกลือ 316L เหมาะสำหรับท่อส่งน้ำผลิตภัณฑ์ (คลอไรด์ต่ำ) ระบบการเตรียมสารเคมี การเชื่อมต่ออุปกรณ์ในบริการคลอไรด์ต่ำ- และส่วนใดๆ ที่ไม่สัมผัสกับน้ำทะเลหรือน้ำเกลือเข้มข้น ไม่ควรใช้กับท่อส่งน้ำทะเล ท่อเข้มข้น RO หรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่สัมผัสกับน้ำทะเล

คำถามที่ 3: เหตุใดจึงมีการระบุไทเทเนียมสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในโรงงานกรองน้ำทะเล

ฟิล์มพาสซีฟ TiO₂ ของไทเทเนียมมีภูมิคุ้มกันต่อการเกิดบ่อน้ำทะเล การกัดกร่อนตามรอยแยก และการกัดกร่อนจากความเค้นแตกที่อุณหภูมิสูงถึง 260 องศา ซึ่งครอบคลุมถึงขอบเขตการระบายความร้อนที่สมบูรณ์ของโรงงาน MSF และ MED ท่อไทเทเนียมเกรด 2 มีอายุการใช้งาน 40+ ปีในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเลทั่วโลก ทำให้มีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานรวมต่ำที่สุดที่เป็นไปได้สำหรับการใช้งานที่สำคัญนี้ ไม่มีเกรดสแตนเลสใดที่จะเทียบได้กับการผสมผสานระหว่างภูมิคุ้มกันการกัดกร่อนของน้ำทะเลและความเสถียรทางความร้อนของไททาเนียม

คำถามที่ 4: อะไรทำให้เกิดการแตกร้าวของการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC) ในโรงงานแยกเกลือ และจะป้องกันได้อย่างไร

SCC ในโรงงานแยกเกลือเกิดจากการรวมกันของ: (1) ความเค้นดึง (จากความดัน สิ่งตกค้างจากการแปรรูป หรือการหมุนเวียนด้วยความร้อน) (2) คลอไรด์ไอออนในของเหลวในกระบวนการ และ (3) โครงสร้างจุลภาคที่ไวต่อ - โดยทั่วไปแล้วจะเป็นสเตนเลสออสเทนนิติกทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 60 องศา กลยุทธ์การป้องกันได้แก่: การเลือกดูเพล็กซ์สแตนเลส (โดยธรรมชาติแล้วมีความทนทานต่อ SCC- เนื่องจากเฟสเฟอริติก) การใช้ไทเทเนียมหรือโลหะผสมนิกเกิลสำหรับ-บริการน้ำทะเล/น้ำเกลือที่มีอุณหภูมิสูง การระบุ-การบรรเทาความเครียดหลังการเชื่อม หากมี และการหลีกเลี่ยงการใช้เกรดที่สูงกว่าเกณฑ์อุณหภูมิที่ปลอดภัยของ SCC-

คำถามที่ 5: Super duplex 2205 และ 2507 สำหรับการกรองน้ำทะเลแตกต่างกันอย่างไร

2205 มี PRE ประมาณ 35 และกำลังของผลผลิตอยู่ที่ 450–650 MPa. 2507 มี PRE ประมาณ 42 และกำลังของผลผลิตอยู่ที่ 550–650 MPa ในทางปฏิบัติ: 2205 เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการวางท่อน้ำทะเลส่วนใหญ่ในโรงงาน SWRO 2507 ได้รับการอัปเกรดเป็นสำหรับแรงดันสูงสุด-ความเร็วสูงสุด- หรือ-ส่วนประกอบคลอไรด์ - ERD สูงที่สุด, ภายในปั๊ม HP และท่อร่วมระบายแบบเข้มข้น ค่าใช้จ่ายพรีเมียมของ 2507 มากกว่า 2205 อยู่ที่ประมาณ 50–80%

คำถามที่ 6: คราบจุลินทรีย์ (MIC) ส่งผลต่อการเลือกใช้วัสดุอย่างไร

การกัดกร่อนที่เกิดจากจุลชีววิทยา (MIC) สามารถทำให้เกิดรูพรุนในโลหะผสมที่อาจทนทานต่อการกัดกร่อนของคลอไรด์ที่ไม่มีไบโอติก ซัลเฟต-รีดิวซ์แบคทีเรีย (SRB) ภายใต้แผ่นชีวะจะสร้างสภาวะที่เป็นกรดแบบไม่ใช้ออกซิเจนเฉพาะที่ ซึ่งสามารถทำลายฟิล์มเชิงรับของแม้แต่เหล็กสเตนเลสดูเพล็กซ์ได้ กลยุทธ์การจัดการประกอบด้วย: การรักษาความเร็วการไหลที่เพียงพอ (สูงกว่า 1 ม./วินาที) การเติมคลอรีนเป็นระยะหรือปริมาณไบโอไซด์ การเลือกโลหะผสม -PRE ที่สูงขึ้นสำหรับขาตายที่มีความเร็วต่ำ- และใช้โลหะผสมไทเทเนียมหรือนิกเกิลสำหรับตำแหน่งที่ไวต่อ MIC มากที่สุด-

คำถามที่ 7: วัสดุใดบ้างที่ใช้สำหรับภาชนะรับแรงดัน RO

ภาชนะรับความดัน RO (ตัวเรือนเมมเบรน) ส่วนใหญ่สร้างจาก-พลาสติกเสริมแรงด้วยแก้ว (GRP) หรือเส้นใย-เส้นใยพันแผล-โพลีเมอร์เสริมแรง (FRP) วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ-เหล่านี้ให้ความต้านทานต่อน้ำทะเลได้ดีเยี่ยม ไม่มีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนของกัลวานิก และมีน้ำหนักเบากว่าวัสดุทดแทนที่เป็นโลหะอย่างมาก ฝาครอบปลาย อุปกรณ์ป้องกัน-แบบเหลื่อม และท่อร่วมที่เชื่อมต่อกันโดยทั่วไปจะเป็นสแตนเลส 316L โดยที่ 2205 หรือ 2507 ใช้สำหรับท่อร่วมป้อนแรงดันสูง-และส่วนหัวที่มีสมาธิ

คำถามที่ 8: การกัดกร่อนของกัลวานิกเป็นปัญหาในโรงงานแยกเกลือหรือไม่

ใช่ น้ำทะเล - เป็นอิเล็กโทรไลต์ที่มีความนำไฟฟ้าสูงซึ่งสามารถจับคู่โลหะที่แตกต่างกันสองชนิดที่สัมผัสกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ต้องพิจารณาอนุกรมกัลวานิกในน้ำทะเลทุกครั้งที่มีการเชื่อมโลหะหรือโลหะผสมที่แตกต่างกัน กฎสำคัญ: แยกไทเทเนียมออกจากสแตนเลสในระบบท่อเสมอ (ใช้ปะเก็นที่ไม่ใช่โลหะและข้อต่ออิเล็กทริก) หลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อเหล็กกล้าคาร์บอน (มีความกระฉับกระเฉงมาก) กับเหล็กกล้าไร้สนิม (มีเกียรติ) โดยไม่มีการป้องกันแคโทด และออกแบบ-หน้าสัมผัสโลหะสอง-ในสภาพแวดล้อมที่จมอยู่ใต้น้ำหรือเปียก

รายการตรวจสอบการเลือกวัสดุสำหรับนักออกแบบ

ใช้รายการตรวจสอบนี้เป็นเครื่องมือคัดกรองอย่างเป็นระบบก่อนที่จะสรุปข้อกำหนดวัสดุใดๆ สำหรับส่วนประกอบโรงงานแยกเกลือ

กระบวนการคัดเลือกวัสดุทีละขั้นตอน-:

กำหนดสภาพแวดล้อม:ความเข้มข้นของคลอไรด์ อุณหภูมิ ความดัน pH ความเร็วการไหล กิจกรรมทางชีวภาพ และการมีอยู่ของ H₂S หรือ CO₂

คำนวณ PRE ที่ต้องการ:< 35 ppm Cl⁻: PRE > 25 acceptable. Seawater (< 35,000 ppm): PRE > 40 required. Concentrate streams: PRE > 42 recommended.

ตรวจสอบขีดจำกัดอุณหภูมิ:ที่มีคลอไรด์สูงกว่า 60 องศา → กำจัด SS ออสเทนนิติก เลือกดูเพล็กซ์ ไทเทเนียม หรือโลหะผสมนิกเกิล สูงกว่า 280 องศา → กำจัดดูเพล็กซ์ ใช้โลหะผสมไทเทเนียมหรือนิกเกิล

ตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนด NACE MR0175:จำเป็นสำหรับสตรีมใดๆ ที่มีแรงดันย่อย H₂S > 0.0003 MPa (0.05 psi) ตรวจสอบตารางการปฏิบัติตามเกรดใน ISO 15156-3

ประเมินความเร็ว/ความเสี่ยงจากการกัดเซาะ:สูงกว่า 3 เมตร/วินาทีในน้ำทะเล → ระบุ-เกรด PRE หรือไทเทเนียมที่สูงกว่าสำหรับภายในปั๊มและวาล์วและข้อศอกทั้งหมด

ประเมินความเสี่ยงของ MIC:ขาตายความเร็ว-ต่ำ- ส่วนที่ไม่ถูกแยกส่วน และโซนนิ่ง → อัปเกรด PRE อย่างน้อย 5 แต้ม หรือใช้ไทเทเนียม/โลหะผสมนิกเกิล

ตรวจสอบความเข้ากันได้ของกัลวานิก:ระบุอินเทอร์เฟซแบบโลหะสอง-ทั้งหมด ระบุอุปกรณ์แยกส่วน ณ จุดที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า > 250 มิลลิโวลต์ ในชุดกัลวานิกน้ำทะเล

ดำเนินการวิเคราะห์ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน:เปรียบเทียบต้นทุนรวมในช่วง 25 ปี (CAPEX + OPEX รวมถึงการบำรุงรักษา การเปลี่ยน และการสูญเสียการผลิต) สำหรับวัสดุที่เป็นตัวเลือก 2-3 อันดับแรก

ตรวจสอบการจัดหาและการผลิต:ยืนยันความพร้อมของเกรดที่เลือกในรูปแบบผลิตภัณฑ์ ขนาด และปริมาณที่ต้องการ ตรวจสอบคุณสมบัติของผู้ผลิตในพื้นที่สำหรับขั้นตอนการเชื่อม

รับการตรวจสอบด้านวิศวกรรมการกัดกร่อน:การเลือกวัสดุทั้งหมดสำหรับการแช่น้ำทะเลหรือบริการน้ำเกลือที่มีอุณหภูมิสูง-ควรได้รับการตรวจสอบโดยวิศวกรด้านการกัดกร่อนที่ผ่านการรับรองก่อนข้อกำหนดขั้นสุดท้าย

บทสรุป

การเลือกวัสดุสำหรับโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำทะเลเป็นวินัยที่ให้รางวัลแก่การคิดอย่างเป็นระบบ -การวิเคราะห์ที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล และ-มุมมองในระยะยาว วัสดุที่มีอยู่ในปัจจุบัน - ตั้งแต่เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ 2205 ไปจนถึงโลหะผสมไทเทเนียมและนิกเกิล - มอบโซลูชันทางวิศวกรรมที่สมบูรณ์แบบสำหรับทุกส่วนของเทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล สิ่งสำคัญคือการจับคู่วัสดุที่เหมาะสมกับเงื่อนไขการบริการที่เหมาะสม

รูปแบบมีความชัดเจน: การอัปเกรดข้อมูลจำเพาะของวัสดุในขั้นตอนการออกแบบมักจะถูกกว่าการเปลี่ยนส่วนประกอบที่เสียหายหลังจากเริ่มดำเนินการโรงงานเกือบทุกครั้ง เกรดที่มีราคามากกว่าสองเท่าต่อกิโลกรัมแต่ใช้งานได้นานกว่าสามเท่า โดยมีค่าใช้จ่ายเพียงหนึ่ง-ในสี่ของค่าบำรุงรักษา เป็นตัวเลือกที่ประหยัดกว่าเสมอ ความท้าทายคือการสื่อสารอย่างชัดเจนไปยังผู้มีส่วนได้ส่วนเสียของโครงการที่เน้นการลด CAPEX เริ่มต้นให้เหลือน้อยที่สุด

คู่มือนี้เป็นพื้นฐานทางเทคนิคสำหรับการโต้แย้งเหล่านั้นด้วยความมั่นใจ ข้อมูลไม่คลุมเครือ:ในการกลั่นน้ำทะเล ข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุที่เหมาะสมไม่ใช่ต้นทุน - แต่เป็นการลงทุนด้านประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดที่นักออกแบบโรงงานสามารถทำได้

การอ้างอิงและมาตรฐาน

ข้อกำหนดมาตรฐาน ASTM A312 / A790 / A240 - สำหรับท่อ แผ่น และแผ่นสแตนเลส

ข้อกำหนดมาตรฐาน ASTM B338 - สำหรับท่อไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมแบบไม่มีรอยต่อและแบบเชื่อม

ASTM B443 / B575 / B574 - แผ่น แผ่น และท่อโลหะผสมนิกเกิล (โลหะผสม 625 / C-276)

NACE MR0175 / ISO 15156 - วัสดุสำหรับใช้ใน H₂S-สภาพแวดล้อมที่มีในการผลิตน้ำมันและก๊าซ

NACE SP0108 - การควบคุมการกัดกร่อนของโครงสร้างนอกชายฝั่งด้วยการเคลือบป้องกัน

NACE SP0169 - การควบคุมการกัดกร่อนภายนอกบนระบบท่อโลหะใต้ดินหรือใต้น้ำ

ASME B31.3 - รหัสการออกแบบท่อสำหรับกระบวนการ

รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดัน ASME ส่วนที่ VIII

คู่มือการกัดกร่อน Outokumpu ฉบับที่ 11

IDA (International Desalination Association) - หนังสือประจำปีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล 2024–2025

WHO - แนวทางการดื่ม-คุณภาพน้ำ ฉบับที่ 4 (2017 อัปเดตปี 2022)

ASM International - คู่มือ ASM เล่ม 13B: การกัดกร่อน: วัสดุ

Special Metals Corporation - กระดานข่าวทางเทคนิคสำหรับ Alloy 625 และ C-276

มาตรฐาน TEMA สำหรับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

กลุ่มข้อมูลไทเทเนียม - ไทเทเนียมในการแยกเกลือออกจาก: หมายเหตุคำแนะนำด้านเทคนิค หมายเลข TIG. 12

เอกสารนี้จัดทำขึ้นโดยผู้เชี่ยวชาญด้านอุตสาหกรรมโลหะเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลและการอ้างอิงเท่านั้น

ว่าจ้างวิศวกรการกัดกร่อนที่มีคุณสมบัติเหมาะสมและอ้างอิงมาตรฐานที่ใช้บังคับในปัจจุบันเสมอ ก่อนที่จะสรุปการเลือกวัสดุสำหรับโครงการโรงกลั่นน้ำทะเล