Yuqori sulfatli qattiq suvda ishlaydigan elektr isitish quvurlari - geotermal suv isitgichlarida, issiqlikni qayta tiklash qozonlarida va ba'zi sanoat texnologik suvlarida keng tarqalgan - kaltsiy sulfatning (CaSO₄·2H₂O, gips va uning suvsiz shakli CaSO₄) mustahkam shkalasi hosil qiladi. G'ovakli va suv va kislorodni o'tkazuvchan bo'lgan kaltsiy karbonat shkalasidan farqli o'laroq, 100 darajadan yuqori hosil bo'lgan kaltsiy sulfat shkalasi (bu erda gips suvsizlanib, angidritga aylanadi) zich, g'ovak bo'lmagan va kuchli yopishqoqdir. Ushbu shkala turi 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan qobiqlarda noyob yoriqlar korroziya mexanizmini yaratadi. O'lchovning o'zi korroziy emas, lekin u suvning yupqa plyonkalarini mikroskopik nuqsonlar orqali o'tishiga imkon berib, quyma suvning pastki metall yuzasiga etib borishini oldini oladi. Tuzilgan suv qatlami kimyoviy jihatdan asosiy qatlamdan ajralib turadi: sulfat ionlari 10-100 koeffitsient bilan kontsentratsiyalanadi, pH metall ionlari gidrolizi tufayli pasayadi va xlorid ionlari - hatto massadagi iz darajasida ham - yoriq ichiga ko'chiriladi. 100-140 daraja ish haroratida bu muhit 316 zanglamaydigan po'latdan tajovuzkorlik bilan hujum qiladi va odatda 6-18 oy ichida qobiqni teshadigan chuqur, tor yoriqlar hosil qiladi. Ushbu maqola kaltsiy sulfat shkalasi qalinligi, yoriqlar kimyosi evolyutsiyasi va chuqurlik darajasi o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlaydi va yuqori sulfatli qattiq suv ilovalari uchun masshtabni boshqarish strategiyasini taqdim etadi.
Sulfatlar kimyosi-zich kaltsiy sulfat tarozilari ostidagi boy yoriqlar
Kaltsiy sulfat shkalasi qatlami va 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan qobiq o'rtasida hosil bo'lgan yoriq polimer tayanchlari yoki qistirmalari tomonidan yaratilgan yoriqlardan tubdan farq qiladi. Shkala metall yuzasiga tsementlanadi va interfeysning ko'p qismida 1-10 mikron zich bo'shliq hosil qiladi. Suv metall{5}}tuz interfeysiga faqat kapillyar ta'sir orqali shkaladagi mikro yoriqlar yoki shkalaning o'ziga xos o'tkazuvchanligi (angidrit 0,5-2% g'ovaklikka ega) orqali etib boradi. Bir marta mavjud bo'lganda, bu yupqa suv qatlami shkalaning past o'tkazuvchanligi tufayli tez turlarni almashtira olmaydi, bu angidrit uchun taxminan 10⁻⁶ dan 10⁻⁸ sm²/s gacha, g'ovakli kaltsit shkalasi uchun esa 10⁻³ sm²/s.
Isitgich 100-140 daraja haroratda ishlaganligi sababli, mikro yoriqlardagi bug'lanish tuzoqqa tushgan suvni to'playdi. Metall interfeyslardan mikro-namuna olish- yo‘li bilan o‘lchanadigan sulfat kontsentratsiyasi omillari:
Ommaviy suv: 300 ppm SO₄²⁻, 50 ppm Cl⁻, pH 7,2
500 soatdan keyin: Interfeys suvi 1800 ppm SO₄²⁻, 210 ppm Cl⁻, pH 6,5
1500 soatdan keyin: Interfeys suvi 4200 ppm SO₄²⁻, 480 ppm Cl⁻, pH 5,1
After 3000 hours: Interface water >8000 ppm SO₄²⁻, >900 ppm Cl⁻, pH 4,2
Yuqori xlorid borligida pH 5,0 dan past bo'lsa, 316 zanglamaydigan po'latdan passiv plyonka beqaror bo'lib qoladi. Yuqori sulfat konsentratsiyasi korroziyani yanada tezlashtiradi, chunki sulfat ionlari metall yuzasida adsorbsiya joylari uchun xlorid bilan raqobatlashadi, aslida sinergik mexanizm orqali depassivatsiya uchun zarur bo'lgan xlorid konsentratsiyasini oshiradi. Elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasi shuni ko'rsatadiki, pH 4,5 da 5000 ppm SO₄²⁻ va 500 ppm Cl⁻ birikmasi faqat 500 ppm Cl⁻ga qaraganda 150 mV past chuqurlashish potentsialini hosil qiladi.
Yuqori haroratlarda kaltsiy sulfat shkalasi ostidagi korroziyaning miqdoriy darajasi
Tezlashtirilgan sinov kaliy sulfat bilan 0,2–1,0 mm qalinlikdagi 316 ta zanglamaydigan po'latdan yasalgan qobiq namunalarida (1,5 mm devor){2}}oldindan o'tkazildi. Namunalar sintetik geotermal suvga (200 ppm SO₄²⁻, 80 ppm Cl⁻, 150 ppm Ca²⁺, pH 7.0) avtogen bosim ostida 120 daraja haroratda botirildi va har hafta suv yangilanadi. Og'irlikni yo'qotish va chuqurning maksimal chuqurligi intervalgacha o'lchandi.
| Kaltsiy sulfat shkalasi qalinligi (mm) | Ommaviy suv harorati (daraja) | Mahalliy pH vaqti<5.0 at Interface (hours) | 2000 soatdan keyin maksimal chuqurlik chuqurligi (µm) | Chuqur morfologiyasi | 1,5 mm devor uchun teshilish vaqti (soat) |
|---|---|---|---|---|---|
| Tarozi yo'q (toza qoplama) | 120 | Qo'llanilmaydigan, qo'llab bo'lmaydigan | 8 | Yo'q (umumiy yumshoq qirqish) | >10,000 |
| 0,1 - 0,3 (ingichka yamoqli shkala) | 120 | 1800 | 35 | Sayoz, keng chuqurliklar | >5000 |
| 0,3 - 0,6 (o'rtacha uzluksiz shkala) | 120 | 800 | 120 | Chuqur, pastki kesilgan yoriqlar chuqurlari | 2800 |
| 0,6 - 1,0 (katta shkala) | 120 | 400 | 220 | Tor, chuqur teshilish chuqurlari | 1500 |
| 0,3 - 0,6, lekin termal aylanish bilan (kuniga 5 tsikl, 120 daraja → 25 daraja) | 120 | 300 | 310 | Bir nechta faol chuqurlar | 1100 |
Termal aylanish jarayonni keskin tezlashtiradi. Har bir sovutish davri metallga nisbatan shkalaning differentsial qisqarishiga olib keladi, mikro yoriqlar hosil qiladi yoki kengaytiradi. Qayta qizdirilgandan so'ng, toza suv bu yoriqlar orqali o'tib, yangi sulfat va xloridni interfeysga olib keladi, oldingi tutilgan suv esa yanada konsentratsiyalanadi. Tsiklik jarayon agressiv turlarni doimiy ravishda to'ldiradigan nasos harakatini keltirib chiqaradi.
Kaltsiy sulfat shkalasi korrozivligining haroratga bog'liqligi
100 darajadan pastda kaltsiy sulfat asosan gips (CaSO₄ · 2H₂O) shaklida mavjud bo'lib, u yuqori eruvchanlikka ega (50 gradusda taxminan 2400 ppm) va ko'proq gözenekli, kamroq yopishgan shkala hosil qiladi. Gips shkalasi ostidagi korroziya xavfi sezilarli darajada past bo'ladi, chunki gözenekli tuzilish orqali suv aylanishi ekstremal konsentratsiyani oldini oladi. 100 darajadan yuqori haroratda gips angidritga (CaSO₄) suvsizlanadi, bu retrograd eruvchanlikka ega - harorat oshgani sayin u kamroq eriydi (100 gradusda taxminan 1500 ppm, 150 gradusda 1000 ppm va 600 ppm). Anhidrit zich, qattiq kristallar shaklida cho'kadi, ular birgalikda sinterlanadi va samarali diffuziya to'sig'ini hosil qiladi.
Tezlashtirilgan sulfat{0}}yorilish korroziyasi uchun kritik harorat chegarasi taxminan 95–105 darajani tashkil qiladi. Ushbu diapazondan pastroqda, shkala himoya bo'lib qoladi, chunki u korrodentlarni jiddiy ravishda to'plamaydi. Ushbu diapazondan yuqori zich shkala va yuqori haroratning kombinatsiyasi tobora agressiv sharoitlarni keltirib chiqaradi:
90 daraja (gips shkalasi): 3000 soatdan keyin chuqurning chuqurligi 15 mikron
110 daraja (aralash gips/angidrit): 3000 soatdan keyin chuqur chuqurligi 80 mkm
130 daraja (anhidrit shkalasi): 3000 soatdan keyin chuqur chuqurligi 190 mikron
150°C (anhydrite scale): Pit depth >3000 soatdan keyin 400 mkm (2500-3000 soatda 1,5 mm devorning teshilishi)
Sulfatli suvlarda 120 darajadan yuqori haroratda{1}}qo'llanilishi uchun kaltsiy sulfat shkalasi bo'lgan 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan qobiqlar xloridning massa kontsentratsiyasidan qat'i nazar, oldindan aytib bo'ladigan, qisqa xizmat muddatiga ega.
Sulfatli-boy suvlar uchun masshtabni oldini olish va kamaytirish strategiyalari
Uchta muhandislik yondashuvi yuqori-sulfatli, yuqori haroratli-suvdagi 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan qobiqlarda sulfat{0}}yorilish korroziyasini oldini oladi yoki yumshata oladi. Birinchidan, natriy gidroksidi yoki natriy karbonat qo'shilishi yordamida suvning pH qiymatini 8,0 dan yuqori darajada saqlang. PH 8,5 da kaltsiy sulfatining miqyosi taxminan 60% ga kamayadi va hosil bo'lgan shkala kaltsiy karbonatning birgalikda cho'kishi tufayli kamroq yopishadi, bu esa g'ovaklikni oshiradi. Ikkinchidan, sezilarli birikma paydo bo'lishidan oldin mexanik shkalani olib tashlash jadvalini amalga oshiring. Masshtabning qalinligini har 500 soatda ultratovush yordamida oʻlchash shkala qalinligi 0,3 mm ga yetganda mexanik choʻtka yoki yuqori bosimli suv oqimi yordamida olib tashlash imkonini beradi. Uchinchidan, shkalaning oldini olish mumkin bo'lmagan 105 darajadan yuqori uzluksiz xizmat ko'rsatish uchun qoplama materialini 7-darajali titaniumga (hatto sulfat shkalasi ostida ham yoriqlar korroziyasiga chidamli) yoki dupleks zanglamaydigan po'latdan 2205 ga (ko'proq chuqurchaga chidamlilik ekvivalentiga ega va sulfat muhitida yaxshiroq ishlashga ega) yangilang{19}}. Geotermal suv isitgichlaridan olingan dala ma'lumotlari (120 daraja, 500 ppm SO₄²⁻, 150 ppm Cl⁻) shuni ko'rsatadiki, 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan g'iloflar 8-14 oy ichida ishlamay qolgan, dupleks 2205 g'iloflar 24-36 oy davom etgan va korroziyasiz qolgan{3} 48 oy. Qotishmalarni yangilash mumkin bo'lmagan va o'lchovni olib tashlash mumkin bo'lmagan ilovalar uchun devor qalinligi 2,5-3,0 mm bo'lgan 316 ta g'ilofni ko'rsatish teshilish vaqtini 24-36 oygacha uzaytiradigan korroziyaga qarshilikni ta'minlaydi, ammo bu yondashuv faqat kechiktiriladi, yakuniy buzilishning oldini olmaydi.
