Թափանցիկ հալոգենիդային աղաջրեր՝ ուլտրաձայնային մշակմամբ
Թափանցիկ հալոգենիդային աղաջրերի տարածված հալոգենիդային աղերն ու խառնուրդների բաղադրությունները
| Աղ | Առավելագույն խտությունը 20°C ջերմաստիճանում (kg/m3) | Առավելագույն խտությունը 68°F ջերմաստիճանում (lb/gal) |
|---|---|---|
| Նատրիումի քլորիդ (NaCl) | 1200 | 10,0 |
| Կալցիումի քլորիդ (CaCl2) | 1430 | 11,9 |
| Նատրիումի բրոմիդ (NaBr) | 1520 | 12,7 |
| Կալցիումի բրոմիդ (CaBr2) | 1700 | 14,2 |
| Ցինկի բրոմիդ (ZnBr2) | 2400 | 20,0 |
Միջանկյալ խտությունները ստացվում են խառնման միջոցով։ CaBr2 և ZnBr2 աղերի 60:40 զանգվածային հարաբերակցությունը տալիս է մոտավորապես 2070 kg/m3 (17,3lb/gal) խտություն՝ միաժամանակ բյուրեղացման ջերմաստիճանը պահելով 4°C (39°F) արժեքից ցածր։
Հիմնական շահագործական հատկությունները
- Զտման նստվածքաշերտի բացակայություն. Հիդրոստատիկ ճնշումն ապահովվում է լուծույթի իրական խտությամբ։
- Կավերի ինհիբացում. Ca2+ և Zn2+ իոնները ճնշում են կավային թերթաքարերի ուռչումն ու դիսպերսացումը։
- Օպտիկական թափանցիկություն. Թափանցիկ հալոգենիդային աղաջրերը հնարավորություն են տալիս իրականացնել հուսալի զտում, հոսքի մեջ մասնիկների հաշվարկ և գամմա-ճառագայթային հետագծում։
Հեղուկի բաղադրության նախագծման նկատառումներ
Նախագծումը սկսվում է նպատակային խտությունից, այնուհետև ստուգվում են բյուրեղացման ջերմաստիճանի նկատմամբ պաշարը, շերտի հետ համատեղելիությունը և կոռոզիան։ Ցինկով հարուստ աղաջրերն ապահովում են ամենաբարձր խտությունը, սակայն պահանջում են ավելի բարձր բնութագրերով մետաղական նյութեր և ինհիբիտորների համալիրներ։
Հալոգենիդային աղաջրերի խառնումը և որակի վերահսկումը
Թափանցիկ հալոգենիդային աղաջրերի պատրաստման ընթացքում աղերի լուծումը սահմանափակվում է պինդ և հեղուկ փուլերի սահմանին զանգվածափոխանակությամբ։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնային մշակումը կրճատում է խմբաքանակի մշակման ժամանակը՝ դիսպերսացնելով մանր մասնիկները և քայքայելով դիֆուզիոն շերտերը։ Հորատանցքի ավարտման համար նախատեսված աղաջրերն անցնում են 1–2 µm զտիչ քարթրիջներով՝ պղտորությունը 0,4 NTU-ից ցածր հասցնելու համար։
Թափանցիկ հալոգենիդային աղաջրերի բարձր հզորության ուլտրաձայնային մշակում
Տատանվող սոնոտրոդից առաջացող ակուստիկ կավիտացիան զգալիորեն արագացնում է լուծումը, գազազերծումը և հավելանյութերի դիսպերսացումը։ Պղպջակների ներպայթյուններն առաջացնում են միկրոշիթեր և հարվածային ճակատներ, որոնք մաքրում են աղերի մակերևույթները, մասնատում ագլոմերատները և շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում թարմ հեղուկը մղում սահմանային շերտի միջով։
Արդյունավետության չափված բարելավումներ
Կալցիումի բրոմիդի աղաջրի 15m3 խմբաքանակի դաշտային տվյալները (նպատակային խտությունը՝ ≈ 1700 kg/m3 կամ 14,2lb/gal) ցույց են տալիս, որ բարձր հզորության ուլտրաձայնը լուծումն ավարտում է մոտ 25 րոպեում՝ շրջակա միջավայրի 25°C (77°F) ջերմաստիճանում։ Նույն աշխատանքը գոլորշով տաքացվող, վերևից տեղադրվող թիակավոր խառնիչով կատարելիս պահանջվել է մոտավորապես չորս ժամ՝ 60°C (140°F) ջերմաստիճանում։ Չնայած ավելի ցածր ջերմաստիճանին՝ ուլտրաձայնային եղանակը պատրաստի հեղուկի յուրաքանչյուր խորանարդ մետրի համար ծախսել է ընդամենը 0,3–0,5 kWh էլեկտրաէներգիա՝ միաժամանակ ապահովելով 0,4 NTU-ից ցածր պղտորություն։ Կավիտացիան նաև հեռացնում է հեղուկում ներգրավված գազը։ Վերաշրջանառության օղակում լուծված թթվածնի պարունակությունը զգալիորեն նվազել է մեկ անցումից հետո՝ թույլ տալով կոռոզիայի ինհիբիտորներին ավելի արդյունավետ գործել։
Հոսքային և խմբաքանակային ուլտրաձայնային մշակման համեմատություն
Տարածված են իրականացման երկու եղանակներ, որոնցից յուրաքանչյուրը ծառայում է առանձին շահագործական նպատակի։
Գոյություն ունեցող համակարգում ներդրվող խմբաքանակային շրջանառության օղակ
Գոյություն ունեցող համակարգում ներդրվող խմբաքանակային շրջանառության օղակի կառուցվածքում առկա խառնման բաքը շարունակում է ապահովել բուֆերային ծավալ, տաքացման գալարախողովակներ և փոխանցման պոմպի ներծծման մատակարարում։ Ընկղմված խողովակը բաքի հատակից վերցնում է մասամբ լուծված աղաջուրը՝ ապահովելով, որ ուլտրաձայնային հենաշրջանակային կայանք մտնող հեղուկը պարունակի չլուծված պինդ մասնիկների ամենաբարձր կոնցենտրացիան։ Այնուհետև պոմպը հոսքը մոտավորապես 2barg (30psig) ճնշմամբ մատակարարում է ուլտրաձայնային հոսքային բջջային ռեակտորին։ Բջջի ներսում cascatrode սարքը ստեղծում է ինտենսիվ կավիտացիայի գոտի։ Մոտավորապես 0,5 վայրկյան մնալու ժամանակը բավարար է մնացորդային բյուրեղները լուծելու համար։ Հոսքի ուղղությամբ անմիջապես հետո տեղադրված հոսքային խտաչափը տվյալներ է փոխանցում PID կարգավորման օղակին, որը սահմանափակում է չոր նյութի մատակարարման պտուտակավոր փոխակրիչի մատուցումը։ Պատրաստված աղաջուրը վերադառնում է բաք։ Քանի որ ուլտրաձայնային սահքի ուժերը շարունակաբար քայքայում են սահմանային շերտերը, խմբաքանակի մշակման ընդհանուր ժամանակը ժամերից նվազում է մինչև տասնյակ րոպեներ՝ առանց հեղուկի ամբողջ ծավալի ջերմաստիճանը բարձրացնելու, իսկ վերազինման համար պահանջվում է ընդամենը երկու կցաշուրթային միացում։
Ամբողջությամբ հոսքային կառուցվածք
Ամբողջությամբ հոսքային կառուցվածքը օպտիմալացված է ծովային հարթակների և ցամաքային հորատման կայանքների համար։ Այստեղ խառնման բաքն ամբողջությամբ վերանում է։ Ջուրը կամ կրկնակի օգտագործվող զտվածքը միավորվում է պտուտակավոր սնուցիչի հետ, որը չոր աղերը չափաբաժիններով մատակարարում է անմիջապես ուլտրաձայնային ռեակտորի մեջ։ Մինչև հոսքն ուլտրաձայնային հոսքային բջջից դուրս գալը լուծումն ու գազի հեռացումը գործնականում ավարտված են լինում։ Այնտեղից հեղուկն անմիջապես գնում է դեպի հորատման լուծույթի պոմպերը կամ հորատանցքի ավարտման աղաջրի բաշխիչ կոլեկտորը։ Միացնելուց հետո անմիջապես գործարկվող այսպիսի հենաշրջանակային կայանքը կարող է հորատման ղեկավարին ապահովել հիդրոստատիկ ճնշման իրական ժամանակում կառավարում՝ առանց տաք խառնմամբ խմբաքանակային բաքերին բնորոշ ջերմային ուշացման կամ բյուրեղացման ռիսկերի։
Էներգիայի խնայողություն և արտանետումների կրճատում
50m3 կայանքում գոլորշային տաքացումից հրաժարվելը յուրաքանչյուր խմբաքանակի համար խնայում է մինչև 350kWh վառելիքային էներգիա՝ կանխելով մինչև 70kg CO2 արտանետումները։
Գազազերծում և կոռոզիայի վերահսկում
Կավիտացիան աղաջրից դուրս է մղում ներգրավված գազը։ Թթվածնի ավելի ցածր պարունակությունը դանդաղեցնում է փոսիկային քայքայումն ու կոռոզիան։ Ուլտրաձայնով գազազերծված աղաջրեր օգտագործելիս դաշտային փորձանմուշները հաճախ ցույց են տալիս տասնապատիկ ավելի ցածր կոռոզիա՝ ինհիբիտորի նույն չափաքանակի դեպքում։
Հավելանյութերի դիսպերսացում
Երբ ուլտրաձայնային մշակումը փոխարինում է սովորական թիակավոր խառնմանը, թաղանթ առաջացնող ամինների, քսանյութերի և միկրոնացված ծանրացնող պինդ նյութերի համար ստացվում են մասնիկների չափերի ավելի նեղ բաշխումներ և ռեոլոգիական բնութագրերի մինչև 30% ավելի ցածր տատանողականություն։
Կոռոզիա և նյութերի ընտրություն
Քլորիդների և բրոմիդների բարձր պարունակությունը նպաստում է փոսիկային քայքայմանն ու կոռոզիային։ Աղաջրերը սովորաբար առաքվում են օդազերծված վիճակում (թթվածնի պարունակությունը՝ 10ppb-ից ցածր) և թաղանթ առաջացնող ամինների ավելացմամբ։ ≥60°C (140°F) ջերմաստիճանում վերգետնյա սարքավորումների ածխածնային պողպատը փոխարինվում է 316L, դուպլեքս 2205 կամ սուպերդուպլեքս 2507 պողպատով։ Titanium Grade 5 տիտանից սոնոտրոդները և Alloy 625 համաձուլվածքից հոսքային բջիջները դիմանում են ZnBr2 միջավայրին՝ մինչև 120°C (248°F) ջերմաստիճանում։
Թափանցիկ հալոգենիդային աղաջրերը շարունակում են անփոխարինելի մնալ բարձր ճնշման պայմաններում հորատանցքի՝ նվազ վնասմամբ վերահսկման համար։ Աղերի քիմիայի, բարձր հզորության ուլտրաձայնի, կոռոզիայի մեղմման և շրջակա միջավայրի պատասխանատու կառավարման տիրապետումը ճարտարագետներին թույլ է տալիս խտությունները հարմարեցնել 1080 kg/m3 (9lb/gal) արժեքից մինչև 2400 kg/m3 (20lb/gal)՝ միաժամանակ հորատանցքում ապահովելով հնարավորինս մաքուր միջավայր։
Հաճախ տրվող հարցեր. թափանցիկ հալոգենիդային աղաջրեր
Ինչո՞վ է պայմանավորված հալոգենիդային աղաջրի թափանցիկությունը։
Կախված վիճակում գտնվող ոչ մի պինդ նյութ չի գերազանցում լուծելիության սահմանը, ուստի հեղուկը թափանցիկ է և կարող է զտվել մինչև 0,5 NTU-ից ցածր պղտորություն։ Ամբողջ քաշը պայմանավորված է լուծված աղերով։
Ո՞ր աղերն են առավել տարածված։
Նատրիումի քլորիդը, կալցիումի քլորիդը, նատրիումի բրոմիդը, կալցիումի բրոմիդը և ցինկի բրոմիդը։ Խտությունը կարգավորվում է այս աղերը ջրում խառնելով։
Ինչո՞ւ ծանրացված հորատման լուծույթի փոխարեն ընտրել թափանցիկ աղաջրեր։
Դրանք զտման նստվածքաշերտ չեն թողնում, նվազագույնի են հասցնում շերտի վնասումը, հեշտությամբ անցնում են հորատանցքի ավարտման սարքավորումների միջով և արագ հասնում ենթամիկրոնային զտման մակարդակի։
Ինչո՞ւ օգտագործել ուլտրաձայնը թափանցիկ հալոգենիդային աղաջրերը խառնելու համար։
Ուլտրաձայնային մշակումը զգալիորեն կրճատում է լուծման ժամանակը, հնարավորություն է տալիս խառնել շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում, հեռացնում է կոռոզիան խթանող թթվածինը և ապահովում ցածր պղտորություն՝ առանց խոշոր մեխանիկական խառնիչների։
Ի՞նչ տեսակարար էներգածախս է բնորոշ ուլտրաձայնային մշակմանը։
Կայանքների մեծ մասը սահմանված պահանջները բավարարում է պատրաստի աղաջրի յուրաքանչյուր խորանարդ մետրի հաշվով 0,3–0,5kWh էներգածախսով։ Ճշգրիտ արժեքը կախված է աղի տեսակից և նպատակային խտությունից։
Ինչպե՞ս է խտությունը վերահսկվում տեղում։
Չոր աղը կամ խտանյութը լուծվում է ուլտրաձայնային մշակման պայմաններում, այնուհետև ճշգրտվում է ջրի ավելացմամբ։ Հոսքային խտաչափերը խտությունը պահում են ±2kg/m3 (±0,02lb/gal) սահմաններում։
Թափանցիկ աղաջրերը կոռոզիա առաջացնո՞ւմ են։
Այո։ Քլորիդն ու բրոմիդն առաջացնում են տեղային փոսիկային քայքայում և կոռոզիա։ Օպերատորներն իրականացնում են օդազերծում, ավելացնում են ինհիբիտորներ և օգտագործում կոռոզիակայուն համաձուլվածքներ։
Հնարավո՞ր է վերամշակել օգտագործված հալոգենիդային աղաջրերը։
Այո։ Օգտագործված հեղուկները զտվում են, թթվածնազերծվում, դրանց խտությունը ճշգրտվում է, և դրանք կրկին օգտագործվում են։ Ցինկով հարուստ աղաջրերը հեռացումից առաջ կարող են ենթարկվել Zn վերականգնման գործընթացի։
Ի՞նչ ջերմաստիճանների կարող են դիմանալ այս աղաջրերը։
CaBr2/CaCl2 խառնուրդները թափանցիկ են մնում մինչև մոտավորապես 150°C (302°F)։ ZnBr2 խտանյութերը թափանցիկ են մնում նաև 200°C (392°F) արժեքից բարձր ջերմաստիճաններում, սակայն խիստ կոռոզիոն են։
Որքա՞ն արագ կարող է ուլտրաձայնը լուծել աղը։
1700 kg/m3 խտությամբ հալոգենիդային աղաջրի դեպքում արդյունաբերական սարքերը CaBr2 պարունակող խմբաքանակի մշակման ժամանակը 4h-ից (տաքացվող թիակավոր խառնիչ) կրճատում են մինչև մոտավորապես 30min (շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում)՝ խնայելով վառելիքն ու հորատման կայանքի աշխատանքային ժամանակը։