Milline on maksimaalne lubatud soojusvoog enne lokaalse korrosiooni teket, kui kasutate titaanist sukelsoojendit bromiid{0}}rikastes geotermilistes vedelikes?

Tavalised metallist küttekehad kannatavad sügavate kaevude geotermiliste vedelike agressiivse keemia erilise probleemi all. Mõnes geotermilises soolvees on bromiidi kontsentratsioon kuni 500–1200 ppm, mõned sisaldavad ka kloriidi (10 000–30 000 ppm), lahustunud sulfiide ja kõrgeid temperatuure (120–200 kraadi kaevupeas). Titaani klassi 2 või klassi 7 kasutatakse sageli üldise korrosioonikindluse tagamiseks, kuid bromiidioonid kujutavad endast erilist ohtu: nad ründavad passiivset oksiidkilet agressiivsemalt kui kloriid kõrge soojusvoo tingimustes. Maksimaalne lubatud soojusvoog ehk edastatav soojusvõimsus toru pinnaühiku pindala kohta otsustab, kas kütteseade töötab aastaid ohutult või tõrkeb lokaalne auk mõne kuu jooksul. Kui kriitiline soojusvoog on ületatud, muutub pinna elektrokeemia passiivsest aktiivseks ja selle tulemuseks on süvendite moodustumine, mis tungivad kiiresti läbi isegi paksuseinalised torud.

Bromiidist{0}}indutseeritud täppide tekke mehhanism kõrgel kuumusvoolul

Titaanil olev kaitsev TiO₂ kate on stabiilne ainult teatud elektrokeemilise potentsiaali ja temperatuurivahemikus. Sukelkütteseade süstib elektrit geotermilisse soolveesse ja toru pinna temperatuur ületab koguvedeliku temperatuuri delta (ΔT) võrra, mis on võrdeline soojusvooga ja pöördvõrdeline soojusülekandeteguriga. Tüüpilise turbulentse voolu tingimustes (h=5,000 W/m2K) annab soojusvoog 50 kW/m2 ΔT peaaegu 10 kraadi. Bromiidiioonid on suuremad ja vähem hüdreeritud kui kloriidioonid ning seetõttu adsorbeeruvad need kõrgematel temperatuuridel titaanpindadele tugevamalt. Soojusvoogude korral, mis ületavad materjalispetsiifilist läviväärtust, suunab kohalik pinnatemperatuur elektrokeemilise potentsiaali transpassiivsesse piirkonda ja oksiidkile ebaõnnestub. Kui süvend moodustub, põhjustab süvendi suur voolutihedus lokaalset hapestumist (pH võib olla alla 1) ja bromiidioonid ühinevad titaanioonidega, mis blokeerivad repassivatsiooni. Geotermiliste välikatsete andmed näitavad, et bromiidsoolvee oluline soojusvoog on ligikaudu 30–40% madalam kui ainult võrdse kontsentratsiooniga soolvee puhul.

Kvantitatiivne seos bromiidi kontsentratsiooni, soojusvoo ja aukude tekkeaja vahel

Laboratoorsed uuringud on elektrokeemilise müraseire abil loonud konservatiivse ohutu töömahu. 2. klassi titaani puhul simuleeritud geotermilises soolvees, mis sisaldab 800 ppm Br−, 15 000 ppm Cl− ja 130 kraadi puistetemperatuuri, on järgmised seosed:

Soojusvoog < 25 kW/m²: passiivne voolutihedus < 0,1 µA/cm². 5000 tunni järel ei tekitata

25–35 kW/m2: tekib metastabiilne punktide moodustumine (voolusiirded 1–10 µA), kuigi taaspassiveerimine on tavaliselt edukas. Stabiliseeritud süvendid läbivad 0,5 mm paksuse seina 1500–2000 tunniga.

Soojusvoog 35–45 kW/m 2 : stabiilne süvendamine algab 200–500 h pärast. süvendite kasvu kiiruse suurenemine 0,01 mm/h kuni 0,05 mm/h

Soojusvoog > 45 kW/m²: kiire aukude tekkimine põhjustab 1,2 mm toruseina perforatsiooni<300 hours.

7--klassi titaani (pallaadium 0,12–0,25%) kriitiline soojusvoog suureneb umbes 30% väärismetalli katalüütilise mõju tõttu taaspassiveerimisele. Maksimaalne lubatud soojusvoog pikaajaliseks tööks (10-aastane eluiga<0.1 mm penetration) is 35 kW/m2 for Grade 2 and 45 kW/m2 for Grade 7 in 800 ppm bromide brines.

Stsenaarium{0}}Põhineb soojusvoo valimise juhend

Allolev tabel annab valikuraamistiku, mis põhineb geotermilise soolvee konkreetsel koostisel ja tegevusstrateegial.

Geotermilise soolvee seisukord ja tööprioriteet Soovitatav maksimaalne soojusvoo põhipõhjus ja vahetus{0}}arvestatud
Bromiid<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.
Bromiid 300–800 ppm, vahelduv töö (igapäevane termiline tsükkel) 7. klassi titaan 30–35 kW/m2 Tsüklitamine aitab vähendada kumulatiivset kahju. 7. klass pakub taaspassiveerimisvaru. Alandatud voog tõstab küttekeha pindala 15–25 protsenti.
Bromide >800 ppm, seisavad tsoonid (madala -vooluhulgaga paagi soojendus) Klass 7 või klass 12 20-25 kW/m2 Ohutuse tagamiseks konservatiivne disain. Vajad pikemat küttekeha või rohkem kui ühte küttekeha. Nõuab kallimat kapitali.
Bromiidi{0}}rikas soolvesi vesiniksulfiidiga (H2S > 50 ppm) Mis tahes titaani klass Vähem kui 20 kW/m2 või sellega võrdne Sulfiidid konkureerivad oksüdatsiooniga. Vajalik väga minimaalne vooluhulk. Vaadake teisi materjale (nt katoodkaitsega titaan-pallaadium).
Insenerid väljaspool soojusvoogu

Voolukiirust ei tohiks soojusvoo hindamisel tähelepanuta jätta. Kiirustel alla 0,3 m/s tõuseb piirdekihi paksus, tõstes toru pinna temperatuuri sama soojusvoo korral täiendavalt 5–8 kraadi võrra. See vähendab tõhusalt maksimaalset lubatud voogu 15-20%. Reaktsioon sõltub ka seina paksusest, kuna paksemad seinad suurendavad süvendi levimise perioodi, kuid mitte initsiatsiooniläve. Seetõttu on bromiidi{12}rikaste geotermiliste vedelike puhul tavalise 1,0 mm seinaga parem kasutada väiksemat soojusvoogu kui suurendada seina paksust 1,5 mm-ni ilma võimsustihedust mõjutamata. Soolvee oksüdatsiooni-reduktsioonipotentsiaali (ORP) sagedane jälgimine annab varajase hoiatuse: ORP langus alla +200 mV vs. Ag/AgCl toru pinna lähedal eelneb aukude tekkele.

Kindlalt täpsustades

Ostja peaks bromiidiga -koormatud geotermiliste vedelike jaoks titaanist sukelsoojendi valimisel määrama sertifitseeritud maksimaalse lubatud soojusvoo, mis põhineb tõelisel soolvee keemial või standardkatsetel (ASTM G78 pragukorrosiooniks koos rakendatud soojusvooga), ja kontrollima, kas tarnija seda teeb. Kasutage 7. klassi titaani, kui bromiidi sisaldus ületab 500 ppm või kui töö ebakindlus nõuab ohutusvaru. Küttekehade konstruktsioon peaks enamiku olukordade puhul minimeerima pinnasoojusvoo alla 30 kW/m2, kasutades suurema vattiheduse asemel pikemaid või arvukaid kütteelemente. See konservatiivne meetod muudab titaansoojendi kõrge riskiga komponendist usaldusväärseks vahendiks ühes kõige keerulisemas tööstuslikus keskkonnas.