Nhà máy khử muối hoạt động như thế nào
Một nhà máy khử muối loại bỏ muối hòa tan trong nước biển để tạo ra nước ngọt. Hai công nghệ chiếm ưu thế: quy trình nhiệt (MSF và MED) và quy trình màng (SWRO). Mỗi quy trình có môi trường ăn mòn riêng biệt đòi hỏi các loại thép không gỉ khác nhau.
Khử muối bằng nhiệt: MSF và MED
Các nhà máy-chưng cất nhanh nhiều giai đoạn (MSF) và chưng cất đa hiệu ứng (MED) hoạt động theo cùng một nguyên tắc: nước biển được làm nóng, bay hơi một phần và hơi nước được ngưng tụ thành nước ngọt. Sự khác biệt là MSF sử dụng một loạt các buồng áp suất (giai đoạn) ở áp suất giảm dần, trong khi MED sử dụng nhiều hiệu ứng (hơi từ một hiệu ứng được sử dụng làm môi trường gia nhiệt cho hiệu ứng tiếp theo).
Các nhà máy MSF thường hoạt động ở nhiệt độ nước muối cao nhất (TBT) là 90C-120C. Các nhà máy MED hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn (60C-90C cho mỗi hiệu ứng), đó là lý do tại sao MED thường ít ăn mòn hơn MSF.
Khử muối bằng màng: SWRO
Thẩm thấu ngược nước biển (SWRO) hoạt động bằng cách tạo áp suất cao (55-80 bar) cho nước biển qua màng bán-thấm. Màng loại bỏ muối; chất cô đặc (nước muối, ~70-80 g/L TDS) được thải ra ở áp suất cao. SWRO tiết kiệm năng lượng hơn các quy trình nhiệt và hiện chiếm phần lớn công suất khử muối mới trên toàn thế giới.
Bảng 1: Công nghệ khử muối - So sánh quy trình và mức độ liên quan đến ăn mòn
| Quá trình | Nguyên tắc | Kích thước điển hình | Tiêu thụ năng lượng | Nhiệt độ nước muối hàng đầu (C) | Số lượng thực vật trên toàn cầu |
MSF (Đèn flash nhiều giai đoạn)
| Bay hơi + chưng cất nhanh trong buồng tổ chức
| 10-75 MLD
| 8-14 kWh/m3 (nhiệt + điện)
| 90-120
| ~350 (giảm dần)
|
MED (Chưng cất đa tác dụng)
| Bay hơi qua nhiều hiệu ứng; tái sử dụng hơi
| 10-75 MLD
| 5-10 kWh/m3 (nhiệt + điện)
| 60-90
| ~200 (ổn định)
|
SWRO (RO nước biển)
| Lọc màng áp suất cao-
| 1-500 MLD
| 3-5 kWh/m3 (chỉ dùng điện)
| Môi trường xung quanh (~25C)
| ~17.000 (tăng nhanh)
|
FO-MED (hỗn hợp)
| Thẩm thấu thuận + MED lai
| 5-30 MLD
| 2-4 kWh/m3
| < 40
| ~10 (giai đoạn đầu)
|
Bùn (Xả chất lỏng bằng không)
| Sự kết tinh nước muối + bay hơi
| Dự án-cụ thể
| 10-20 kWh/m3
| Biến
| ~50 (mới nổi)
|
Năm khu vực ăn mòn trong nhà máy khử muối
Mỗi nhà máy khử muối có thể được chia thành năm khu vực riêng biệt, mỗi khu vực có cơ chế ăn mòn khác nhau và các yêu cầu về thép không gỉ khác nhau.
Bảng 2: Sáu vùng ăn mòn trong nhà máy khử muối - Các thông số chính
| Vùng | Vị trí | Nhiệt độ (C) | Clorua (ppm) | Oxy (ppm) | Vận tốc dòng chảy | Hoạt động vi sinh vật | Rủi ro rỗ |
Vùng 1: Cửa vào
| Đường hầm lấy nước biển thô, màn chắn, máy bơm
| 20-32
| 18,000-22,000
| 4-8
| 1-3 m/s (thấp)
| Cao (màng sinh học)
| Vừa phải (316L được)
|
Vùng 2: Điều trị trước{1}}
| Bộ lọc hộp mực, bể keo tụ, điểm định lượng
| 25-35
| 18,000-22,000
| 6-10
| 1-3 m/s
| Rất cao
| Cao (cận biên 316L)
|
Vùng 3: Phần{1}}áp suất cao
| SWRO: Ống góp bơm HP, đường ống tập trung (55-80 bar)
| 25-40
| 25.000-35.000 (tập trung)
| < 2 (deoxygenated)
| Cao (3-5 m/s)
| Thấp (nước sạch)
| Rất cao (SS có nguy cơ)
|
Vùng 4: Tàu màng
| SWRO: bình chịu áp lực, thành phần màng, nước sản phẩm
| 20-30
| < 500 (product water)
| < 0.1 (deoxygenated)
| Thấp (màng)
| Thấp
| Rất thấp (bất kỳ SS nào cũng được)
|
Khu 5: Khu Nhiệt
| MSF/MED: lò sưởi nước muối, vỏ thiết bị bay hơi, không gian hơi
| 60-120
| 40.000-70.000 (nước muối)
| < 0.1
| Thấp (trọng lực)
| Thấp (nóng)
| Cực độ (SS thất bại nhanh chóng)
|
Khu 6: Xả nước mặn
| Đường hầm thoát nước muối, bộ khuếch tán, khu trộn
| 30-40
| 50,000-70,000
| Biến
| Thấp (vùng pha loãng)
| Vừa phải
| Trung bình (pha loãng giúp)
|
Các loại thép không gỉ cho các ứng dụng khử muối
Sáu loại thép không gỉ thường được sử dụng trong các nhà máy khử muối, từ 304L (chi phí thấp nhất, hiệu suất thấp nhất) đến2507 siêu song công(chi phí cao nhất, hiệu suất cao nhất). Chọn sai loại sẽ gây lãng phí tiền bạc hoặc gây ra thất bại sớm.
Bảng 3: Các loại thép không gỉ và titan để khử muối - Hóa học, PREN và Khu vực ứng dụng
| Lớp (UNS) | Cr (%) | Ni (%) | Mo (%) | N (%) | PREN (xấp xỉ) | Công thức PREN | Nhiệt độ tối đa trong nước biển (C) | Khu sử dụng khử muối | Chi phí tương đối (so với 304L) |
304L (S30403)
| 18.0-20.0
| 8.0-12.0
| Không có
| Không có
| 18-22
| Chỉ Cr
| ~40 (có giới hạn)
| Vùng 4 (chỉ nước sản phẩm)
| 1.0x (cơ sở)
|
316L (S31603)
| 16.0-18.0
| 10.0-14.0
| 2.0-3.0
| Không có
| 24-30
| Cr + 3.3xMo
| ~60
| Vùng 1-2 (nhiệt độ-thấp, Cl thấp)
| 1.3-1.6x
|
904L (N08904)
| 19.0-23.0
| 23.0-28.0
| 4.0-5.0
| Không có
| 35-40
| Cr + 3.3xMo
| ~80
| Vùng 2-3 (phần clo)
| 2.5-3.5x
|
2205 song công (S32205)
| 22.0-23.0
| 4.5-6.5
| 3.0-3.5
| 0.14-0.20
| 30-35
| Cr+3.3xMo+30xN
| ~80
| Vùng 3 (đường ống HP, SWRO)
| 2.0-3.0x
|
2507 Siêu song công (S32750)
| 24.0-26.0
| 6.0-8.0
| 3.0-5.0
| 0.20-0.30
| 40-43
| Cr+3.3xMo+30xN
| ~100
| Vùng 3 (bơm HP, đầu vào TBH)
| 3.5-5.0x
|
Titan Gr.2 (R50400)
| Không có
| Không có
| Không có
| Không có
| ~0 (không phải Cl-rỗ)
| Không rỗ trong nước biển
| Tất cả nhiệt độ
| Vùng 5 (bộ trao đổi nhiệt TBH, MSF/MED)
| 8-15x (nhưng tuổi thọ dài nhất)
|
PREN - Số chính để lựa chọn cấp độ khử muối
Số tương đương khả năng chống rỗ (PREN) là số đơn quan trọng nhất để lựa chọn thép không gỉ trong môi trường clorua. Nó được tính toán từ thành phần hóa học của hợp kim và dự đoán nhiệt độ tại đó vết rỗ sẽ xảy ra ở nồng độ clorua nhất định.
PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N
PREN đo lường khả năng chống lại sự bắt đầu rỗ. PREN cao hơn có nghĩa là hợp kim có thể chịu được nồng độ clorua hoặc nhiệt độ cao hơn trước khi bắt đầu rỗ. Trong nước biển (~20.000 ppm Cl-), PREN ít nhất là 30 thường được khuyến nghị để hoạt động liên tục ở nhiệt độ môi trường.
Bảng 4: Phạm vi PREN và Giới hạn ứng dụng nước biển đối với các loại thép không gỉ
| Phạm vi PREN | (Các) lớp | PREN điển hình | Giới hạn ứng dụng nước biển | CIP Nhiệt độ tới hạn (C) |
< 25
| 304L, 316L (tiêu chuẩn)
| 18-30
| Pits at >40C trong nước biển
| < 25
|
25-35
| 316L (cao{1}}C), 904L, 2205 Song công
| 30-40
| An toàn lên đến 60-80C trong nước biển
| 25-35
|
35-43
| 904L, 2507 Siêu song công
| 35-43
| An toàn lên tới 80-100C trong nước biển; Phần SWRO HP
| 35-45
|
43+
| 2507, Hợp kim 254 SMO
| 43-50
| Dành riêng cho điều kiện khắc nghiệt
| 45-55
|
Không có nguy cơ rỗ
| Titan lớp 2
| Không áp dụng (Ti miễn nhiễm với vết rỗ Cl{0}})
| Tất cả nhiệt độ nước biển
| Tất cả nhiệt độ
|
Lựa chọn cấp thép không gỉ theo bộ phận nhà máy
Lượng nước biển thô (Vùng 1)
Lượng nước biển thô được đưa vào là điểm vào của nước biển. Nhiệt độ: 20-32C (thay đổi tùy theo địa điểm và mùa). Clorua: 18.000-22.000 ppm. Oxy hòa tan: 4-8 ppm. Vận tốc dòng chảy: 1-3 m/s. Nguy cơ ăn mòn chính là ăn mòn do ảnh hưởng vi sinh vật (MIC) từ màng sinh học và tích tụ trầm tích tốc độ thấp.
Bảng 5: Lựa chọn loại thép không gỉ - Lượng nước biển thô lấy vào (Vùng 1)
| Thiết bị | Lớp đề xuất | Số UNS | sự biện minh | Lớp thay thế |
Màn chắn gió
| 316L
| S31603
| Tiêu chuẩn cho nước biển xung quanh; đủ cho lượng-nhiệt độ thấp
| 904L nếu bám bẩn sinh học nghiêm trọng
|
Ống dẫn nước (bê tông{0}}lót)
| 316L (lớp lót)
| S31603
| Vỏ bê tông + lớp lót SS; 316L đủ
| 2205 nếu đường ống được chôn hoàn toàn SS
|
Bơm hút (vỏ)
| Song công 316L hoặc CD4MCu
| S31603 / J93370
| 316L OK cho vỏ máy bơm ở nhiệt độ môi trường xung quanh
| CD4MCu dành cho máy bơm-cột cao
|
Bể chứa nước biển (bể ngày)
| 316L
| S31603
| Nhiệt độ môi trường xung quanh; 316L đủ để lưu trữ số lượng lớn
| 904L dành cho bể có liều Cl-cao
|
Đường ống nước rửa áp suất thấp-
| 316L
| S31603
| Áp suất thấp; nhiệt độ môi trường xung quanh; 316L đủ
| 2205 cho cây lớn hơn
|
Phần-điều trị trước (Vùng 2)
Quá trình xử lý sơ bộ bổ sung chất đông tụ (FeCl3, polyelectrolyte), axit (H2SO4 hoặc HCl để điều chỉnh độ pH) và chất diệt khuẩn (NaOCl để khử trùng bằng clo hoặc chloramines). Phần này có tính chất hóa học phức tạp nhất trong nhà máy. Clo là biến số quan trọng: quá trình clo hóa liên tục 1-3 ppm làm tăng đáng kể nguy cơ rỗ đối với 316L.
Bảng 6: Lựa chọn cấp thép không gỉ - Phần-Xử lý trước (Vùng 2)
| Thiết bị | Lớp đề xuất | Số UNS | Mối quan tâm ăn mòn chính | Lớp thay thế |
Bình lọc hộp mực
| 316L
| S31603
| Nhiệt độ môi trường xung quanh; đủ 316L; kiểm tra liều Cl
| 904L cho liều lượng-Cl cao
|
Bể keo tụ (nếu SS{0}}được lót)
| 316L
| S31603
| Chất keo tụ FeCl3 có tính ăn mòn nhẹ; 316L được rồi
| 2205 cho xe tăng lớn
|
Dây chuyền định lượng axit (H2SO4)
| 316L hoặc 904L
| S31603 / N08904
| H2SO4 là axit khử; 316L OK ở nhiệt độ thấp; 904L ưa thích cho axit đậm đặc
| 316L đủ cho H2SO4 loãng
|
Dòng natri hypoclorit (NaOCl)
| 904L hoặc 2205
| N08904 / S32205
| NaOCl (tương đương 1-3 ppm Cl2) gây rỗ ở 316L ở nhiệt độ trên 30C; tối thiểu 904L
| 2205 được ưu tiên cho 3+ ppm Cl2
|
Dây chuyền định lượng chống cặn
| 316L
| S31603
| Nhẹ nhàng; 316L đủ
| 904L cho chất ức chế cáu cặn có Cl-
|
Máy khử khí (loại bỏ CO2)
| 316L
| S31603
| Nhiệt độ thấp; 316L được; CO2 không phải là tác nhân ăn mòn
| 904L dành cho thiết bị khử khí-nhiệt độ cao
|
SWRO Vùng áp suất cao-(Vùng 3) - Vùng tới hạn
Khu vực-áp suất cao (HP) SWRO là trung tâm của bất kỳ nhà máy SWRO nào và là khu vực-có nguy cơ ăn mòn thép không gỉ cao nhất. Nước biển đi vào ở nhiệt độ ~25C và thoát ra dòng cô đặc ở nhiệt độ 40-50C và áp suất 55-80 bar. Nồng độ clorua trong chất cô đặc (dòng thải) đạt 25.000-35.000 ppm Cl-. Sự kết hợp giữa áp suất cao, nhiệt độ cao và nồng độ clorua cao là cực kỳ mạnh mẽ.
Bảng 7: Lựa chọn cấp thép không gỉ - SWRO Cao-Phần áp suất (Vùng 3)
| Thiết bị | Lớp đề xuất | Số UNS | Thông số thiết kế quan trọng | Lớp thay thế |
Máy bơm HP đa dạng
| 2507 Siêu song công hoặc 2205
| S32750 / S32205
| áp suất 55-80 bar; 25-40C; dòng tập trung; tốc độ cao nhất (3-5 m/s)
| 2205 chấp nhận được đối với < 70 bar; Cần 2507 cho thanh 70-80
|
Đường ống áp suất cao{0}}(ngược dòng màng)
| 2205 song công (S32205)
| S32205
| thanh 55-80; 25-40C; nước biển + dư lượng clo
| 2507 cho phần cô đặc-Cl cao
|
Đường ống cô đặc (hậu-màng, cao-Cl)
| 2507 Siêu song công
| S32750
| 35.000-40.000 ppm Cl-; 35-50C; áp suất cao (55-65 bar)
| 2205 chấp nhận được với < 30.000 ppm Cl- và < 35C
|
Bình áp lực (vỏ màng)
| 316L hoặc 2205 (bên trong)
| S31603 / S32205
| Bề mặt ướt bên trong; nước sản phẩm (< 500 ppm Cl-); 316L OK here
| 2205 cho nguồn cấp dữ liệu có độ mặn-cao
|
Thiết bị thu hồi năng lượng (ERI/PTEC)
| Song công 2205 hoặc 2507
| S32205 / S32750
| Vận tốc cao; hạt mài mòn; clo hóa; thanh 55-80
| 2507 được ưu tiên cho dịch vụ ăn mòn
|
Đường ống liên tầng (bơm tăng áp)
| 2205 song công
| S32205
| Áp suất trung bình (35-55 bar); 25-35C
| 316L OK cho giai đoạn áp suất-thấp
|
Đường lấy mẫu
| 316L
| S31603
| Áp suất thấp; nhiệt độ môi trường xung quanh; chỉ lấy mẫu
| 904L cho mẫu clo hóa
|
Phần khử mặn bằng nhiệt (Vùng 5) - MSF và MED
Phần nhiệt của nhà máy MSF và MED là môi trường ăn mòn đòi hỏi khắt khe nhất trong bất kỳ nhà máy khử muối nào. Nhiệt độ nước muối đạt tới 90-120C (nước muối trên cùng MSF) và 70-90C (MED). Nồng độ clorua đạt 50.000-70.000 ppm trong chất cô đặc. Ở nhiệt độ và nồng độ clorua này, không có thép không gỉ austenit (304L, 316L, 904L) nào đáng tin cậy để sử dụng lâu dài. Titan cấp 2 là tiêu chuẩn cho ống trao đổi nhiệt trong các nhà máy MSF/MED.
Bảng 8: Lựa chọn cấp độ thép không gỉ / titan - Khu vực khử muối bằng nhiệt (Vùng 5)
| Thiết bị | Lớp đề xuất | Lớp thay thế | Tại sao không phải là thép không gỉ |
Máy làm nóng nước muối bay hơi MSF (vỏ)
| Thép cacbon (lót-epoxy hoặc cao su-lót)
| -
| Nước muối nhiệt độ cao (120C); CS phù hợp với lớp lót
|
Ống trao đổi nhiệt MSF (chính)
| Titan lớp 2 (UNS R50400)
| Đồng-niken 90/10 (dành cho giai đoạn nhiệt độ thấp hơn)
| Không có SS nào tồn tại được lâu dài ở 90-nước biển 120C
|
Ống trao đổi nhiệt MSF (giai đoạn sau)
| Titan lớp 2 hoặc CuNi 90/10
| 316L (chỉ dành cho các công đoạn dưới 60C, 2-3 công đoạn cuối)
| 316L thất bại trong < 3 năm trên 70C trong nước biển
|
Ống bay hơi MED (tác dụng 1-3)
| Titan lớp 2
| -
| Hiệu ứng 1-3 chạy ở 70-90C; không có SS đủ
|
Ống bay hơi MED (hiệu ứng 4+)
| CuNi 90/10 hoặc 316L
| Titanium Lớp 2 cho hiệu ứng cuối cùng
| Nhiệt độ thấp hơn (50-70C); 316L hơi ổn
|
Không gian đầu hơi (MSF/MED)
| 316L hoặc 2205 (đối với-vùng khí không ngưng tụ)
| Titan lớp 2
| Hơi nhiệt độ cao + chất-không ngưng tụ; 316L cho vỏ bình ngưng
|
Vỏ bơm tuần hoàn nước muối
| CD4MCu (đúc hai mặt) hoặc 316L (được phủ)
| Titan lớp 2 (cho nước muối nóng)
| Nước muối nóng (80-120C); 316L bị lỗi; CuNi không đủ
|
Khay chưng cất MSF
| 316L
| 2205 Duplex (cho tốc độ cao)
| 60-90C; đủ 316L; 2205 cho các đoạn tốc độ cao
|
So sánh chi phí và vòng đời
Thép không gỉ có chi phí trả trước cao hơn thép cacbon hoặc thép cacbon lót, nhưng tổng chi phí vòng đời (LCC) lại ưu tiên thép không gỉ trong các ứng dụng khử muối. Phần này định lượng tính kinh tế.
Bảng 9: So sánh chi phí vòng đời - Thép không gỉ và các giải pháp thay thế trong dịch vụ nước biển
| Chất liệu / Lớp | Mật độ (g/cm3) | Chỉ số chi phí tương đối (Cơ sở=CS) | Thiết kế cuộc sống trong nước biển (năm) | Chỉ số chi phí hàng năm | Chi phí bảo trì (mỗi năm) |
Thép Carbon (không tráng)
| 7.85
| 1.0x
| 1-3
| CAO (thay thế 2 năm một lần)
| Cao (tốc độ ăn mòn 0,3-1,0 mm/năm)
|
Thép cacbon (-lót cao su)
| 7.85
| 1.5-2.0x
| 10-15
| Vừa phải
| Thấp (kiểm tra lớp lót 5 năm một lần)
|
Thép không gỉ 316L
| 7.98
| 3.5-4.5x
| 20-30
| Thấp
| Rất thấp
|
Thép không gỉ song công 2205
| 7.80
| 5.0-7.0x
| 25-35
| Thấp
| Rất thấp
|
Thép không gỉ siêu kép 2507
| 7.80
| 8.0-12.0x
| 30-40
| Thấp
| không đáng kể
|
Titan lớp 2
| 4.51
| 15.0-25.0x
| 30-50+
| Thấp (mặc dù trả trước cao)
| Không đáng kể (không ăn mòn tích cực)
|
CuNi 90/10
| 8.94
| 4.0-6.0x
| 15-25
| Vừa phải
| Thấp (bẩn sinh học nhỏ)
|
Tiêu chuẩn sản xuất và vật liệu cho thép không gỉ khử muối
Bảng 11: Tiêu chuẩn sản xuất và vật liệu cho thép không gỉ khử muối
| Tiêu chuẩn | Tên đầy đủ | Áp dụng cho | Yêu cầu chính | Khi được yêu cầu |
ASTM A240/A240M
| Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho crom và crom-Tấm, tấm và dải thép không gỉ niken
| Tấm và tấm cho bình chịu áp lực
| Giới hạn hóa học, tính chất cơ học, độ cứng, báo cáo thử nghiệm máy nghiền
| Bắt buộc đối với tất cả các tấm và tấm thép không gỉ
|
ASTM A789/A789M
| Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho ống thép không gỉ Ferritic/Austenitic liền mạch và hàn
| Ống song công và siêu song công liền mạch
| Hóa học, tính chất cơ học, xét nghiệm HIC (đối với môi trường chua)
| Bắt buộc đối với tất cả các ống song công
|
ASTM A790/A790M
| Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho ống thép không gỉ Ferritic/Austenitic liền mạch và hàn
| Ống song công liền mạch
| Tương tự như A789; cộng với dung sai kích thước, kiểm tra thủy tĩnh
| Bắt buộc đối với tất cả các ống song công
|
ASTM A268/A268M
| Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho ống thép không gỉ Ferritic liền mạch và hàn
| Ống SS Ferritic (không dùng trong khử muối)
| -
| Không áp dụng
|
ASME BPVC Phần II Phần A
| Mã nồi hơi và bình áp suất ASME, Phần II, Phần A (Vật liệu sắt)
| Vật liệu dành cho tàu có đóng dấu ASME-
| Chất lượng vật liệu, xử lý nhiệt, thử nghiệm
| Đối với bình chịu áp lực có tem ASME
|
EN 10028-7
| Sản phẩm phẳng dùng cho mục đích chịu áp lực - Phần 7: Thép không gỉ
| Tấm và tấm cho thiết bị chịu áp lực (EU)
| Tương tự như ASTM A240
| các dự án của EU; EN{0}}các quốc gia tiêu chuẩn
|
ISO 21457
| Công nghiệp dầu mỏ và khí đốt tự nhiên - Vật liệu cho hệ thống phun nước biển
| Hệ thống đường ống nước biển (chung)
| PREN tối thiểu; yêu cầu kiểm tra ăn mòn
| dầu khí quốc tế; tài liệu tham khảo khử muối
|
DNVGL-RP-B101
| Khuyến nghị thực hành cho hợp kim chống ăn mòn trong nước biển
| Đường ống nước biển và bộ trao đổi nhiệt
| PREN, Mo%, N%; giới hạn nhiệt độ; yêu cầu kiểm tra
| dự án Bắc Âu; tàu được phân loại DNV{0}}
|
NACE MR0175 / ISO 15156
| Tài liệu dành cho môi trường chứa H2S-
| Dịch vụ khử muối chua (hiếm)
| Yêu cầu vật chất cho dịch vụ H2S
| Chỉ khi có H2S (sản xuất dầu-nước mỏ-)
|
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Loại thép không gỉ nào được sử dụng phổ biến nhất trong các nhà máy khử muối?
Đáp: Thép không gỉ 316L (UNS S31603) là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong các nhà máy khử muối, chiếm khoảng 60-70% tổng lượng sử dụng thép không gỉ (bể nạp, bể-xử lý trước, đường ống nước sản phẩm và các bộ phận-áp suất thấp). Đối với các phần SWRO áp suất cao và các phần nhiệt, 2205 song công và Titanium Cấp 2 tương ứng là tiêu chuẩn.
Hỏi: Thép không gỉ 316L có thể sử dụng được trong nước biển không?
Đáp: Có, nhưng chỉ trong các điều kiện cụ thể: nhiệt độ môi trường xung quanh (dưới 30-40C), tốc độ dòng chảy thấp (dưới 2 m/s), không khử trùng bằng clo hoặc khử trùng bằng clo ở mức thấp (dưới 1 ppm) và không có trong-điều kiện lắng đọng. Trong thực tế, 316L là đủ cho lượng nước biển thô (Vùng 1) và phần nước sản phẩm (Vùng 4). Nó KHÔNG phù hợp cho tiền xử lý bằng clo (Vùng 2), phần SWRO HP (Vùng 3) hoặc phần nhiệt (Vùng 5).
Hỏi: PREN là gì và tại sao nó lại quan trọng đối với việc khử muối?
A: PREN (Số tương đương với khả năng chống rỗ)=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N. Nó dự đoán nồng độ clorua và nhiệt độ tại đó quá trình rỗ sẽ bắt đầu. Trong nước biển (~20.000 ppm Cl-), PREN ít nhất được khuyến nghị là 30 để hoạt động liên tục. 316L (PREN ~24-30) là ở mức cận biên; 2205 (PREN ~30-35) là đủ; 2507 (PREN ~40-43) được ưu tiên cho các khu vực hung hãn nhất.
Hỏi: Tại sao titan được sử dụng trong các nhà máy khử muối MSF/MED?
Trả lời: Titanium Lớp 2 (UNS R50400) không bị ăn mòn rỗ và kẽ hở trong nước biển ở mọi nhiệt độ lên tới 260C. Ở nhiệt độ nước muối cao nhất của các nhà máy MSF (90-120C) và các nhà máy MED (70-90C), không loại thép không gỉ nào có thể tồn tại lâu dài. Titan không bị ăn mòn chủ động trong nước biển: màng oxit titan (TiO2) hoàn toàn ổn định và tự phục hồi nếu bị hư hỏng. Hạn chế duy nhất của nó là chi phí (8-15 lần so với 316L) và độ nhạy với sự ăn mòn kẽ hở trong điều kiện trì trệ ở nhiệt độ cao.
Hỏi: Sự khác biệt giữa thép không gỉ song công 2205 và thép không gỉ siêu song công 2507 là gì?
Đáp: Sự khác biệt chính là: (1) 2507 có hàm lượng crom cao hơn (24-26% so với 22-23%), molypden cao hơn (3-5% so với 3,0-3,5%), hàm lượng nitơ cao hơn (0,20-0,30% so với 0,14-0,20%); (2) 2507 có PREN cao hơn (40-43 so với 30-35); (3) 2507 có độ bền kéo cao hơn (800 MPa so với 620 MPa của 2205); (4) 2507 được sử dụng cho các khu vực đòi hỏi khắt khe nhất (đa tạp bơm SWRO HP, đường ống tập trung ở 40C+); 2205 được sử dụng cho đường ống SWRO HP thông thường.
Hỏi: Quá trình clo hóa ảnh hưởng đến việc lựa chọn thép không gỉ như thế nào?
Trả lời: Khử trùng bằng clo (liều lượng NaOCl) là biến số vận hành quan trọng nhất trong việc lựa chọn thép không gỉ khử muối. Clo làm tăng khả năng oxy hóa của nước biển, làm tăng tốc độ rỗ. 316L hiện tượng rỗ xảy ra ở 1 ppm Cl2 ở 30C và ở 0,3 ppm Cl2 ở 50C. Đối với nước biển được clo hóa liên tục (2-3 ppm), sử dụng tối thiểu 904L (PREN 35-40). Để khử trùng bằng clo (5-10 ppm), sử dụng song công 2205 hoặc cao hơn.
Hỏi: Điều gì gây ra sự-ăn mòn do cặn lắng trong các nhà máy khử muối và cách ngăn chặn nó?
Trả lời: Ăn mòn dưới lớp lắng đọng (UDC) xảy ra khi cặn, cặn hoặc màng sinh học tích tụ trên thành ống, tạo ra một khoang thông khí khác biệt (vùng cạn kiệt oxy bên dưới lớp cặn lắng bị ăn mòn trong khi bề mặt xung quanh được bảo vệ). Trong quá trình khử muối, UDC là dạng hư hỏng chính đối với 316L ở phần nạp và phần xử lý trước. Phòng ngừa: (1) duy trì tốc độ dòng chảy trên 1,5 m/s để ngăn ngừa lắng đọng trầm tích; (2) chỉ định đường ống có lỗ trơn- (ống vệ sinh thay vì ống hàn có hạt bên trong); (3) sử dụng 904L hoặc 2205 ở những khu vực dễ bị tích tụ cặn (các khúc cua, điểm chết, các đoạn có vận tốc{13}}thấp).
Hỏi: Tuổi thọ thiết kế của thép không gỉ trong các ứng dụng khử muối là bao lâu?
A: 316L: 20-30 năm ở Khu 1-2; Duplex 2205: 25-35 năm ở Zone 3; 2507 super duplex: 30-40 năm tại Zone 3; Titan cấp 2: 30-50+ năm ở Vùng 5. Tuổi thọ sử dụng thực tế phụ thuộc vào: nhiệt độ, nồng độ clorua, tốc độ dòng chảy, chế độ khử trùng bằng clo và chất lượng chế tạo.
