پی ٹی ایف ای ہیٹ ایکسچینجر جیوتھرمل برائن ہیٹنگ ایپلی کیشنز میں سلیکا اسکیلنگ کے خلاف کیسے مزاحمت کرتا ہے؟

جیوتھرمل برائن چیلنج

گہرے کنوؤں سے نکالے گئے جیوتھرمل برائنز 500-1,500 پی پی ایم کے ارتکاز میں تحلیل شدہ سلیکا پر مشتمل ہوتے ہیں - سطح کے درجہ حرارت پر سنترپتی کی حد سے کہیں زیادہ۔ جب نمکین پانی کو ہیٹ ایکسچینجر کے ذریعے گرم یا ٹھنڈا کیا جاتا ہے تو، سلکا گرمی کی منتقلی کی سطحوں پر بے ساختہ سلیکا پیمانے کے طور پر پھیل جاتی ہے۔ پیمانہ شیشے والا، سخت اور ہٹانا غیر معمولی طور پر مشکل ہے۔ یہ ٹیوبوں کو موصل کرتا ہے، گرمی کی پیداوار کو کم کرتا ہے، اور آخر میں میکانی ہٹانے یا مکمل ایکسچینجر کی تبدیلی کی ضرورت ہوتی ہے.

جیوتھرمل سروس میں دھاتی ہیٹ ایکسچینجرز ہفتوں سے مہینوں کے اندر سلیکا سکیلنگ کا شکار ہوتے ہیں۔ سلوکسین (Si-O-Si) کیمیائی بانڈز-وہی بانڈز جو شیشے کو ایک ساتھ رکھتے ہیں۔ ایک بار بانڈ ہونے کے بعد، پیمانہ کو تیزاب یا الکلائن کی صفائی سے تحلیل نہیں کیا جا سکتا۔ مکینیکل ہٹانا دھات کی سطح کو نقصان پہنچاتا ہے اور اسکیل کی اگلی پرت کے لیے تازہ نیوکلیشن سائٹس فراہم کرتا ہے۔

ایک PTFE ہیٹ ایکسچینجر بنیادی طور پر مختلف سطح کے تعامل کے ذریعے سیلیکا اسکیلنگ کے خلاف مزاحمت کرتا ہے۔ فلوروپولیمر کی سطح میں سلوکسین بانڈز بنانے کے لیے کوئی دھاتی آکسائیڈ گروپ نہیں ہے۔ سلیکا جو نمکین پانی سے نکلتی ہے ایک ایسی سطح سے رابطہ کرتی ہے جو کوئی کیمیائی بانڈنگ سائٹس اور کم سے کم آسنجن پیش نہیں کرتی ہے۔ پیمانہ ڈھیلے طریقے سے جمع ہوتا ہے، اگر بالکل نہیں، اور آسانی سے ہٹا دیا جاتا ہے۔

دھاتوں پر سلیکا جمع کرنے کا طریقہ کار

دھات کی سطح پر بے ساختہ سلیکا جمع کرنا کیمیائی بانڈنگ میکانزم کے ذریعے آگے بڑھتا ہے۔ دھاتی آکسائیڈ کی سطح (Fe₂O₃, Cr₂O₃, TiO₂) اپنی سطح پر ہائیڈروکسیل گروپس (-OH) رکھتی ہے۔ نمکین پانی (Si(OH)₄) میں سلک ایسڈ ان سطحی ہائیڈروکسیلز کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے: M-OH + Si(OH)₄ → M-O-Si(OH)₃ + H₂O۔ سلک ایسڈ کیمیائی طور پر دھات کی سطح سے منسلک ہوتا ہے۔ اضافی سیلیکک ایسڈ مالیکیولز بانڈڈ سلیکا پر گاڑھ جاتے ہیں، جس سے سلوکسین بانڈ کی تشکیل کے ذریعے اسکیل پرت بڑھ جاتی ہے۔ پیمانہ بے ترتیب سیلیکا شیشے کی ایک مسلسل، چپکنے والی پرت بن جاتا ہے۔

پیمانے کی تشکیل کی شرح سلیکا کے ارتکاز، درجہ حرارت اور نمکین پانی کے پی ایچ پر منحصر ہے۔ ہیٹ ایکسچینجر کی سطح پر، بلند درجہ حرارت سیلیکا کی حل پذیری کو کم کرتا ہے، جس سے مقامی سپر سیچوریشن میں اضافہ ہوتا ہے۔ سطح کی کھردری کے ساتھ پیمانے کی شرح نمو تیز ہوتی ہے-کھردری سطحیں زیادہ بانڈنگ سائٹس اور جمع کرنے کے لیے زیادہ جگہ فراہم کرتی ہیں۔

PTFE غیر-بانڈنگ سطح

PTFE سطح پر کوئی ہائیڈروکسیل گروپ نہیں ہے۔ کاربن-فلورین بانڈز کیمیائی طور پر مستحکم ہوتے ہیں۔ سیلیکک ایسڈ مالیکیول کا پی ٹی ایف ای کی سطح تک پہنچنے سے سنکشیپن کے رد عمل کے لیے کوئی رد عمل والی جگہیں نہیں ملتی ہیں جو سلیکا کو دھاتی آکسائیڈ سے جوڑتی ہے۔ نمکین پانی سے نکلنے والا سلکا بلک فلویڈ یا سطح پر جمع ہوتا ہے لیکن PTFE کے ساتھ کیمیائی تعلق نہیں بنا سکتا۔

پی ٹی ایف ای (18-20 mN/m) کی کم سطحی توانائی کی وجہ سے آسنجن مزید کم ہو جاتا ہے۔ یہاں تک کہ اگر سیلیکا کے ذرات کشش ثقل کے ذریعہ سطح پر گرتے ہیں تو آسنجن قوتیں کمزور ہوتی ہیں - وین ڈیر والز صرف، کوئی کیمیائی بانڈنگ جزو نہیں ہوتا ہے۔ جمع شدہ سیلیکا کو پانی سے دھو کر ہٹا دیا جاتا ہے یا عام تھرمل سائیکلنگ کے دوران پی ٹی ایف ای کے پھیلنے اور سکڑنے کے دوران صرف فلیکس کو ہٹا دیا جاتا ہے۔

کیمیکل بانڈنگ سائٹس کی کمی اور سطح کی کم توانائی کا مطلب یہ ہے کہ PTFE پر سلیکا پیمانہ شیشے کی پرت کی بجائے ایک ڈھیلا، پاؤڈر ڈپازٹ ہے۔ یہ کم از کم صفائی کے ساتھ حرارت کی منتقلی کی سطح کو قابل خدمت حالت میں رکھتا ہے۔

درجہ حرارت سائیکلنگ کے فوائد
درجہ حرارت سائیکلنگ جیوتھرمل ہیٹ ایکسچینجرز کے لئے ایک عام واقعہ ہے کیونکہ نمکین درجہ حرارت میں تغیرات کی وجہ سے اچھی حالتوں اور پیداوار کی طلب ہوتی ہے۔ پیمانہ (0.5 × 10⁻⁶/ ڈگری) اور دھاتی (12-17 × 10⁻⁶/ ڈگری ) کے درمیان باؤنڈ سلیکا اسکیل والے دھاتی ایکسچینجر کے درمیان تفریق تھرمل توسیع پیمانے پر دھاتی رابطے پر دباؤ پیدا کرتی ہے۔ تناؤ پیمانے کو بکھر سکتا ہے، لیکن دراڑیں تازہ دھات کی سطح کو ظاہر کرتی ہیں جو فوری طور پر زیادہ سلیکا کے ساتھ نئے سلوکسین کنکشن پیدا کرتی ہیں۔ سائیکلنگ پیمانے کو دوبارہ ترتیب نہیں دیتی ہے، یہ اسے صاف کرتی ہے۔

PTFE ایکسچینجر کے لیے، PTFE (120 × 10−6/ ڈگری ) کا تھرمل توسیع کسی بھی ڈھیلے رکھے ہوئے سلیکا سے کہیں زیادہ ہے۔ ٹیوب کی سطح پھیل جاتی ہے اور سکڑتی ہے، جس سے کوئی بھی جمع شدہ سلیکا فلیک آف ہو جاتا ہے۔ دھاتوں کے برعکس درجہ حرارت سائیکلنگ کے نتیجے میں مزید اسکیلنگ نہیں ہوتی بلکہ PTFE سطح کو صاف کرتی ہے۔

نتیجہ
پی ٹی ایف ای ہیٹ ایکسچینجرز کی فلورو پولیمر سطح سائلوکسین لنکیجز کی تخلیق کے لیے کوئی ہائیڈروکسیل گروپس پیش نہیں کرتی ہے، جو دھاتی آکسائیڈ کی سطحوں سے سلیکا اسکیل کے بندھن کے لیے ذمہ دار کیمیائی طریقہ کار ہے، اور اس لیے جیوتھرمل نمکین پانی میں سلیکا اسکیلنگ کے خلاف مزاحم ہے۔ سطح کی توانائی میں کمی بھی آسنجن کو روکتی ہے۔ تھرمل سائیکلنگ دھاتوں پر پیمانے کی تجدید کرتی ہے لیکن درحقیقت PTFE سے ڈھیلے سلیکا کو ہٹاتی ہے۔ نتیجہ ایک ہیٹ ایکسچینجر ہے جس کی خدمت میں حرارت کی منتقلی کی کارکردگی کے 5+ سال ہیں جو 6-24 مہینوں میں میٹالک ایکسچینجرز کو کم کر دیتے ہیں۔

جیوتھرمل اور ہائی سیلیکا سسٹمز میں پی ٹی ایف ای ہیٹ ایکسچینجر کی تفصیلات کے لیے انجینئرنگ سپورٹ کی پیشکش کی جاتی ہے برائن کیمسٹری، سلیکا ارتکاز، آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد اور موجودہ اسکیلنگ ہسٹری کی وصولی پر۔