Mae tiwbiau gwresogi trydan sy'n gweithredu mewn dŵr caled gyda chynnwys sylffad uchel - sy'n gyffredin mewn gwresogyddion dŵr geothermol, boeleri adfer gwres, a rhai dyfroedd prosesau diwydiannol - yn datblygu dyddodion calsiwm sylffad ar raddfa ddygn (CaSO₄·2H₂O, gypswm, a'i ffurf anhydrus CaSO₄). Yn wahanol i raddfa calsiwm carbonad, sy'n fandyllog ac yn athraidd i ddŵr ac ocsigen, mae graddfa calsiwm sylffad a ffurfiwyd uwchlaw 100 gradd (lle mae gypswm yn dadhydradu i anhydrit) yn drwchus, heb fod yn fandyllog, ac yn glynu'n gryf. Mae'r math hwn o raddfa yn creu mecanwaith cyrydiad agennau unigryw ar 316 o weinau dur di-staen. Nid yw'r raddfa ei hun yn gyrydol, ond mae'n atal dŵr swmp rhag cyrraedd yr wyneb metel gwaelodol tra'n caniatáu i ffilmiau tenau o ddŵr dreiddio trwy ddiffygion microsgopig. Daw'r haen ddŵr sydd wedi'i dal yn gemegol wahanol i'r swmp: mae ïonau sylffad yn crynhoi yn ôl ffactorau o 10–100, mae pH yn gostwng oherwydd hydrolysis ïon metel, ac mae ïonau clorid - hyd yn oed ar lefelau hybrin yn y swmp - yn ymfudo i'r hollt. Ar dymheredd gweithredu o 100-140 gradd, mae'r amgylchedd hwn yn ymosod yn ymosodol ar 316 o ddur di-staen, gan gynhyrchu pyllau agennau cul, dwfn sy'n tyllu'r wain fel arfer o fewn 6-18 mis. Mae'r erthygl hon yn meintioli'r berthynas rhwng trwch graddfa calsiwm sylffad, esblygiad cemeg agennau, a chyfradd pydru, gan ddarparu strategaethau rheoli graddfa ar gyfer cymwysiadau dŵr caled sylffad uchel.
Cemeg Sylffad-Agenau Cyfoethog o dan Raddfeydd Calsiwm Sylffad Trwchus
Mae'r hollt a ffurfiwyd rhwng haen graddfa calsiwm sylffad a'r wain 316 o ddur di-staen yn sylfaenol wahanol i holltau a grëwyd gan gynheiliaid polymer neu gasgedi. Mae'r raddfa wedi'i smentio i'r arwyneb metel, gan greu bwlch tynn o 1–10 µm dros y rhan fwyaf o'r rhyngwyneb. Mae dŵr yn cyrraedd y rhyngwyneb metel-halen dim ond trwy weithred capilari trwy ficrocraciau yn y raddfa neu trwy athreiddedd cynhenid y raddfa (mae gan anhydrit fandylledd o 0.5–2%). Unwaith y bydd yn bresennol, ni all yr haen ddŵr denau hon gyfnewid rhywogaethau â'r swmp yn gyflym oherwydd athreiddedd isel y raddfa, sef tua 10⁻⁶ i 10⁻⁸ cm²/s ar gyfer anhydrit o'i gymharu â 10⁻³ cm²/s ar gyfer graddfa calsit mandyllog.
Gan fod y gwresogydd yn gweithredu ar 100-140 gradd, mae anweddiad ar raddfa microcraciau yn crynhoi'r dŵr sydd wedi'i ddal. Mae ffactorau crynodiad sylffad a fesurir gan samplu maint micro-rhyngwynebau metel yn dangos:
Swmp dŵr: 300 ppm SO₄²⁻, 50 ppm Cl⁻, pH 7.2
Ar ôl 500 awr: Dŵr rhyngwyneb 1800 ppm SO₄²⁻, 210 ppm Cl⁻, pH 6.5
Ar ôl 1500 awr: Dŵr rhyngwyneb 4200 ppm SO₄²⁻, 480 ppm Cl⁻, pH 5.1
After 3000 hours: Interface water >8000 ppm SO₄²⁻, >900 ppm Cl⁻, pH 4.2
Ar pH o dan 5.0 ym mhresenoldeb clorid uchel, mae'r ffilm goddefol ar 316 o ddur di-staen yn dod yn ansefydlog. Mae'r crynodiad uchel o sylffad yn cyflymu'r cyrydiad ymhellach oherwydd bod ïonau sylffad yn cystadlu â chlorid am safleoedd arsugniad ar yr wyneb metel, gan gynyddu'r crynodiad clorid sydd ei angen ar gyfer dadoddefiad trwy fecanwaith synergaidd. Mae sbectrosgopeg rhwystriant electrocemegol yn dangos bod y cyfuniad o 5000 ppm SO₄²⁻ a 500 ppm Cl⁻ ar pH 4.5 yn cynhyrchu potensial tyllu 150 mV yn is nag mewn 500 ppm Cl⁻ yn unig.
Cyfraddau Cyrydiad Meintiol Islaw Graddfeydd Calsiwm Sylffad ar Dymereddau Uwch
Cynhaliwyd profion carlam ar 316 o samplau gwain dur di-staen (wal 1.5 mm) wedi'u graddio ymlaen llaw â chalsiwm sylffad i drwch o 0.2–1.0 mm. Cafodd samplau eu trochi mewn dŵr geothermol synthetig (200 ppm SO₄²⁻, 80 ppm Cl⁻, 150 ppm Ca²⁺, pH 7.0) ar 120 gradd o dan bwysau awtogenaidd, gyda dŵr swmp yn cael ei adnewyddu'n wythnosol. Mesurwyd colled pwysau a dyfnder uchaf y pwll bob hyn a hyn.
| Trwch Graddfa Calsiwm Sylffad (mm) | Tymheredd Swmp Dŵr ( gradd ) | Amser i pH Lleol<5.0 at Interface (hours) | Uchafswm dyfnder y pwll ar ôl 2000 o oriau (µm) | Morffoleg y Pwll | Amser trydylliad ar gyfer wal 1.5 mm (oriau) |
|---|---|---|---|---|---|
| Dim graddfa (gwain lân) | 120 | Ddim yn berthnasol | 8 | Dim (ysgythriad ysgafn cyffredinol) | >10,000 |
| 0.1 – 0.3 (graddfa denau anghyson) | 120 | 1800 | 35 | Pyllau bas, llydan | >5000 |
| 0.3 – 0.6 (graddfa barhaus gymedrol) | 120 | 800 | 120 | Pyllau agennau dwfn, tandoredig | 2800 |
| 0.6 – 1.0 (graddfa drom) | 120 | 400 | 220 | Pyllau tyllog cul, dwfn | 1500 |
| 0.3 - 0.6, ond gyda beicio thermol (5 cylch y dydd, 120 gradd → 25 gradd) | 120 | 300 | 310 | Pyllau gweithredol lluosog | 1100 |
Mae beicio thermol yn cyflymu'r broses yn ddramatig. Mae pob cylch oeri yn achosi crebachiad gwahaniaethol o'r raddfa o'i gymharu â'r metel, gan greu neu ehangu microcraciau. Ar ôl ailgynhesu, mae dŵr ffres yn ymdreiddio trwy'r craciau hyn, gan ddod â sylffad a chlorid newydd i'r rhyngwyneb tra bod y dŵr a ddaliwyd yn flaenorol yn dod yn fwy crynodedig fyth. Mae'r broses gylchol yn cynhyrchu gweithred bwmpio sy'n ailgyflenwi rhywogaethau ymosodol yn barhaus.
Dibyniaeth Tymheredd Cyrydedd Graddfa Sylffad Calsiwm
O dan 100 gradd, mae calsiwm sylffad yn bodoli'n bennaf fel gypswm (CaSO₄·2H₂O), sydd â hydoddedd uwch (tua 2400 ppm ar 50 gradd) ac yn ffurfio graddfa fwy hydraidd, llai ymlynol. Mae'r risg cyrydiad o dan raddfa gypswm yn sylweddol is oherwydd bod cylchrediad dŵr trwy'r strwythur mandyllog yn atal cronni crynodiad eithafol. Uwchlaw 100 gradd, mae gypswm yn dadhydradu i anhydrite (CaSO₄), sydd â hydoddedd ôl-raddol - mae'n dod yn llai hydawdd wrth i'r tymheredd gynyddu (tua 1500 ppm ar 100 gradd, 1000 ppm ar 150 gradd, a 600 ppm ar 200 gradd). Mae anhydrite yn gwaddodi fel crisialau caled, trwchus sy'n sinter gyda'i gilydd, gan ffurfio rhwystr trylediad effeithiol.
Y trothwy tymheredd critigol ar gyfer cyrydiad agennau sylffad cyflym yw tua 95–105 gradd . O dan yr ystod hon, mae'r raddfa'n parhau i fod yn amddiffynnol yn yr ystyr nad yw'n crynhoi cyrydyddion yn ddifrifol. Uwchben yr ystod hon, mae'r cyfuniad o raddfa drwchus a thymheredd uchel yn cynhyrchu amodau cynyddol ymosodol:
90 gradd (graddfa gypswm): Dyfnder pwll 15 µm ar ôl 3000 awr
110 gradd (gypswm/anhydrit cymysg): Dyfnder pwll 80 µm ar ôl 3000 awr
130 gradd (graddfa anhydrite): Dyfnder pwll 190 µm ar ôl 3000 awr
150°C (anhydrite scale): Pit depth >400 µm ar ôl 3000 awr (tylliad wal 1.5 mm ar 2500-3000 awr)
Ar gyfer cymwysiadau sy'n uwch na 120 gradd mewn dŵr sy'n dwyn sylffad, mae gan 316 o wainau dur di-staen â graddfa calsiwm sylffad fywydau gwasanaeth byr y gellir eu rhagweld, waeth beth fo'r crynodiad swmp clorid.
Strategaethau Atal a Lliniaru ar Raddfa ar gyfer Dyfroedd Cyfoethog sylffad
Gall tri dull peirianyddol atal neu liniaru-cyrydiad holltau ar 316 o wainiau dur gwrthstaen mewn-sylffad uchel,-dŵr tymheredd uchel. Yn gyntaf, cadwch pH dŵr swmp uwchlaw 8.0 gan ddefnyddio sodiwm hydrocsid neu ychwanegiad sodiwm carbonad. Ar pH 8.5, mae cyfradd graddio calsiwm sylffad yn gostwng tua 60%, ac mae'r raddfa sy'n ffurfio yn llai ymlynol oherwydd cyd- ddyddodiad calsiwm carbonad, sy'n cynyddu mandylledd. Yn ail, rhowch amserlen dynnu ar raddfa fecanyddol ar waith cyn i groniad sylweddol ddigwydd. Mae mesur trwch uwchsonig o raddfa bob 500 awr yn caniatáu tynnu trwy frwsio mecanyddol neu chwistrellu dŵr pwysedd uchel pan fydd trwch y raddfa yn cyrraedd 0.3 mm. Yn drydydd, ar gyfer gwasanaeth parhaus uwchlaw 105 gradd lle na ellir atal graddfa, uwchraddiwch y deunydd gwain i ditaniwm Gradd 7 (sy'n gwrthsefyll cyrydiad agennau hyd yn oed o dan raddfeydd sylffad) neu i ddur di-staen deublyg 2205 (sydd â gwrthiant tyllu uwch, nifer cyfatebol a pherfformiad gwell mewn amgylcheddau clorid sylffad). Mae data maes o wresogyddion dŵr geothermol (120 gradd , 500 ppm SO₄²⁻, 150 ppm Cl⁻) yn dangos bod 316 o wainau dur di-staen wedi methu ar ôl 8-14 mis, parhaodd gwain dwplecs 2205 am 24-36 mis, ac arhosodd gwain titaniwm Gradd 7 yn rhydd o gyrydiad{3 18} Ar gyfer ceisiadau lle nad yw uwchraddio aloi yn ymarferol ac na ellir tynnu graddfa, mae nodi 316 o wain gyda thrwch wal o 2.5-3.0 mm yn darparu lwfans cyrydiad sy'n ymestyn amser trydylliad i 24-36 mis, er mai dim ond oedi, nid atal, methiant yn y pen draw y mae'r dull hwn yn ei atal.
