120 डिग्री पर उच्च {{2}क्लोराइड (100,000 पीपीएम) ब्राइन का उपचार करने वाले शून्य {{0}तरल -डिस्चार्ज इवेपोरेटर में, ऑक्सीजन की उपस्थिति टाइटेनियम शीथ की निष्क्रियता स्थिरता को कैसे नियंत्रित करती है?

उच्च तापमान वाले नमकीन बाष्पीकरणकर्ताओं के लिए टाइटेनियम हीटर डिज़ाइन में मौलिक व्यापार-संबंधी छूट
शून्य {{0}तरल {{1}डिस्चार्ज (जेडएलडी) बाष्पीकरणकर्ताओं में, औद्योगिक अपशिष्ट जल को संतृप्ति के निकट केंद्रित किया जाता है ताकि 100{18}}120 डिग्री के ऑपरेटिंग तापमान पर 100,000{16}}150,000 पीपीएम तक क्लोराइड सांद्रता वाले नमकीन पानी का उत्पादन किया जा सके। क्लोराइड समाधानों में उत्कृष्ट सामान्य संक्षारण प्रतिरोध के कारण इस सेवा में उपयोग किए जाने वाले विसर्जन हीटर अधिमानतः टाइटेनियम हैं। हालाँकि, ये गंभीर परिस्थितियाँ टाइटेनियम की निष्क्रियता की सीमा का परीक्षण करती हैं। खारे पानी में (30 डिग्री पर 19,000 पीपीएम सीएल⁻) टाइटेनियम अनिश्चित काल तक निष्क्रिय रहता है, लेकिन 120 डिग्री पर 100,{13}} पीपीएम क्लोराइड की उपस्थिति में, निष्क्रिय टाइटेनियम डाइऑक्साइड परत ऐसी स्थिति में होती है जहां इसकी स्थिरता नमकीन पानी में घुलनशील ऑक्सीजन एकाग्रता पर निर्भर करती है। ऑक्सीजन युक्त स्थितियों में निष्क्रिय फिल्म जल्दी से ठीक हो जाती है और पतली दीवार की मोटाई का एक टाइटेनियम शीथ (1.0 मिमी) कई वर्षों तक सेवा प्रदान कर सकता है। निष्क्रिय फिल्म ऑक्सीजन की कमी या निष्क्रिय परिस्थितियों में विफल हो जाती है और तेजी से स्थानीयकृत गड्ढे और हाइड्रोजन अवशोषण हो सकता है और कुछ ही महीनों में 2.5 मिमी की दीवार को तोड़ सकता है। ऑक्सीजन कैथोडिक डीपोलराइज़र के रूप में काम करती है और संक्षारण क्षमता को निष्क्रिय क्षेत्र में स्थानांतरित कर देती है। यह विश्लेषण ऑक्सीजन-निष्क्रियता के बीच संबंध को संबोधित करता है, और ZLD बाष्पीकरणकर्ता सेवा में अनुमानित विघटित ऑक्सीजन सांद्रता के एक फ़ंक्शन के रूप में दीवार की मोटाई के लिए सुझाव प्रदान करता है।

यांत्रिक अखंडता प्रभाव: निष्क्रियता के लिए क्षीण और वातित स्थितियाँ
टाइटेनियम को एक स्थिर TiO2 फिल्म द्वारा निष्क्रिय किया जाता है जिसे ऊंचे तापमान पर वातित क्लोराइड समाधानों में लगातार पुन: निष्क्रिय किया जाता है। निष्क्रिय फिल्म सतह की कैथोडिक प्रतिक्रिया विघटित ऑक्सीजन (O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻) की कमी प्रतिक्रिया है। 100,000 पीपीएम क्लोराइड ब्राइन में 120 डिग्री पर ग्रेड 2 टाइटेनियम की निष्क्रियता बनाए रखने के लिए आवश्यक घुलनशील ऑक्सीजन स्तर 0.5 पीपीएम के क्रम का है। इस सीमा पर, संक्षारण क्षमता अभी भी पिटिंग क्षमता (~{{12%) mV बनाम Ag/AgCl) से ऊपर है, जबकि समान संक्षारण दर 0.01 मिमी/वर्ष से नीचे है। 0.5 पीपीएम ऑक्सीजन के नीचे कैथोडिक प्रतिक्रिया पानी की कमी (2एच2ओ + 2ई- → एच2 + 2ओएच-) की ओर स्थानांतरित हो जाती है, जिससे सतह पर हाइड्रोजन का उत्पादन होता है। संक्षारण क्षमता सक्रिय क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाती है और क्लोराइड आयन क्षतिग्रस्त निष्क्रिय फिल्म में प्रवेश कर सकते हैं। 120 डिग्री पर ख़राब परिस्थितियों (ऑक्सीजन <0.1 पीपीएम) के तहत, उच्च -क्लोराइड ब्राइन में मापी गई पिटिंग दर 0.5-1.0 मिमी प्रति वर्ष है, जो दर्शाता है कि 1.5 मिमी की दीवार 18-36 महीनों में छिद्रित हो सकती है। अधिक महत्वपूर्ण रूप से, कैथोडिक स्थानों पर निर्मित हाइड्रोजन टाइटेनियम जाली में स्थानांतरित हो जाता है और भंगुरता की ओर ले जाता है, जो गड्ढे के छिद्रण से पहले दरार को प्रेरित करता है। इसलिए म्यान की यांत्रिक अखंडता न केवल दीवार की मोटाई पर निर्भर करती है, बल्कि कैथोडिक प्रतिक्रिया का समर्थन करने के लिए पर्याप्त घुलनशील ऑक्सीजन की उपस्थिति पर भी निर्भर करती है जो टाइटेनियम को निष्क्रिय अवस्था में रखती है।

थर्मल प्रदर्शन पर प्रभाव: गर्म सतहों पर ऑक्सीजन की कमी
The temperature differential across the titanium sheath causes a local oxygen concentration gradient. The solubility of dissolved oxygen diminishes as brine is heated over the sheath surface. At bulk brine temperatures of 120 °C the equilibrium oxygen solubility at 1 atm is ~2 ppm. At the titanium surface, the local oxygen solubility is reduced to around 1.5 ppm, where it may reach 125-130°C due to electrical resistance through the wall. This difference is generally not enough to result in loss of passivity. However, the surface temperature can be higher than 140 C when the heater works with high power density (>3.5 W/cm 2 ) or with thick wall (>1.8 mm), where oxygen solubility is less than 1 ppm. Even at these temperatures, a bulk oxygen content of 2 ppm may not be enough to keep the sheath surface passive. Finite element modeling of oxygen transport indicates that a 1.2 mm wall at a surface temperature of 128°C consumes oxygen at the cathodic surface at a rate that can be sustained by diffusion from the bulk if the bulk concentration is greater than 1.5 ppm. A 2.0 mm wall at a surface temperature of 142°C necessitates a bulk oxygen concentration of >3 पीपीएम जो आमतौर पर डीरेटेड जेडएलडी बाष्पीकरणकर्ताओं में संभव नहीं है। इस प्रकार, पतली दीवारें न केवल गर्मी संचरण को बढ़ाती हैं, बल्कि सतह के तापमान को भी कम करती हैं, जिससे आवरण कम और अधिक ऑक्सीजन संगत तापमान शासन में रहता है।

व्यापार का संश्लेषण-बंद: दीवार की मोटाई के गुणक के रूप में ऑक्सीजन सांद्रता
नीचे दिया गया मैट्रिक्स 120 डिग्री पर 100,000 पीपीएम क्लोराइड ब्राइन के लिए जेडएलडी बाष्पीकरण हीटर के लिए सुझाई गई टाइटेनियम दीवार की मोटाई को दर्शाता है, जो रीसर्क्युलेटिंग ब्राइन स्ट्रीम में निर्धारित घुलनशील ऑक्सीजन सांद्रता पर निर्भर करता है।

बल्क ब्राइन में घुलित ऑक्सीजन (120 डिग्री पर पीपीएम) टाइटेनियम दीवार की मोटाई के सुझाव (ग्रेड 2) निष्क्रिय फिल्मकोर इंजीनियरिंग की अनुमानित स्थिरता और जीवनकाल 2.0 पीपीएम (पूरी तरह से वातित, एयर स्पार्गिंग के साथ खुला बाष्पीकरणकर्ता) 1.0 मिमी - 1.2 मिमी उत्कृष्ट; > 5 वर्ष ऑक्सीजन सांद्रता महत्वपूर्ण सीमा से ऊपर है। स्थिर निष्क्रिय फिल्म. पतली दीवार गर्मी हस्तांतरण को बढ़ाती है और सतह के तापमान को कम करती है। 0.05 मिमी/वर्ष का संक्षारण भत्ता एक सुरक्षा बफर देता है।
1.0 – 2.0 पीपीएम (मध्यम वातायन, अर्ध -सीलबंद प्रणाली) 1.4 मिमी – 1.6 मिमी अच्छा; 3-5 वर्ष ऑक्सीजन महत्वपूर्ण सीमा तक पहुंच रही है। मोटी दीवार ऑक्सीजन में थोड़ी गिरावट के लिए संक्षारण भत्ता देती है। मध्यम दीवार की मोटाई थर्मल प्रदर्शन और निष्क्रियता मार्जिन के बीच एक समझौता प्रदान करती है।
कम ऑक्सीजन, डी-वातित फ़ीड, कम हवा का प्रवेश 0.5 - 1.0 पीपीएम 1.8 मिमी - 2.0 मिमी सीमांत; 2-3 वर्ष ऑक्सीजन गंभीर स्तर से थोड़ा ऊपर। गड्ढे पड़ने का ख़तरा ज़्यादा है. संक्षारण भत्ता के लिए मोटी दीवार की आवश्यकता। हाइड्रोजन उत्सर्जन निगरानी के लिए अनुशंसित। इस ऑक्सीजन लेवल पर दौड़ना अच्छा नहीं है।
< 0.5 ppm (deaerated, e.g. closed loop with oxygen scavengers)Not recommended (any thickness) Unstable; < 18 months Passivity is not sustainable. Pitting and hydrogen embrittlement will occur independent of wall thickness Reintroduction of oxygen or other material (such as titanium-palladium Grade 7 or zirconium) is necessary.
दीवार से परे ऑक्सीजन प्रबंधन और ग्रेड चयन इंजीनियरिंग
ZLD बाष्पीकरणकर्ता डिजाइन के परिणामस्वरूप कम घुलनशील ऑक्सीजन <1 पीपीएम के तहत कार्य होता है। अव्यवहारिक रूप से मोटी दीवारों की आवश्यकता के बिना टाइटेनियम निष्क्रियता को पुनर्प्राप्त करने के लिए तीन पूरक समाधान दिखाए गए हैं। सबसे पहले, ब्राइन रीसर्क्युलेशन लूप में हवा या ऑक्सीजन को बुदबुदाने से ऑक्सीजन की सांद्रता 2-3 पीपीएम तक आ जाएगी, जो आमतौर पर पतली दीवार वाले टाइटेनियम हीटर के लिए भी पर्याप्त है। बार-बार हीटर बदलने की तुलना में एयर स्पार्गिंग में कम ऊर्जा खर्च होती है। दूसरे, ग्रेड 2 से ग्रेड 7 टाइटेनियम (टीआई-0.15% पीडी) में परिवर्तन निष्क्रियता के लिए महत्वपूर्ण ऑक्सीजन स्तर को 0.5 पीपीएम से घटाकर 0.1 पीपीएम से कम कर देता है। पैलेडियम की उपस्थिति एक कैथोडिक उत्प्रेरक के रूप में काम करती है, जो हाइड्रोजन की कमी को कम अतिक्षमता में आगे बढ़ने की अनुमति देती है और परिणामस्वरूप संक्षारण क्षमता को निष्क्रिय सीमा तक बदल देती है, यहां तक ​​कि डीरेटेड ब्राइन में भी। ZLD इवेपोरेटर्स के फील्ड डेटा से पता चलता है कि 1.2 मिमी दीवार की मोटाई वाला ग्रेड 7 टाइटेनियम 6-8 वर्षों तक 0.2 पीपीएम ऑक्सीजन के साथ नमकीन पानी में जीवित रह सकता है, जबकि ग्रेड 2 टाइटेनियम 2 साल से कम समय में विफल हो जाता है। तीसरा, सोडियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग थोड़ा क्षारीय पीएच (8.5-9.5) बनाए रखने में मदद करता है जो निष्क्रिय फिल्म को स्थिर करता है और ऑक्सीजन की आवश्यकता को कम करता है। पीएच 9 पर ग्रेड 2 के लिए आवश्यक ऑक्सीजन सांद्रता 0.2 पीपीएम तक कम हो जाती है, जिससे आंशिक रूप से निष्क्रिय प्रणालियों में भी पतली दीवारें संभव हो जाती हैं।

निष्कर्ष: उच्च क्लोराइड नमकीन पानी में पतले - वॉल टाइटेनियम हीटर ऑक्सीजन नियंत्रण द्वारा प्राप्त किए गए
120 डिग्री पर 100,000 पीपीएम क्लोराइड ब्राइन का उपचार करने वाले जेडएलडी बाष्पीकरणकर्ता में, ऑक्सीजन टाइटेनियम शीथ निष्क्रियता स्थिरता और आवश्यक दीवार की मोटाई को प्रभावित करने वाला प्रमुख कारक है। एक पारंपरिक 1.0 - 1.2 मिमी दीवार ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटर 2 पीपीएम से ऊपर घुलनशील ऑक्सीजन स्तर पर एक ठोस बहु-वर्षीय सेवा जीवन प्रदान करता है। 0.5 से 2 पीपीएम ऑक्सीजन के साथ, गड्ढे के बढ़ते खतरे के कारण संक्षारण भत्ता को ध्यान में रखते हुए दीवार की मोटाई 1.5 से 2.0 मिमी तक बढ़ाई जानी चाहिए। कोई यथार्थवादी ग्रेड 2 दीवार की मोटाई नहीं है जो 0.5 पीपीएम ऑक्सीजन से नीचे पर्याप्त जीवन दे सके। इसका उत्तर या तो ऑक्सीजन को फिर से शुरू करना (वायु स्पार्जिंग) है या पैलेडियम के साथ ग्रेड 7 टाइटेनियम में अपग्रेड करना है जो विक्षिप्त परिस्थितियों में भी निष्क्रिय रहेगा। नए ZLD इवेपोरेटर इंस्टॉलेशन के लिए तकनीकी सलाह यह है कि नियंत्रित एयर स्पार्जिंग द्वारा कम से कम 2 पीपीएम की थोक घुलित ऑक्सीजन सांद्रता के लिए डिज़ाइन किया जाए और फिर 1.2 मिमी दीवार की मोटाई के साथ ग्रेड 2 टाइटेनियम निर्दिष्ट किया जाए। यह संयोजन अधिकतम गर्मी हस्तांतरण, न्यूनतम सामग्री लागत और 5+ वर्षों का हीटर जीवन प्रदान करता है। उद्धरण मांगते समय, काम करने वाले तापमान पर घुलित ऑक्सीजन (पीपीएम) और नमकीन पानी का पीएच का अनुमानित स्तर प्रदान करें, क्योंकि ये पैरामीटर केवल दीवार की मोटाई की तुलना में हीटर के जीवन के लिए अधिक महत्वपूर्ण हैं।