برومائڈ میں ٹائٹینیم وسرجن ہیٹر کا استعمال کرتے وقت-رچ جیوتھرمل سیال، مقامی سنکنرن شروع ہونے سے پہلے زیادہ سے زیادہ قابل اجازت ہیٹ فلوکس کیا ہے؟

معیاری دھاتی ہیٹر گہرے کنوؤں سے جیوتھرمل سیالوں کی جارحانہ کیمسٹری کے ایک خاص مسئلے سے دوچار ہیں۔ کچھ جیوتھرمل نمکین برائنز میں برومائیڈ کا ارتکاز 500–1,200 پی پی ایم تک ہوتا ہے، کچھ میں کلورائد (10,000–30,000 پی پی ایم)، تحلیل شدہ سلفائیڈز، اور اعلی درجہ حرارت (120–200 ڈگری کنویں کے سر پر) بھی شامل ہیں۔ ٹائٹینیم گریڈ 2 یا گریڈ 7 کو اکثر عام سنکنرن مزاحمت کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، لیکن برومائیڈ آئن ایک خاص خطرے کی نمائندگی کرتے ہیں: وہ تیز گرمی کے بہاؤ والے حالات میں کلورائیڈ کے مقابلے میں غیر فعال آکسائیڈ فلم پر زیادہ جارحانہ حملہ کرتے ہیں۔ زیادہ سے زیادہ قابل اجازت حرارت کا بہاؤ، یعنی ٹیوب کی سطح کے فی یونٹ رقبہ پر بات چیت کی جانے والی تھرمل پاور، یہ فیصلہ کرتی ہے کہ آیا ہیٹر سالوں تک محفوظ طریقے سے کام کرے گا یا مہینوں کے اندر مقامی پٹنگ کے ذریعے ناکام ہو جائے گا۔ جب حرارت کے اہم بہاؤ سے تجاوز کیا جاتا ہے تو سطح کی الیکٹرو کیمسٹری غیر فعال سے فعال میں بدل جاتی ہے اور اس کے نتیجے میں گڑھے بنتے ہیں جو کہ موٹی دیواروں والی ٹیوبوں کو بھی تیزی سے چھید دیتے ہیں۔

برومائڈ کا طریقہ کار

ٹائٹینیم پر حفاظتی TiO₂ کوٹنگ صرف ایک مخصوص الیکٹرو کیمیکل صلاحیت اور درجہ حرارت کی حد میں مستحکم ہے۔ ایک وسرجن ہیٹر جیوتھرمل نمکین پانی میں بجلی داخل کرتا ہے، اور ٹیوب کی سطح کا درجہ حرارت حرارت کے بہاؤ کے متناسب ڈیلٹا (ΔT) کے ذریعہ بلک سیال درجہ حرارت سے بڑھ جاتا ہے اور حرارت کی منتقلی کے عدد کے الٹا متناسب ہوتا ہے۔ ایک عام ہنگامہ خیز بہاؤ کی حالت (h=5,000 W/m2K) کے لیے 50 kW/m2 گرمی کا بہاؤ تقریباً 10 ڈگری کا ΔT پیدا کرتا ہے۔ برومائڈ آئن کلورائڈ آئنوں سے بڑے اور کم ہائیڈریٹ ہوتے ہیں اور اس لیے بڑھتے ہوئے درجہ حرارت پر ٹائٹینیم کی سطحوں پر زیادہ مضبوطی سے جذب ہوتے ہیں۔ مواد کی مخصوص حد سے زیادہ حرارت کے بہاؤ کے لیے، سطح کا مقامی درجہ حرارت الیکٹرو کیمیکل صلاحیت کو منتقلی والے علاقے میں لے جاتا ہے اور آکسائیڈ فلم ناکام ہو جاتی ہے۔ ایک بار جب گڑھا گڑھے میں کرنٹ کی اعلی کثافت بناتا ہے تو مقامی تیزابیت (pH 1 سے کم ہو سکتی ہے) اور برومائڈ آئنز ٹائٹینیم آئنوں کے ساتھ مل کر ریپاسیویشن کو روکتے ہیں۔ جیوتھرمل فیلڈ ٹیسٹ کے اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ برومائڈ برائنز کے لیے ضروری ہیٹ فلوکس تقریباً 30–40% کم ہے جو کہ مساوی ارتکاز میں صرف کلورائد کے مقابلے میں{16}}ہے۔

برومائڈ کے ارتکاز، ہیٹ فلوکس اور پٹنگ ٹائم کے درمیان مقداری تعلق

لیبارٹری کی تحقیقات نے الیکٹرو کیمیکل شور کی نگرانی کے ذریعہ ایک قدامت پسند محفوظ آپریٹنگ لفافہ قائم کیا ہے۔ 800 پی پی ایم Br−، 15,000 ppm Cl−، اور 130 ڈگری بلک درجہ حرارت پر مشتمل مصنوعی جیوتھرمل نمکین پانی میں گریڈ 2 ٹائٹینیم کے لیے، درج ذیل تعلقات ہیں:

حرارت کا بہاؤ < 25 kW/m² : غیر فعال موجودہ کثافت < 0.1 µA/cm²۔ 5,000 گھنٹے پر کوئی پٹنگ نہیں۔

25–35 kW/m2: میٹاسٹیبل پٹنگ ہوتی ہے (1–10 µA کے موجودہ عارضی) حالانکہ دوبارہ منتقلی عام طور پر کامیاب ہوتی ہے۔ مستحکم گڑھے 1,500 سے 2,000 گھنٹوں میں 0.5 ملی میٹر کی دیوار کی موٹائی میں داخل ہوتے ہیں۔

حرارت کا بہاؤ 35–45 kW/m 2 : مستحکم پٹنگ 200-500 گھنٹے کے بعد شروع ہوتی ہے۔ گڑھے کی ترقی کی شرح میں 0.01 ملی میٹر فی گھنٹہ سے 0.05 ملی میٹر فی گھنٹہ تک اضافہ

حرارت کا بہاؤ> 45 کلو واٹ/ایم²: تیزی سے پٹنگ 1.2 ملی میٹر ٹیوب کی دیوار میں سوراخ کرنے کا سبب بنتی ہے۔<300 hours.

7-گریڈ ٹائٹینیم (پیلاڈیم 0.12-0.25%) کا شدید گرمی کا بہاؤ تقریباً 30% بڑھ جاتا ہے کیونکہ دوبارہ گزرنے پر نوبل دھات کے اتپریرک اثر کی وجہ سے۔ طویل مدتی آپریشن کے لیے زیادہ سے زیادہ اجازت شدہ ہیٹ فلوکس (10 سال کی زندگی کے ساتھ<0.1 mm penetration) is 35 kW/m2 for Grade 2 and 45 kW/m2 for Grade 7 in 800 ppm bromide brines.

منظر نامہ-حرارت کے بہاؤ کو منتخب کرنے کے لیے مبنی گائیڈ

نیچے دی گئی جدول جیوتھرمل نمکین پانی کی مخصوص ساخت اور آپریٹنگ حکمت عملی کی بنیاد پر انتخاب کا فریم ورک فراہم کرتی ہے۔

جیوتھرمل برائن کنڈیشن اور آپریشنل ترجیحی تجویز کردہ میکس ہیٹ فلوکس کور ریشنل اور ٹریڈ-آف سمجھا جاتا ہے
برومائیڈ<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.
برومائیڈ 300–800 ppm، وقفے وقفے سے آپریشن (روزانہ تھرمل سائیکلنگ) گریڈ 7 ٹائٹینیم 30–35 kW/m2Cycling مجموعی نقصان کو کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ گریڈ 7 ری پیسیویشن مارجن پیش کرتا ہے۔ کم بہاؤ ہیٹر کی سطح کے علاقے کو 15 سے 25 فیصد تک بڑھاتا ہے۔
Bromide >800 پی پی ایم، جمود والے زون موجود ہیں (کم-فلو ٹینک ہیٹنگ) گریڈ 7 یا گریڈ 12 20-25 kW/m2 حفاظت کے لیے قدامت پسند ڈیزائن۔ طویل ہیٹر کی لمبائی یا ایک سے زیادہ ہیٹر کی ضرورت ہے۔ زیادہ مہنگے سرمائے کی ضرورت ہے۔
برومائیڈ-ہائیڈروجن سلفائیڈ کے ساتھ بھرپور نمکین پانی (H2S > 50 ppm) کوئی بھی ٹائٹینیم گریڈ 20 kW/m2Sulfides سے کم یا اس کے برابر آکسیکرن کا مقابلہ کرتا ہے۔ بہت کم سے کم بہاؤ کی ضرورت ہے۔ دوسرے مواد کو دیکھیں (جیسے کیتھوڈک تحفظ کے ساتھ ٹائٹینیم-پیلیڈیم)۔
ہیٹ فلوکس سے پرے انجینئرنگ

گرمی کے بہاؤ کی تشخیص میں بہاؤ کی رفتار کو نظرانداز نہیں کیا جانا چاہئے۔ 0.3 m/s سے کم رفتار کے لیے باؤنڈری پرت کی موٹائی بڑھ جاتی ہے، اسی گرمی کے بہاؤ کے لیے ٹیوب کی سطح کے درجہ حرارت میں 5-8 ڈگری اضافی اضافہ ہوتا ہے۔ یہ مؤثر طریقے سے زیادہ سے زیادہ قابل اجازت بہاؤ کو 15-20% تک کم کرتا ہے۔ ردعمل کا انحصار دیوار کی موٹائی پر بھی ہوتا ہے، کیونکہ موٹی دیواریں گڑھے کے پھیلاؤ کی مدت میں اضافہ کرتی ہیں، لیکن آغاز کی حد کو نہیں۔ لہٰذا، برومائیڈ- سے بھرپور جیوتھرمل سیالوں کے لیے یہ بہتر ہے کہ بجلی کی کثافت کو متاثر کیے بغیر دیوار کی موٹائی کو 1.5 ملی میٹر تک بڑھانے کے بجائے روایتی 1.0 ملی میٹر دیوار کے ساتھ کم گرمی کا بہاؤ استعمال کریں۔ برائن آکسیڈیشن-ریڈکشن پوٹینشل (ORP) کی بار بار نگرانی ایک ابتدائی انتباہ فراہم کرتی ہے: ORP میں +200 mV بمقابلہ Ag/AgCl ٹیوب کی سطح کے قریب گرنا گڑھے کے آغاز سے پہلے ہے۔

یقین کے ساتھ بیان کرنا

خریدار کو برومائیڈ سے لدے جیوتھرمل سیالوں کے لیے ٹائٹینیم وسرجن ہیٹر کا انتخاب کرنے کے لیے اصلی نمکین کیمسٹری یا معیاری جانچ (اپلائیڈ ہیٹ فلوکس کے ساتھ کریائس سنکنرن کے لیے ASTM G78) کی بنیاد پر ایک تصدیق شدہ زیادہ سے زیادہ اجازت شدہ ہیٹ فلوکس کی وضاحت کرنی چاہیے، اور چیک کریں کہ یہ suppli کے ذریعے انجام دیا گیا ہے۔ گریڈ 7 ٹائٹینیم استعمال کریں جب برومائڈ 500 پی پی ایم سے زیادہ ہو یا جب آپریشنل غیر یقینی صورتحال حفاظتی مارجن کا مطالبہ کرے۔ ہیٹر اری کے ڈیزائن کو زیادہ تر حالات میں زیادہ تر واٹ کثافت کے بجائے لمبے یا متعدد ہیٹر عناصر کا استعمال کرتے ہوئے سطح کی حرارت کے بہاؤ کو 30 kW/m2 سے کم کرنا چاہیے۔ یہ قدامت پسند طریقہ ٹائٹینیم ہیٹر کو ایک انتہائی مشکل صنعتی سیال ماحول میں ایک اعلی خطرے والے جزو سے ایک قابل اعتماد اثاثہ میں بدل دیتا ہے۔