Ăn mòn và bảo vệ hệ thống đường ống áp suất cao-trong quá trình khử mặn nước biển bằng thẩm thấu ngược

Trong bối cảnh khan hiếm nước toàn cầu, khử mặn nước biển đã dần trở thành một giải pháp thiết yếu để giảm bớt tình trạng thiếu nước ngọt. Đặc biệt ở các khu vực như Trung Đông, Bắc Phi và Nam Á, nơi tình trạng khan hiếm nước trầm trọng, khử muối thẩm thấu ngược (RO) đã trở thành công nghệ chủ đạo do mức tiêu thụ năng lượng thấp, vận hành linh hoạt và chi phí đầu tư tương đối thấp hơn. Tuy nhiên, hệ thống RO phải xử lý nước biển có độ mặn cao và ăn mòn mạnh, điều này đặt ra những thách thức đáng kể đối với vật liệu thiết bị. Trong số này, hệ thống-đường ống áp suất cao vừa là thành phần cốt lõi đảm bảo hiệu suất màng ổn định vừa là thành phần dễ bị ăn mòn nhất. Chiến lược lựa chọn và bảo vệ vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và khả năng kinh tế của các dự án khử muối.

Môi trường hoạt động của máy lọc nước biển RO rất phức tạp:

• Độ mặn cao: Các ion clorua trong nước biển có thể dễ dàng phá vỡ các màng thụ động trên kim loại, gây ra hiện tượng ăn mòn rỗ.
• Biến động nhiệt độ: Ở các khu vực như Vịnh Ba Tư và Biển Đỏ, nhiệt độ nước biển vào mùa hè có thể vượt quá 35 độ -so với nhiệt độ rỗ tới hạn của nhiều loại thép không gỉ.
• Clo dư: Ngay cả một lượng nhỏ clo dư từ chất diệt khuẩn (ví dụ, hypochlorite) được sử dụng trong tiền xử lý cũng có thể đẩy nhanh quá trình ăn mòn thép không gỉ austenit.

Kết quả là, các hệ thống ban đầu sử dụng thép không gỉ austenit 316L, 317L và 904L thường bị ăn mòn rỗ và kẽ hở. Ngay cả các loại thép không gỉ song công như 2205 và 2507 cũng gặp phải hiện tượng ăn mòn và hư hỏng cục bộ trong điều kiện-nhiệt độ cực cao và độ mặn-cao.

Ngày nay, các nhà máy khử mặn nước biển thường áp dụng chiến lược vật liệu được phân đoạn:

• Các đoạn có áp suất-thấp: Các vật liệu phi kim loại như UPVC, FRP và PTFE được sử dụng rộng rãi để giảm thiểu sự ăn mòn liên quan đến clo-.
• Đường ống áp suất cao-: Các ống dẫn chính thường được làm bằng thép không gỉ song công 2205, trong khi các ống nhánh có thể sử dụng thép song công 2507 hoặc thép không gỉ austenit hợp kim cao-.
• Các thành phần quan trọng: Các bộ phận như tấm cuối bình áp suất RO và khớp nối nhanh yêu cầu hợp kim-cao cấp hơn chẳng hạn như thép không gỉ 2507 hoặc 6Mo.

Ở miền bắc Trung Quốc, nơi nhiệt độ nước biển tương đối thấp, thép không gỉ song hoạt động khá tốt. Tuy nhiên, ở các vùng biển phía nam và các vùng có nhiệt độ-, độ mặn cao- cao như Trung Đông và Bắc Phi, thép song công tiếp tục gặp phải các hư hỏng-bao gồm cả sự cố rò rỉ nước muối làm ảnh hưởng đến sự an toàn của hệ thống.

Kinh nghiệm thực tế sâu rộng đã xác nhận rằngtitan (ví dụ: titan nguyên chất thương mại TA2)là giải pháp lý tưởng cho môi trường ăn mòn khắc nghiệt. Titan cung cấp:

• Khả năng chống ăn mòn vượt trội: Titan tạo thành một màng oxit ổn định một cách tự nhiên, giúp nó có khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở cao trong môi trường giàu clorua.
• Độ tin cậy lâu dài-: Trong một nhà máy khử muối trên một hòn đảo ở Biển Đông, đường ống và van bằng titan vẫn còn nguyên vẹn và{0}}không bị ăn mòn sau 8 năm hoạt động liên tục.
• Thích hợp với vùng nước có nhiệt độ-cao: Ngay cả ở những khu vực như Vịnh Ba Tư và Biển Đỏ, titan vẫn duy trì được độ ổn định tuyệt vời.

Mặc dù titan có chi phí ban đầu cao hơn nhưng yêu cầu bảo trì thấp và thời gian sử dụng kéo dài sẽ bù đắp cho khoản đầu tư ban đầu, khiến hệ thống đường ống titan ngày càng được áp dụng nhiều trong các ứng dụng khử muối áp suất cao.

Ngoài việc lựa chọn vật liệu, việc bảo vệ nhiều lớp là điều cần thiết:

• Thực tiễn hoạt động: Trong quá trình ngừng hoạt động, xả bằng nước ngọt sẽ ngăn nước biển ứ đọng tăng tốc độ ăn mòn.
• Loại bỏ clo: Thêm chất khử trước khi nước biển đi vào phần{0}áp suất cao sẽ bảo vệ cả đường ống và màng RO.
• Bảo vệ catốt: Cực dương hy sinh (ví dụ: kẽm) có thể giảm rủi ro ăn mòn trong đường ống thép song công, mặc dù việc sử dụng ở quy mô lớn-vẫn còn hạn chế.
• Lớp phủ và sửa đổi bề mặt: Được thiết lập tốt trong đường ống-áp suất thấp, độ ổn định-lâu dài và hiệu quả chi phí-trong hệ thống áp suất cao-cần được xác nhận thêm.
• Phụ gia xanh: Sự phát triển trong tương lai có thể bao gồm các hóa chất thân thiện với môi trường-có cả chức năng ức chế ăn mòn và kiểm soát cặn, cân bằng giữa an toàn thiết bị với tính bền vững của môi trường.

Khi nhu cầu nước ngọt toàn cầu tiếp tục tăng, quá trình khử mặn nước biển RO sẽ được triển khai rộng rãi hơn trên khắp các thành phố ven biển, hải đảo và cơ sở công nghiệp. Xu hướng của ngành có thể sẽ bao gồm:

Áp dụng vật liệu tiên tiến: Hợp kim titan và vật liệu tổng hợp sẽ được sử dụng rộng rãi hơn, đặc biệt là trong môi trường biển khắc nghiệt.

Đánh giá chi phí vòng đời: Lập kế hoạch dự án sẽ chuyển trọng tâm từ đầu tư ban đầu sang cân bằng-chi phí vận hành và bảo trì dài hạn.

Giám sát và bảo vệ thông minh: Cảm biến và dữ liệu lớn sẽ cho phép-giám sát ăn mòn theo thời gian thực và bảo trì dự đoán.

Công nghệ bảo vệ xanh: Việc phát triển các chất ức chế ăn mòn và cặn-thân thiện với môi trường sẽ hỗ trợ sự phát triển bền vững trong lĩnh vực khử mặn nước biển.