Penyahgaraman ialah proses menyingkirkan mineral, yang banyaknya garam, daripada air laut untuk kegunaan manusia atau pengairan tanaman. Walaupun secara bandingannya proses ini menggunakan banyak tenaga, dan oleh yang demikian lebih mahal, berbanding pengambilan air tawar dari sungai atau bawah tanah, kaedah ini diperlukan di kebanyakan kawasan di dunia yang kekurangan air tawar.

Pada masa ini, terdapat lebih kurang 19 ribu loji penyahgaraman sedang beroperasi di seluruh dunia, membekalkan keperluan air kepada lebih 300 juta orang. Bagaimanapun, jumlah ini dijangka meningkat dengan ketara seiring dengan pertumbuhan dan perkembangan penduduk dunia.

Terdapat sebilangan besar proses penyahgaraman yang berbeza dalam pengendaliannya, tetapi kebanyakannya tergolong dalam dua kategori umum.

a) Penyahgaraman haba

Dalam proses ini, air ditulenkan melalui penyejatan air laut. Wap yang terhasil akan terpeluwap semasa penyejutan lalu menyingkirkan bendasing. Apabila proses utama ini berlaku berulang kali, air yang terhasil akan lebih tulen. Dua bentuk penyahgaraman haba yang paling biasa dilakukan dalam pengendalian ialah:

Penyulingan kilat berbilang tahap ialah apabila hasil daripada air yang dipanaskan dipanaskan semula berbilang kali, setiap kali pada tekanan yang lebih rendah daripada kali yang terakhir. Lazimnya, proses ini menggunakan tenaga yang amat banyak, tetapi kekurangan ini boleh diatasi dengan membina loji sedemikian bersebelahan dengan loji kuasa konvensional. Dengan menggunakan haba proses sisa – yang jumlahnya tinggi, bersuhu rendah dan juga sukar dipergunakan – ada kemungkinan untuk mengendalikan loji sedemikian dengan menggunakan tenaga yang jauh lagi kurang daripada proses pilihan lain seperti osmosis songsang. Penyulingan kilat berbilang tahap menyumbang kepada isi padu terbesar air ternyahgaram yang dihasilkan pada masa ini, disebabkan terdapat sebilangan loji amat besar yang menyediakan bekalan untuk lokasi di Timur Tengah. Kelemahan utama penyulingan kilat berbilang tahap ialah ia memerlukan lebih banyak air garam berbanding osmosis songsang serta kos awal dan penyelenggaraan adalah agak tinggi.

Penyulingan berbilang kesan Ialah proses ringkas yang serupa dengan penyulingan kilat berbilang tahap. Larutan air garam dipanaskan, kemudian air tulen yang terhasil mengalir ke dalam kebuk seterusnya. Tenaga haba yang dibawanya digunakan untuk mendidihkannya lagi untuk menghasilkan lebih banyak wap.

Read More



b) Penyahgaraman penurasan Sekali lagi, terdapat banyak kelainan pada proses asas, tetapi osmosis songsang menguasai dari segi bilangan loji yang beroperasi. Pada peringkat ini, tekanan digunakan untuk menolak larutan air melalui membran, yang fungsinya menghalang zat terlarut yang lebih besar (garam) daripada lalu menerusinya.

Osmosis songsang pada amnya dianggap menggunakan tenaga yang paling kurang berbanding semua proses skala besar yang lain. Bagaimanapun, terdapat kesukaran pengendalian: membran mudah mengumpulkan bakteria dan tersumbat; membran menjadi rosak apabila klorin digunakan untuk merawat bakteria dan kualiti air didapati tidak setulen hasil penyahgaraman haba. Proses tekanan tinggi bersuhu rendah dan sebahagian daripada popularitinya menyebabkan ia boleh diskalakan daripada unit kendiri yang kecil kepada skala industri. Proses tersebut terus diperhalusi, dan membran paling moden boleh beroperasi pada tekanan bawah 600psi untuk mendorong air melalui membran sementara masih menyingkirkan garan dan zat terlarut yang lain.

Proses penyahgaraman mengendalikan air daripada kandungan yang berbeza-beza, sama ada sebagai ciri lokasinya (air laut, air payau) atau proses yang digunakan (air laut pekat, sulingan). pH input biasanya di antara pH 6.0-8.0, manakala tahap pengoksigenan dan ion klorida akan berbeza-beza mengikut lokasi. Faktor utama yang lain daripada sudut pandangan pemilihan bahan ialah kelajuan aliran bendalir, dan sama ada ia menggalakkan kakisan hakisan atau kakisan peronggaan. Cabaran yang berbeza ini dipertimbangkan dengan lebih lanjut di bawah.

c) Jenis Kakisan yang Dialami i) Kakisan peronggaan Dalam bahagian bertekanan rendah pada sesuatu sistem, rongga wap boleh terbentuk – yang kemudiannya menguncup di bahagian bertekanan tinggi, menyebabkan kerosakan pada lapisan pelindung pasif logam tersebut. Dalam kebanyakan kes yang melampau, kejutan daripada penguncupan rongga ini boleh menyebabkan kerosakan mekanikal langsung terhadap logam tersebut. Di loji penyahgaraman, gabungan daripada rongga yang merosakkan lapisan pelindung dengan keadaan kakisan akan menyebabkan kakisan lebih cepat pada logam itu.

Pada umumnya, keluli tahan karat memiliki keupayaan rintangan yang baik terhadap kakisan peronggaan yang sebahagian besarnya disebabkan oleh kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi tidak akan mudah terjejas oleh hentaman mekanikal. Sebaliknya, logam lebih lembut pada umumnya kurang berupaya menahan kakisan peronggaan.

Kakisan peronggaan amat dipengaruhi oleh reka bentuk sesuatu sistem yang tertentu, daripada reka bentuk dan kedudukan pam, hingga saiz perpaipan, yang kesemuanya boleh mewujudkan aliran tidak stabil dan tidak seragam, dan risiko peronggaan berlaku.

ii) Kakisan Hakisan Kakisan hakisan ialah pecutan kadar kakisan disebabkan oleh gerakan relatif bendalir mengkakis dan permukaan logam, oleh sebab penyingkiran dan pembaikan berulang lapisan pasif pelindung. Ini boleh berlaku, contohnya, apabila pasir terperangkap di dalam unsur sistem penyahgaraman yang mengendalikan air laut.

Apabila mula berlaku demikian, gelora meningkat yang berpunca daripada lekukan pada permukaan boleh menyebabkan peningkatan kadar hakisan yang cepat. Antara faktor lain yang boleh memburukkan lagi keadaan tersebut ialah kerosakan, buatan yang bermutu rendah atau reka bentuk yang tidak bagus, yang mengganggu aliran air, menimbulkan gelora dan halaju aliran tinggi, memburukkan lagi kakisan hakisan.

Kakisan hakisan paling mudah merebak pada aloi lembut (iaitu aloi kuprum, aloi aluminium dan aloi plumbum). Aloi perintang kakisan yang membentuk lapisan pasif pelindung dalam persekitaran mengkakis biasanya menunjukkan halaju mengehad melebihi halaju kakisan meningkat dengan cepat. Bahan berbeza menunjukkan gelagat yang berbeza mengikut keadaan aliran. Pada umumnya:

a) Keluli karbon (termasuk besi tuangan) akan mengkakis dengan agak nyata pada semua halaju dan tidak sesuai, melainkan dilindungi, untuk kegunaan jangka panjang pada pam, injap dan kerja paip yang terdedah kepada persekitaran mengkakis.

b) Aloi berasaskan kuprum dan besi tuangan austenit memberi tindak balas yang agak baik pada aliran rendah dan sederhana, tetapi pada halaju tinggi, ia mengalami kakisan hakisan sebanyak lebih kurang 1 mm setahun.

c) Keluli tahan karat dan aloi nikel kuprum boleh dikatakan tidak menunjukkan kakisan pada halaju rendah, tetapi menunjukkan kecenderungan am untuk melekuk. Pada halaju > 1m/s, lekukan lanjut akan berhenti dan terdapat kakisan sedikit sahaja pada halaju hingga 40 m/s.

iii) Lesu kakisan Lesu kakisan hanya benar-benar menimbulkan masalah pada komponen yang tertakluk kepada tahap tingi kitaran berulang, iaitu aci yang terdapat pada pam. Aci sedemikian biasanya mempunyai ciri-ciri seperti perubahan keratan yang menumpukan tegasan lesu. Kegagalan dalam servis biasanya bermula pada peringkat penumpuan tegasan ini dan seringkali boleh dihalang dengan memastikan jejari kambi mewah disediakan pada semua perubahan keratan.

Keluli tahan karat ialah bahan aci yang digunakan dengan meluas untuk pam air laut dan pam air masin. Untuk keadaan kurang mengkakis, di tempat yang air mengandungi kurang klorida, gred asas seperti Alloy 304, Alloy 410 (12%Cr) dan Alloy 430 (17%Cr) boleh digunakan. Bagaimanapun, untuk air laut, yang kakisan lekuk dan celah boleh berlaku, gred minimum yang biasa digunakan ialah Alloy Type 316.

Secara umum, aloi yang mempunyai kekuatan dan keupayaan rintangan kakisan yang tinggi memiliki kekuatan lesu kakisan yang baik. Oleh itu, keluli tahan karat dupleks dan super dupleks didapati menarik – terutamanya kerana ia jauh lebih kuat daripada gred austenit standard, membolehkannya digunakan pada tegasan reka bentuk lebih tinggi (mengurangkan garis pusat dan kos). Malahan, aloi-aloi ini seringkali memiliki keupayaan rintangan kakisan lekuk dan celah dipertingkatkan berbanding Alloy 316.

Ferralium 255 – SD50 digunakan dengan meluas pada semua peringkat pam, dengan kekuatan alahnya >85 ksi (586N/mm2) dan nombor Setara Rintangan Lekuk (PREN) >40. Sebagai pilihan lain, keluli tahan karat austenit Fermonic 50 kami yang berprestasi tinggi turut digunakan untuk kegunaan ini. Ia boleh dibekalkan dalam bentuk kekuatan tinggi, dengan kekuatan alah >105ksi (725N/mm2) dan PREN bernilai 34, tetapi, yang menariknya, ia mengekalkan keliatan yang cemerlang pada suhu kriogenik untuk kegunaan di dalam persekitaran yang memerlukan masa dan tenaga yang banyak.

iv) Kakisan lekuk dan celah Dalam klorida yang mengandungi larutan hampir neutral, kakisan lekuk dan celah kebanyakannya akan mempengaruhi pilihan bahan. Kakisan lekuk ialah suatu bentuk kakisan yang tertumpu setempat, yang menyebabkan terhasilnya lubang kecil. Ia berlaku pada titik lemah pada lapisan permukaan pasif pelindung, dan memerlukan kehadiran spesies agresif dalam persekitaran (ion klorida) serta kemungkinan pengoksidaan (air berudara). Dalam reka bentuk dan pengendalian di loji penyahgaraman skala besar, terlampau sukar untuk menyingkirkan oksigen sepenuhnya daripada air, memandangkan akan terdapat kecenderungan oksigen disedut melalui pam, kedap dan bebibir serta akan terdapat pada air laut yang masuk.

Kakisan celah sering berlaku di bawah mendapan dan pada sendi komponen terbikin. Proses kakisan celah pada keluli tahan karat di dalam larutan yang mengandungi klorida hanya boleh berlaku jika air tersebut mengandungi udara. Pada bahagian sedemikian, ada kemungkinan air tersebut mengandungi tahap udara yang berbeza daripada tempat lain, menyebabkan peningkatan ion metalik (Cr3+, Fe3+) yang menarik ion klorida (Cl-) ke celah untuk mengekalkan keneutralan cas. Persekitaran dalam rekahan tersebut bertambah pekat, lalu membentuk asid hidroklorik dan mempercepatkan lagi kakisan lekuk.

Walaupun keupayaan rintangan kakisan pada sebarang bahan tertentu amat bergantung kepada keadaan persekitaran yang khusus, nombor Setara Rintangan Lekuk (PREN) membolehkan satu cara membandingkan keupayaan rintangan lekuk berdasarkan kandungan bahan kimia pada logam.

Nombor Setara Rintangan Lekuk yang biasa untuk pelbagai aloi perintang kakisan


Catatan: PREN = %Cr + 3.3x %Mo + 16x %N

Gred keluli tahan karat super dupleks mencapai keupayaan rintangan yang cukup berkesan terhadap kakisan lekuk hasil daripada kandungan tinggi kromium digabungkan dengan molibdenum dan nitrogen. Bagaimanapun, tidak seperti kebanyakan keluli tahan karat austenit dan aloi nikel, kandungan nikelnya rendah secara bandingan. Oleh sebab kos tinggi (dan kemeruapan) harga nikel, hal ini boleh menjadi kelebihan kos yang penting untuk spesifikasi mereka.

Cara ringkas yang lain untuk menyemak kesesuaian logam ialah suhu Lekuk Kritikal (CPT) yang merupakan ujian makmal terpiawai. Sampel didedahkan kepada larutan bahan kakis yang kuat, dengan CPT mewakili suhu yang memulakan kakisan lekuk. Disebabkan oleh keadaan ujian palsu berbanding keadaan pengeluaran yang sebenar, ia meletakkan kedudukan kerentanan logam kepada kakisan lekuk tetapi bukan prestasi sebenarnya. Kadangkala klien akan menggunakan kebiasaan asas bahawa logam harus mencatatkan CPT > 40°C – sesuatu yang dicapai oleh kebanyakan logam yang dibekalkan oleh Langley Alloys ke dalam pasaran.

Nilai Suhu Lekuk Kritikal yang biasa untuk pelbagai aloi perintang kakisan



d) Pengalaman amali dalam pemilihan bahan Selama beberapa tahun, Alloy 316L telah digunakan. Ia gred yang biasa didapati dan digunakan dengan meluas yang berkeupayaan rintangan yang berpatutan terhadap air tawar, tetapi di dalam air laut berudara, tahap prestasinya tidak lagi boleh diterima. Oleh yang demikian, penggunaannya terhad kepada ‘bahagian terproses’ di loji, iaitu di dalam air tawar.

Peningkatan prestasi boleh dicapai dengan menggunakan Alloy 317L, yang mendapat kelebihan daripada penambahan molibdenum dan kandungan kromium yang lebih tinggi untuk meningkatkan keupayaan rintangannya terhadap kakisan lekuk. Prestasi terhadap air laut boleh diterima jika hanya terdapat sedikit oksigen.

Alloy 2205, sejenis keluli tahan karat dupleks, makin meningkat penggunaannya di dalam sebilangan industri proses – terutamanya di kilang pulpa dan kertas. Aloi dupleks mencatatkan peningkatan keupayaan rintangan kakisan, dan memandangkan kekuatannya lazimnya dua kali ganda berbanding keluli tahan karat austenit, ia turut memiliki keupayaan rintangan yang lebih unggul terhadap peretakan kakisan tegasan. Hal ini penting untuk kegunaan apabila bahan terdedah kepada tegasan tegangan di dalam persekitaran mengkakis, terutamanya jika suhu tinggi. Oleh yang demikian, ia digunakan dengan meluas untuk kerangka loji penyahgaraman (kilat berbilang tahap) haba yang besar, yang menggabungkan kesemua keadaan ini. Meskipun begitu, ia tidak dapat menghalang kakisan jika terdedah kepada air laut yang tinggi kandungan udaranya.

Oleh itu, peningkatan prestasi seterusnya boleh dicapai daripada sama ada keluli tahan karat austenit beraloi tinggi seperti Alloy 254, atau daripada keluli tahan karat super dupleks seperti Ferralium. Dengan PREN masing-masing bernilai 43 dan >40, ia memiliki keupayaan rintangan yang setanding terhadap peretakan kakisan lekuk, celah & tegasan. Oleh itu, ia digunakan dengan meluas dalam penggunaan di tempat yang air lautnya mengandungi kandungan udara yang amat tinggi, hingga suhu operasi mencecah 35°C. Ferralium digunakan dengan meluas pada pam dan injap, pada kerja paip dan bahagian terpilih di loji penyahgaraman. Peraturan amnya ialah gunakan aloi perintang kakisan yang lebih tinggi pada ‘bahagian air laut’ di loji.

Dalam penggunaan khusus, keupayaan rintangan kakisan yang lebih tinggi mungkin diperlukan. Contohnya ialah di loji penyahgaraman osmosis songsang, apabila larutan basuh balik untuk mencuci membran boleh jadi bersifat lebih berasid.

Isu mungkin turut timbul semasa loji menghentikan operasi dan semasa penyelenggaraan, memandangkan air pegun boleh menjadi lebih berudara dengan ketara berbanding semasa pengendalian biasa. Lanjutan daripada hal ini ialah pembentukan biofilem dan lendir semasa tempoh penutupan, yang kemudiannya menyebabkan kakisan celah yang berlanjutan lama selepas beroperasi semula. Mungkin ada gunanya dengan memberikan dos pada air, atau menambahkan klorin untuk merencatkan pembiakan bakteria, tetapi larutan tersebut haruslah serasi dengan bahan pembinaan.

Bahan biasa untuk badan pam dan injap merangkumi keluli tahan karat gred austenit, dupleks dan super dupleks tuangan. Gred dupleks dan super dupleks seperti Ferralium dipilih kerana peningkatan keupayaan rintangan hakisan dan haus kakisan dalam mengendalikan buburan dan air masin.

Aloi kuprum digunakan dengan meluas untuk kegunaan seperti penukar haba, yang keberaliran habanya diperlukan. Ciri ini digabungkan dengan keupayaan rintangan kakisan am yang baik, tetapi pada kadar aliran yang terhad (seperti yang dibincangkan untuk kakisan hakisan), dan penjagaan hendaklah dilakukan untuk mengelakkan pencemaran dalam air masuk juga, seperti ammonia yang boleh menjejaskan aloi terpilih.

Walaupun aloi nikel akan memberikan prestasi yang baik dalam penggunaan di dalam air laut, kosnya sangat tinggi untuk penggunaan meluas.

Case Studies

Kertas Teknikal

Penyahgaraman

Kertas kerja ini menyediakan tunjuk cara yang jelas tentang faedah penambahan Cu meningkat pada keupayaan rintangan lekuk Ferralium® 255 berbanding aloi dupleks lain yang kandungannya kurang teroptimum.