เมื่อใช้เครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมในโบรไมด์-ของเหลวความร้อนใต้พิภพที่มีปริมาณมาก ค่าฟลักซ์ความร้อนสูงสุดที่อนุญาตได้ก่อนที่จะเกิดการกัดกร่อนเฉพาะจุดคือเท่าใด

เครื่องทำความร้อนโลหะมาตรฐานประสบปัญหาเฉพาะทางเคมีที่รุนแรงของของเหลวความร้อนใต้พิภพจากบ่อลึก น้ำเกลือความร้อนใต้พิภพบางชนิดมีความเข้มข้นของโบรไมด์สูงถึง 500–1,200 ppm โดยบางชนิดยังรวมถึงคลอไรด์ (10,000–30,000 ppm) ซัลไฟด์ที่ละลายน้ำ และอุณหภูมิสูง (120–200 องศาที่หัวหลุม) ไทเทเนียมเกรด 2 หรือเกรด 7 มักใช้สำหรับการต้านทานการกัดกร่อนโดยทั่วไป แต่ไอออนของโบรไมด์เป็นตัวแทนของภัยคุกคามพิเศษ: พวกมันโจมตีฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ที่รุนแรงกว่าคลอไรด์ในสถานการณ์ฟลักซ์ความร้อนสูง ฟลักซ์ความร้อนที่อนุญาตสูงสุด เช่น พลังงานความร้อนที่สื่อสารต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวท่อ เป็นตัวตัดสินว่าเครื่องทำความร้อนจะทำงานได้อย่างปลอดภัยเป็นเวลาหลายปีหรือล้มเหลวโดยการเจาะแบบรูพรุนภายในไม่กี่เดือน เมื่อฟลักซ์ความร้อนวิกฤติเกิน ค่าเคมีไฟฟ้าของพื้นผิวจะเปลี่ยนจากพาสซีฟไปเป็นแอคทีฟ และส่งผลให้เกิดการก่อตัวของหลุมซึ่งจะเจาะทะลุ-ท่อที่มีผนังหนาได้อย่างรวดเร็ว

กลไกของโบรไมด์-การชักนำให้เกิดรูพรุนที่ฟลักซ์ความร้อนสูง

การเคลือบ TiO₂ แบบป้องกันบนไทเทเนียมมีความเสถียรในช่วงศักย์ไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าและช่วงอุณหภูมิที่แน่นอนเท่านั้น เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มจะฉีดกระแสไฟฟ้าเข้าไปในน้ำเกลือความร้อนใต้พิภพ และอุณหภูมิพื้นผิวของท่อจะเกินอุณหภูมิของเหลวจำนวนมากเป็นเดลต้า (ΔT) เป็นสัดส่วนกับฟลักซ์ความร้อนและเป็นสัดส่วนผกผันกับสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน สำหรับสภาวะการไหลเชี่ยวทั่วไป (h=5,000 W/m2K) ฟลักซ์ความร้อน 50 kW/m2 ให้ผล ΔT เกือบ 10 องศา ไอออนโบรไมด์มีขนาดใหญ่กว่าและมีความชื้นน้อยกว่าไอออนคลอไรด์ จึงดูดซับได้แรงกว่าบนพื้นผิวไทเทเนียมที่อุณหภูมิสูงขึ้น สำหรับฟลักซ์ความร้อนที่เกินค่าเกณฑ์เฉพาะของวัสดุ- อุณหภูมิพื้นผิวเฉพาะที่จะช่วยขับเคลื่อนศักย์ไฟฟ้าเคมีไปยังบริเวณแนวขวาง และฟิล์มออกไซด์ก็จะไม่ทำงาน เมื่อหลุมเกิดความหนาแน่นกระแสสูงในหลุมจะกระตุ้นให้เกิดความเป็นกรดในท้องถิ่น (pH อาจน้อยกว่า 1) และไอออนของโบรไมด์จะรวมกับไอออนไทเทเนียมที่ขัดขวางการส่งผ่านกลับ ข้อมูลการทดสอบความร้อนใต้พิภพแสดงให้เห็นว่าฟลักซ์ความร้อนที่จำเป็นสำหรับน้ำเกลือโบรไมด์นั้นต่ำกว่าคลอไรด์ประมาณ 30–40%-เฉพาะน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นเท่ากัน

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างความเข้มข้นของโบรไมด์ ฟลักซ์ความร้อน และเวลาการเกิดหลุม

การตรวจสอบในห้องปฏิบัติการได้สร้างกรอบการทำงานที่ปลอดภัยแบบอนุรักษ์นิยมโดยการตรวจติดตามสัญญาณรบกวนไฟฟ้าเคมี สำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ในน้ำเกลือความร้อนใต้พิภพจำลองที่มีอุณหภูมิรวม 800 ppm Br−, 15,000 ppm Cl− และอุณหภูมิรวม 130 องศา ความสัมพันธ์ต่อไปนี้คือ:

ฟลักซ์ความร้อน < 25 kW/m² : ความหนาแน่นกระแสพาสซีฟ < 0.1 µA/cm² ไม่มีหลุมที่ 5,000 ชั่วโมง

25–35 kW/m2: การเกิด pitting ที่สามารถแพร่กระจายได้ (กระแสชั่วคราวที่ 1–10 µA) แม้ว่าการกลับเป็นซ้ำจะประสบความสำเร็จก็ตาม หลุมที่มีความเสถียรสามารถเจาะผนังที่มีความหนา 0.5 มม. ได้ใน 1,500 ถึง 2,000 ชั่วโมง

ฟลักซ์ความร้อน 35–45 kW/m 2 : การเจาะบ่อที่เสถียรจะเริ่มหลังจาก 200–500 ชั่วโมง เพิ่มอัตราการเติบโตของหลุมจาก 0.01 มม./ชม. เป็น 0.05 มม./ชม

ฟลักซ์ความร้อน > 45 kW/m²: การเจาะรูอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการเจาะผนังท่อขนาด 1.2 มม. ใน<300 hours.

ฟลักซ์ความร้อนวิกฤตของไทเทเนียมเกรด 7- (แพลเลเดียม 0.12-0.25%) เพิ่มขึ้นประมาณ 30% เนื่องจากผลกระทบของตัวเร่งปฏิกิริยาของโลหะมีตระกูลต่อการสร้างฟิล์มซ้ำ ฟลักซ์ความร้อนสูงสุดที่อนุญาตสำหรับการใช้งานระยะยาว (อายุการใช้งาน 10 ปีด้วย<0.1 mm penetration) is 35 kW/m2 for Grade 2 and 45 kW/m2 for Grade 7 in 800 ppm bromide brines.

สถานการณ์-คู่มือพื้นฐานในการเลือกฟลักซ์ความร้อน

ตารางด้านล่างแสดงกรอบการทำงานทางเลือกโดยพิจารณาจากองค์ประกอบเฉพาะของน้ำเกลือความร้อนใต้พิภพและกลยุทธ์การดำเนินงาน

สภาพของน้ำเกลือความร้อนใต้พิภพและลำดับความสำคัญในการปฏิบัติงาน เหตุผลหลักฟลักซ์ความร้อนสูงสุดที่แนะนำ และปิดการขาย- พิจารณาแล้ว
โบรไมด์<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.
โบรไมด์ 300–800 ppm การทำงานเป็นระยะๆ (การหมุนเวียนด้วยความร้อนทุกวัน) ไทเทเนียมเกรด 7 30–35 kW/m2 การปั่นจักรยานช่วยลดอันตรายสะสม ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 เสนอระยะขอบการส่งกลับ ฟลักซ์ที่ลดลงจะทำให้พื้นที่ผิวของเครื่องทำความร้อนเพิ่มขึ้น 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์
Bromide >800 ppm มีโซนนิ่ง (การให้ความร้อนถังไหลต่ำ-) เกรด 7 หรือเกรด 12 20-25 kW/m2 การออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อความปลอดภัย ต้องการเครื่องทำความร้อนที่ยาวขึ้นหรือมีเครื่องทำความร้อนมากกว่าหนึ่งเครื่อง ต้องใช้เงินทุนที่มีราคาแพงกว่า
โบรไมด์-น้ำเกลือเข้มข้นที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S > 50 ppm) เกรดไทเทเนียมใดๆ ที่น้อยกว่าหรือเท่ากับ 20 kW/m2ซัลไฟด์แข่งขันกับการเกิดออกซิเดชัน ต้องการฟลักซ์น้อยที่สุด ดูวัสดุอื่นๆ (เช่น ไทเทเนียม-แพลเลเดียมที่มีการป้องกันแคโทด)
วิศวกรรมที่อยู่เหนือฟลักซ์ความร้อน

ไม่ควรละเลยความเร็วการไหลในการประเมินฟลักซ์ความร้อน สำหรับความเร็วที่ต่ำกว่า 0.3 เมตร/วินาที ความหนาของชั้นขอบเขตจะเพิ่มขึ้น ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวท่อสำหรับฟลักซ์ความร้อนเท่ากันเพิ่มขึ้นอีก 5–8 องศา ซึ่งช่วยลดฟลักซ์สูงสุดที่อนุญาตได้อย่างมีประสิทธิภาพ 15-20% ปฏิกิริยายังขึ้นอยู่กับความหนาของผนังด้วย เนื่องจากผนังที่หนาขึ้นจะทำให้ระยะเวลาของการแพร่กระจายของหลุมเพิ่มขึ้น แต่ไม่ใช่เกณฑ์การเริ่มต้น ดังนั้น สำหรับของเหลวความร้อนใต้พิภพที่อุดมไปด้วยโบรไมด์- ควรใช้ฟลักซ์ความร้อนที่ต่ำกว่ากับผนังธรรมดาขนาด 1.0 มม. ดีกว่าการเพิ่มความหนาของผนังเป็น 1.5 มม. โดยไม่กระทบต่อความหนาแน่นของพลังงาน การตรวจสอบศักยภาพในการลดการเกิดออกซิเดชันของน้ำเกลือ (ORP) เป็นประจำจะให้การเตือนล่วงหน้า: การลดลงของ ORP ที่ต่ำกว่า +200 mV เทียบกับ Ag/AgCl ใกล้พื้นผิวของท่อก่อนที่จะเริ่มเกิดรูพรุน

ระบุอย่างมั่นใจ

ผู้ซื้อควรระบุฟลักซ์ความร้อนสูงสุดที่ได้รับการรับรองโดยอิงจากเคมีของน้ำเกลือจริงหรือการทดสอบมาตรฐาน (ASTM G78 สำหรับการกัดกร่อนตามรอยแยกด้วยฟลักซ์ความร้อนที่ใช้) ในการเลือกเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมสำหรับโบรไมด์-ของเหลวความร้อนใต้พิภพที่เต็มไปด้วยภาระ และตรวจสอบว่าซัพพลายเออร์เป็นผู้ดำเนินการหรือไม่ ใช้ไทเทเนียมเกรด 7 เมื่อโบรไมด์เกิน 500 ppm หรือเมื่อความไม่แน่นอนในการปฏิบัติงานต้องการส่วนต่างด้านความปลอดภัย การออกแบบชุดเครื่องทำความร้อนควรลดฟลักซ์ความร้อนที่พื้นผิวให้เหลือน้อยกว่า 30 kW/m2 สำหรับสถานการณ์ส่วนใหญ่ โดยใช้องค์ประกอบเครื่องทำความร้อนที่ยาวขึ้นหรือจำนวนมาก แทนที่จะใช้ความหนาแน่นของวัตต์ที่สูงขึ้น วิธีการอนุรักษ์นิยมนี้เปลี่ยนเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมจากส่วนประกอบที่มีความเสี่ยงสูงให้เป็นสินทรัพย์ที่เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมของของไหลทางอุตสาหกรรมที่ยากลำบากที่สุดแห่งหนึ่ง