Þegar þú notar títaníumdýfuhitara í brómíð-ríkum jarðhitavökva, hvert er hámarks leyfilegt varmaflæði áður en staðbundin tæring hefst?

Venjulegir málmhitarar þjást af sérstöku vandamáli vegna árásargjarnrar efnafræði jarðhitavökva frá djúpum brunnum. Sum jarðhitapæki hefur styrkur brómíðs sem nær allt að 500–1.200 ppm, en sum innihalda einnig klóríð (10.000–30.000 ppm), uppleyst súlfíð og háan hita (120–200 gráður við brunninn). Títan Grade 2 eða Grade 7 er oft notað fyrir almenna tæringarþol, en brómíðjónir tákna sérstaka ógn: þær ráðast á óvirka oxíðfilmuna árásargjarnari en klóríð við mikla hitaflæðisaðstæður. Hámarks leyfilegt varmaflæði, þ.e. varmaafl sem miðlað er á hverja flatarmálseiningu slönguyfirborðs, ákveður hvort hitarinn virkar örugglega í mörg ár eða bilar með staðbundinni gryfju innan mánaða. Þegar farið er yfir mikilvæga hitaflæðið breytist rafefnafræði yfirborðs úr óvirku í virkt og það hefur í för með sér myndun gryfja sem munu fljótt stinga jafnvel þykkum -vegguðum rörum.

Mechanism of Bromide-Induced Pitting at High Heat Flux

Hlífðar TiO₂ húðin á títan er aðeins stöðug á ákveðnum rafefnafræðilegum möguleikum og hitastigi. Dýfingarhitari dælir rafmagni inn í jarðhitapæki og yfirborðshiti rörsins fer yfir magnvökvahitastigið með delta (ΔT) í hlutfalli við varmaflæðið og í öfugu hlutfalli við varmaflutningsstuðulinn. Fyrir dæmigerð ókyrrðflæði (h=5.000 W/m2K) gefur hitaflæði upp á 50 kW/m2 ΔT sem er næstum 10 gráður. Brómíðjónir eru stærri og minna vökvaðar en klóríðjónir og aðsogast því sterkari á yfirborð títan við hærra hitastig. Fyrir varmaflæði sem fer yfir efnissértæku{10}}þröskuldsgildi, rekur staðbundinn yfirborðshiti rafefnafræðilega möguleikann á þvertvirka svæðið og oxíðfilman bilar. Þegar gryfja hefur myndast ýtir mikill straumþéttleiki í gryfjunni áfram staðbundna súrnun (pH getur verið minna en 1) og brómíðjónir sameinast títanjónum sem hindra endurlífgun. Gögn úr jarðhitaprófunum sýna að nauðsynlegt varmaflæði fyrir brómíðpækil er u.þ.b. 30–40% lægra en fyrir klóríð-aðeins saltpækil í jöfnum styrk.

Magnbundið samband milli styrkleika brómíðs, hitaflæðis og gryfjutíma

Rannsóknir á rannsóknarstofu hafa komið á fót íhaldssamt öruggt rekstrarumslag með rafefnafræðilegri hávaðavöktun. Fyrir 2. stigs títan í herma jarðhitapæki sem inniheldur 800 ppm Br−, 15.000 ppm Cl− og 130 gráðu magn hitastig eru eftirfarandi tengsl:

Varmaflæði < 25 kW/m² : óvirkur straumþéttleiki < 0,1 µA/cm². Engin hola við 5.000 klst

25–35 kW/m2: Metstable piping kemur fram (straumar 1–10 µA) þó að endurlífgun sé venjulega vel. Stöðugar gryfjur komast í gegnum veggþykkt 0,5 mm á 1.500 til 2.000 klukkustundum.

Varmaflæði 35–45 kW/m 2 : Stöðug gryfjun hefst eftir 200–500 klst. aukning á hraða gryfjuvaxtar úr 0,01 mm/klst. í 0,05 mm/klst

Varmaflæði > 45 kW/m²: Hröð gryfjun veldur götun á 1,2 mm rörvegg í<300 hours.

Mikilvæg hitaflæði 7-gráða títans (palladíum 0,12-0,25%) eykst um u.þ.b. 30% vegna hvataáhrifa eðalmálms á endurnýjun. Hámarks leyfilegt hitaflæði fyrir langtíma notkun (10 ára líftími með<0.1 mm penetration) is 35 kW/m2 for Grade 2 and 45 kW/m2 for Grade 7 in 800 ppm bromide brines.

Atburðarás-Leiðbeiningar um val á hitaflæði

Taflan hér að neðan gefur valramma sem byggir á sértækri samsetningu jarðhitapækils og rekstrarstefnu.

Jarðhita saltvatnsástand og rekstrarforgangur Mælt með hámarks hitaflæði kjarna Rökstuðningur og viðskipti-Til greina ekki
Brómíð<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.
Brómíð 300–800 ppm, aðgerð með hléum (dagleg hitauppstreymi) Gráða 7 títan 30–35 kW/m2 Hjólreiðar hjálpa til við að draga úr uppsöfnuðum skaða. 7. bekk býður upp á endurlífgunarbil. Lækkað flæði hækkar yfirborð hitara um 15 til 25 prósent.
Bromide >800 ppm, stöðnuð svæði til staðar (lágt-flæði tanka hitun) gráðu 7 eða gráðu 12 20-25 kW/m2Íhaldssöm hönnun fyrir öryggi. Þarftu lengri hitara lengd eða fleiri en einn hitara. Krefst dýrara fjármagns.
Brómíð-ríkur saltvatn með brennisteinsvetni (H2S > 50 ppm) Hvaða títan sem er Minna en eða jafnt og 20 kW/m2Súlfíð keppa við oxun. Mjög lágmarks flæði þarf. Horfðu á önnur efni (td títan-palladíum með bakskautsvörn).
Engineering Beyond the Heat Flux

Ekki má vanrækja flæðishraðann við mat á varmaflæði. Fyrir hraða undir 0,3 m/s hækkar þykkt jaðarlagsins og hækkar yfirborðshiti rörsins fyrir sama hitaflæði um 5–8 gráður til viðbótar. Þetta dregur í raun úr leyfilegu hámarksflæði um 15-20%. Viðbrögðin eru einnig háð veggþykktinni þar sem þykkari veggir auka útbreiðslutíma gryfjunnar en ekki upphafsþröskuldinn. Því fyrir brómíð-ríka jarðhitavökva er betra að nota lægra hitaflæði með hefðbundnum 1,0 mm vegg en að auka veggþykktina í 1,5 mm án þess að hafa áhrif á aflþéttleikann. Tíð vöktun á oxunarmöguleika saltvatns (ORP) veitir snemmbúna viðvörun: lækkun á ORP fyrir neðan +200 mV á móti Ag/AgCl nálægt yfirborði slöngunnar á undan upphaf gryfju.

Tilgreinir með vissu

Kaupandi ætti að tilgreina vottað hámarks leyfilegt varmaflæði byggt á raunverulegri saltvatnsefnafræði eða staðlaðri prófun (ASTM G78 fyrir sprungurtæringu með beitt varmaflæði) við val á títaníumdýfi fyrir brómíð-hlaðinn jarðhitavökva, og athuga hvort þetta sé framkvæmt af birgir. Notaðu títan af gráðu 7 þegar brómíðið fer yfir 500 ppm eða þegar rekstraróvissa krefst öryggisbils. Hönnun hitakerfisins ætti að lágmarka yfirborðshitaflæði í minna en 30 kW/m2 fyrir flestar aðstæður, með því að nota lengri eða fjölmarga hitaeiningar frekar en hærri wattaþéttleika. Þessi íhaldssama aðferð breytir títanhitara úr áhættuþáttum í áreiðanlega eign í einu erfiðasta iðnaðarvökvaumhverfi.