Koks yra didžiausias leistinas šilumos srautas prieš prasidedant vietinei korozijai, kai naudojami titano panardinamieji šildytuvai turtinguose bromido{0}}geoterminiuose skysčiuose?
Palik žinutę
Standartiniai metaliniai šildytuvai kenčia nuo ypatingos sudėtingos geoterminių skysčių iš gilių gręžinių chemijos problemos. Kai kuriuose geoterminiuose sūrymuose bromido koncentracija siekia net 500–1 200 ppm, kai kuriuose taip pat yra chlorido (10 000–30 000 ppm), ištirpusių sulfidų ir aukšta temperatūra (120–200 laipsnių šulinio galvutėje). Titano 2 arba 7 klasė dažnai naudojama bendram atsparumui korozijai užtikrinti, tačiau bromido jonai kelia ypatingą grėsmę: esant dideliam šilumos srautui, jie agresyviau atakuoja pasyviojo oksido plėvelę nei chloridas. Didžiausias leistinas šilumos srautas, ty šiluminė galia, perduodama vamzdžio paviršiaus ploto vienetui, lemia, ar šildytuvas saugiai veiks ilgus metus, ar suges dėl vietinių duobių per kelis mėnesius. Kai viršijamas kritinis šilumos srautas, paviršiaus elektrochemija pasikeičia iš pasyvios į aktyviąją ir dėl to susidaro duobės, kurios greitai pradurs net storasienius vamzdžius.
Bromido{0}}sukelto įdubimo mechanizmas esant dideliam šilumos srautui
Apsauginė TiO₂ danga ant titano yra stabili tik esant tam tikram elektrocheminiam potencialui ir temperatūros diapazonui. Panardinamasis šildytuvas įpurškia elektros energiją į geoterminį sūrymą, o vamzdžio paviršiaus temperatūra viršija tūrinio skysčio temperatūrą delta (ΔT), proporcinga šilumos srautui ir atvirkščiai proporcinga šilumos perdavimo koeficientui. Įprastomis turbulencinio srauto sąlygomis (h=5,000 W/m2K) 50 kW/m2 šilumos srautas duoda beveik 10 laipsnių ΔT. Bromido jonai yra didesni ir mažiau hidratuoti nei chlorido jonai, todėl aukštesnėje temperatūroje jie stipriau adsorbuojasi ant titano paviršių. Šilumos srautams, viršijantiems konkrečią medžiagai{10}}ribinę vertę, vietinė paviršiaus temperatūra nukreipia elektrocheminį potencialą į transpasyviąją sritį, o oksido plėvelė sugenda. Kai duobė susidaro, didelis srovės tankis duobėje skatina vietinį rūgštėjimą (pH gali būti mažesnis nei 1), o bromido jonai susijungia su titano jonais, blokuojančiais repasyvavimą. Geoterminio lauko bandymų duomenys rodo, kad esminis bromido sūrymų šilumos srautas yra maždaug 30–40 % mažesnis nei tik chloridinių sūrymų, kurių koncentracija yra vienoda.
Kiekybinis bromido koncentracijos, šilumos srauto ir įdubimo laiko ryšys
Laboratoriniai tyrimai nustatė konservatyvų saugaus veikimo apvalkalą elektrocheminiu triukšmo stebėjimu. 2 laipsnio titanui imituotame geoterminiame sūryme, kuriame yra 800 ppm Br−, 15 000 ppm Cl− ir 130 laipsnių tūrio temperatūra, yra šie santykiai:
Šilumos srautas < 25 kW/m²: pasyviosios srovės tankis < 0,1 µA/cm². Be duobių 5000 valandų
25–35 kW/m2: atsiranda metastabilių duobių (srovės pereinamosios srovės 1–10 µA), nors repasyvavimas paprastai būna sėkmingas. Stabilizuotos duobės prasiskverbia į 0,5 mm storio sienelę per 1500–2000 valandų.
Šilumos srautas 35–45 kW/m 2 : stabilus duobėjimas prasideda po 200–500 val. duobės augimo greičio padidėjimas nuo 0,01 mm/val. iki 0,05 mm/val
Šilumos srautas > 45 kW/m²: dėl greito įdubimo atsiranda 1,2 mm vamzdžio sienelės perforacija<300 hours.
Kritinis 7-klasės titano (paladis 0,12–0,25 %) šilumos srautas padidėja maždaug 30 % dėl tauriojo metalo katalizinio poveikio pakartotiniam pasyvavimui. Didžiausias leistinas šilumos srautas ilgalaikiam darbui (10 metų eksploatavimo laikas su<0.1 mm penetration) is 35 kW/m2 for Grade 2 and 45 kW/m2 for Grade 7 in 800 ppm bromide brines.
Scenarijus{0}}Pagrįstas šilumos srauto pasirinkimo vadovas
Žemiau esančioje lentelėje pateikiama pasirinkimo sistema, pagrįsta konkrečia geoterminio sūrymo sudėtimi ir veikimo strategija.
Geoterminio sūrymo būklė ir eksploatavimo prioritetas, rekomenduojamas maksimalus šilumos srautas, pagrindo loginis pagrindas ir{0}}nuolaida
Bromidas<300 ppm, clean fluid, continuous flow ( > 1 m/s), Grade 2 titanium 35–40 kW/m2Moderate flux, lower bromide. Flow prevents concentration in stagnation zones. Accepts standard heater sizes.
Bromidas 300–800 ppm, su pertrūkiais veikiantis (kasdienis terminis ciklas) 7 laipsnio titanas 30–35 kW/m2 Važiavimas dviračiu padeda sumažinti bendrą žalą. 7 klasė siūlo pakartotinio pasyvavimo ribą. Sumažintas srautas padidina šildytuvo paviršiaus plotą 15–25 procentais.
Bromide >800 ppm, yra nejudančių zonų (mažo -srauto bako šildymas) 7 klasė arba 12 20-25 klasė kW/m2 Konservatyvi konstrukcija, skirta saugai. Reikia ilgesnio šildytuvo arba daugiau nei vieno šildytuvo. Reikalingas brangesnis kapitalas.
Bromidas{0}} turtingas sūrymu su vandenilio sulfidu (H2S > 50 ppm) Bet koks titano laipsnis Mažiau nei 20 kW/m2Sulfidai konkuruoja su oksidacija. Reikalingas labai minimalus srautas. Pažiūrėkite į kitas medžiagas (pvz., titano -paladžio su katodine apsauga).
Inžinerija be šilumos srauto
Vertinant šilumos srautą, negalima pamiršti srauto greičio. Kai greitis mažesnis nei 0,3 m/s, ribinio sluoksnio storis didėja, todėl vamzdžio paviršiaus temperatūra tam pačiam šilumos srautui padidėja 5–8 laipsniais. Tai efektyviai sumažina didžiausią leistiną srautą 15-20%. Reakcija priklauso ir nuo sienelės storio, nes storesnės sienelės padidina duobės sklidimo periodą, bet ne pradžios slenkstį. Todėl geoterminiams skysčiams, kuriuose gausu bromido, geriau naudoti mažesnį šilumos srautą su įprastine 1,0 mm sienele, nei padidinti sienelės storį iki 1,5 mm, nedarant įtakos galios tankiui. Dažnas sūrymo oksidacijos-redukcijos potencialo (ORP) stebėjimas suteikia išankstinį įspėjimą: ORP sumažėjimas žemiau +200 mV, palyginti su Ag/AgCl netoli vamzdelio paviršiaus, prieš prasidedant duobėms.
Tiksliai nurodant
Pirkėjas, rinkdamasis titano panardinamąjį šildytuvą bromidu{1}}pakrautiems geoterminiams skysčiams, turi nurodyti sertifikuotą didžiausią leistiną šilumos srautą, pagrįstą tikromis sūrymo cheminėmis medžiagomis arba standartiniais bandymais (ASTM G78 plyšinei korozijai su taikomu šilumos srautu), ir patikrinti, ar tai atlieka tiekėjas. Naudokite 7 klasės titaną, kai bromido kiekis viršija 500 ppm arba kai dėl veikimo neapibrėžtumo reikia saugos ribos. Šildytuvo masyvo konstrukcija turėtų sumažinti paviršiaus šilumos srautą iki mažesnio nei 30 kW/m2 daugeliu atvejų, naudojant ilgesnius arba daug kaitinimo elementų, o ne didesnį vatų tankį. Šis konservatyvus metodas paverčia titano šildytuvą iš didelės rizikos komponento į patikimą turtą vienoje iš sudėtingiausių pramoninių skysčių aplinkų.
