خوردگی و حفاظت از سیستم‌های لوله‌کشی با فشار بالا- در نمک‌زدایی آب دریا با اسمز معکوس

در پس زمینه کمبود آب جهانی، نمک زدایی آب دریا به تدریج به یک راه حل ضروری برای کاهش کمبود آب شیرین تبدیل شده است. به ویژه در مناطقی مانند خاورمیانه، شمال آفریقا و جنوب آسیا که کمبود آب شدید است، نمک‌زدایی با اسمز معکوس (RO) به دلیل مصرف کم انرژی، انعطاف‌پذیری عملیاتی و هزینه‌های سرمایه‌گذاری نسبتاً پایین، به فناوری اصلی تبدیل شده است. با این حال، سیستم‌های RO باید آب دریا بسیار شور و خورنده را تصفیه کنند، که چالش‌های مهمی برای مواد تجهیزات ایجاد می‌کند. در این میان، سیستم لوله‌کشی با فشار بالا هم جزء اصلی است که عملکرد غشاء پایدار را تضمین می‌کند و هم آسیب‌پذیرترین بخش در برابر خوردگی است. استراتژی های انتخاب مواد و حفاظت مستقیماً بر ایمنی و قابلیت اقتصادی پروژه های نمک زدایی تأثیر می گذارد.

محیط عملیاتی نمک زدایی آب دریا RO پیچیده است:

• شوری بالا: یون های کلرید در آب دریا می توانند به راحتی لایه های غیرفعال روی فلزات را بشکنند و باعث ایجاد خوردگی حفره ای شوند.
• نوسانات دما: در مناطقی مانند خلیج فارس و دریای سرخ، دمای آب دریا در تابستان می تواند از 35 درجه بالاتر از دمای حفره ای بحرانی بسیاری از فولادهای زنگ نزن بیشتر شود.
• کلر باقیمانده: حتی مقادیر کمی از کلر باقیمانده از بیوسیدها (به عنوان مثال، هیپوکلریت) که در پیش تصفیه استفاده می شود، می تواند خوردگی فولادهای زنگ نزن آستنیتی را تسریع کند.

در نتیجه، سیستم های اولیه ای که فولادهای زنگ نزن آستنیتی 316L، 317L و 904L را پذیرفته بودند، اغلب از خوردگی حفره ای و شکافی رنج می بردند. حتی فولادهای زنگ نزن دوبلکس مانند 2205 و 2507 در شرایط دمای بسیار بالا و شوری بالا، خوردگی و شکست موضعی را تجربه کرده اند.

امروزه، کارخانه های نمک زدایی آب دریا به طور کلی یک استراتژی مواد تقسیم بندی شده را اتخاذ می کنند:

• بخش های کم فشار-: مواد غیر فلزی مانند UPVC، FRP و PTFE به طور گسترده برای به حداقل رساندن خوردگی مربوط به کلر- استفاده می‌شوند.
• لوله-فشار بالا: هدرهای اصلی معمولاً از فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205 ساخته می شوند، در حالی که لوله های انشعاب ممکن است از فولادهای زنگ نزن دوبلکس 2507 یا فولادهای زنگ نزن آستنیتی با آلیاژ بالا- استفاده کنند.
• اجزای حیاتی: قطعاتی مانند صفحات انتهایی مخازن تحت فشار RO و کوپلینگ های سریع به آلیاژهای{0} درجه بالاتری مانند فولاد ضد زنگ 2507 یا 6Mo نیاز دارند.

در شمال چین، جایی که دمای آب دریا نسبتاً پایین است، فولادهای ضد زنگ دوبلکس عملکرد مناسبی دارند. با این حال، در آب‌های جنوبی و مناطق-با درجه حرارت بالا،-با شوری بالا مانند خاورمیانه و شمال آفریقا، فولادهای دوبلکس همچنان دچار خرابی‌ها می‌شوند-از جمله حوادث نشت آب نمک که ایمنی سیستم را به خطر می‌اندازد.

تجربه میدانی گسترده این را تایید کرده استتیتانیوم (به عنوان مثال، تیتانیوم خالص تجاری TA2)راه حل ایده آل برای محیط های خوردگی شدید است. تیتانیوم ارائه می دهد:

• مقاومت در برابر خوردگی برجسته: تیتانیوم به طور طبیعی یک لایه اکسید پایدار تشکیل می‌دهد که در محیط‌های غنی از کلرید{0}}در برابر خوردگی حفره‌ای و شکافی بسیار مقاوم است.
• قابلیت اطمینان بلندمدت-: در یک کارخانه نمک‌زدایی در جزیره‌ای در دریای چین جنوبی، لوله‌ها و دریچه‌های تیتانیوم دست نخورده و بدون خوردگی-پس از هشت سال کار مداوم باقی ماندند.
• مناسب برای آبهای{0} با دمای بالا: حتی در مناطقی مانند خلیج فارس و دریای سرخ، تیتانیوم پایداری عالی را حفظ می کند.

اگرچه تیتانیوم هزینه اولیه بالاتری دارد، نیازهای تعمیر و نگهداری کم و عمر طولانی آن سرمایه گذاری اولیه را جبران می کند و باعث می شود که سیستم های لوله کشی تیتانیوم به طور فزاینده ای در برنامه های- نمک زدایی با فشار بالا مورد استفاده قرار گیرند.

فراتر از انتخاب مواد، حفاظت چند لایه ضروری است:

• شیوه های عملیاتی: در هنگام خاموشی، شستشو با آب شیرین از تسریع خوردگی آب دریای راکد جلوگیری می کند.
• حذف کلر: افزودن عوامل کاهنده قبل از ورود آب دریا به بخش فشار بالا از لوله‌ها و غشاهای RO محافظت می‌کند.
• حفاظت کاتدی: آندهای قربانی (مثلاً روی) می توانند خطرات خوردگی را در لوله های فولادی دوبلکس کاهش دهند، اگرچه استفاده در مقیاس بزرگ محدود است.
• پوشش ها و اصلاح سطح: به خوبی در لوله‌کشی‌های-فشار کم، پایداری طولانی‌مدت و اثربخشی هزینه-در سیستم‌های فشار بالا-به اعتبارسنجی بیشتری نیاز دارد.
• افزودنی های سبز: پیشرفت‌های آینده ممکن است شامل مواد شیمیایی سازگار با محیط زیست{0}}با عملکردهای مهار خوردگی و کنترل مقیاس، متعادل کردن ایمنی تجهیزات و پایداری محیطی باشد.

از آنجایی که تقاضای جهانی برای آب شیرین همچنان در حال افزایش است، نمک‌زدایی آب دریا RO به طور گسترده‌تری در شهرهای ساحلی، جزایر و پایگاه‌های صنعتی مستقر خواهد شد. روندهای صنعت احتمالاً شامل موارد زیر خواهد بود:

پذیرش مواد پیشرفته: آلیاژهای تیتانیوم و کامپوزیت ها کاربرد وسیع تری خواهند داشت، به ویژه در محیط های شدید دریایی.

ارزیابی هزینه چرخه عمر: برنامه‌ریزی پروژه تمرکز را از سرمایه‌گذاری اولیه به متعادل کردن هزینه‌های عملیاتی و نگهداری بلندمدت- تغییر می‌دهد.

نظارت و حفاظت هوشمند: حسگرها و کلان داده‌ها نظارت بر خوردگی و نگهداری پیش‌بینانه را-در زمان واقعی فعال می‌کنند.

فناوری های حفاظت سبز: توسعه مقیاس‌های سازگار با محیط زیست-و بازدارنده‌های خوردگی از رشد پایدار در نمک‌زدایی آب دریا حمایت می‌کند.