Dzidri halogenīdu sāls šķīdumi, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu
Biežāk izmantotie halogenīdu sāļi un dzidro halogenīdu sāls šķīdumu maisījumu sastāvi
| Sāls | Maks. blīvums 20°C (kg/m3) | Maks. blīvums 68°F (lb/gal) |
|---|---|---|
| Nātrija hlorīds (NaCl) | 1200 | 10,0 |
| Kalcija hlorīds (CaCl2) | 1430 | 11,9 |
| Nātrija bromīds (NaBr) | 1520 | 12,7 |
| Kalcija bromīds (CaBr2) | 1700 | 14,2 |
| Cinka bromīds (ZnBr2) | 2400 | 20,0 |
Starpvērtību blīvumus iegūst, sajaucot šķīdumus. CaBr2 un ZnBr2 masas attiecība 60:40 nodrošina aptuveni 2070 kg/m3 (17,3lb/gal) blīvumu, vienlaikus saglabājot kristalizācijas temperatūru zem 4°C (39°F).
Galvenās ekspluatācijas īpašības
- Neveidojas filtrācijas garoza: Hidrostatisko spiedienu nodrošina patiesais šķīduma blīvums.
- Mālu uzbriešanas kavēšana: Ca2+ un Zn2+ nomāc mālaino slānekļu uzbriešanu un dispersiju.
- Optiskais dzidrums: Dzidri halogenīdu sāls šķīdumi ļauj veikt uzticamu filtrēšanu, daļiņu skaitīšanu plūsmā un izsekošanu ar gamma starojumu.
Šķidruma sastāva izstrādes apsvērumi
Sastāva izstrādi sāk ar mērķa blīvumu, pēc tam pārbauda temperatūras rezervi līdz kristalizācijai, saderību ar produktīvo slāni un koroziju. Sāls šķīdumi ar augstu cinka saturu nodrošina visaugstāko blīvumu, taču tiem vajadzīgi izturīgāki metālu materiāli un inhibitoru kompleksi.
Halogenīdu sāls šķīdumu sajaukšana un kvalitātes kontrole
Gatavojot dzidrus halogenīdu sāls šķīdumus, sāļu šķīšanu ierobežo masas pārnese pie cietās un šķidrās fāzes robežvirsmas. Lieljaudas apstrāde ar ultraskaņu saīsina partijas apstrādes laiku, izkliedējot smalkās daļiņas un izjaucot difūzijas slāņus. Urbuma pabeigšanai paredzētos sāls šķīdumus laiž caur 1–2 µm filtru kasetnēm, lai sasniegtu duļķainību zem 0,4 NTU.
Dzidru halogenīdu sāls šķīdumu apstrāde ar lieljaudas ultraskaņu
Vibrējošas sonotrodes radītā akustiskā kavitācija ievērojami paātrina šķīšanu, degazēšanu un piedevu disperģēšanu. Burbuļu implozijas rada mikrostrūklas un triecienviļņu frontes, kas attīra sāļu virsmas, saārda aglomerātus un apkārtējās vides temperatūrā virza svaigu šķidrumu cauri robežslānim.
Izmērītie veiktspējas uzlabojumi
Lauka dati par 15m3 kalcija bromīda šķīduma partiju (mērķa blīvums ≈ 1700 kg/m3 jeb 14,2lb/gal) liecina, ka lieljaudas ultraskaņa nodrošina pilnīgu izšķīšanu aptuveni 25 minūtēs apkārtējās vides temperatūrā 25°C (77°F). Tam pašam darbam, izmantojot no augšas ievietotu lāpstiņu maisītāju ar tvaika apsildi, bija vajadzīgas aptuveni četras stundas 60°C (140°F) temperatūrā. Neraugoties uz zemāko temperatūru, ultraskaņas procesā patērēja tikai 0,3–0,5 kWh elektroenerģijas uz gatavā šķidruma kubikmetru un tomēr sasniedza duļķainību zem 0,4 NTU. Kavitācija arī atdala šķidrumā iesaistīto gāzi. Izšķīdušā skābekļa saturs recirkulācijas kontūrā ievērojami samazinājās jau pēc vienas caurplūdes, ļaujot korozijas inhibitoriem darboties efektīvāk.
Ultraskaņas apstrāde plūsmā un partijās
Plaši izmanto divus ieviešanas veidus, un katrs ir piemērots atšķirīgiem ekspluatācijas apstākļiem.
Esošas partiju sistēmas modernizācija ar recirkulācijas kontūru
Modernizētā partiju sistēmas konfigurācijā ar recirkulācijas kontūru esošā sajaukšanas tvertne joprojām nodrošina bufera tilpumu, sildīšanas spirāles un pārsūknēšanas sūkņa iesūkšanu. Iegremdēta caurule no tvertnes dibena iesūc daļēji izšķīdušu sāls šķīdumu, nodrošinot, ka šķidrums, kas nonāk uz rāmja montētajā ultraskaņas iekārtā, satur visaugstāko neizšķīdušo cietvielu koncentrāciju. Pēc tam sūknis padod plūsmu ar aptuveni 2barg (30psig) spiedienu uz ultraskaņas plūsmas šūnas reaktoru. Šūnā kaskatrode rada intensīvu kavitācijas zonu. Aptuveni 0,5 sekunžu uzturēšanās laiks ir pietiekams, lai izšķīdinātu atlikušos kristālus. Tieši aiz reaktora plūsmā uzstādīts blīvummērītājs padod datus PID regulēšanas kontūram, kas regulē sauso sāļu padeves gliemežtransportiera ražību. Sagatavotais sāls šķīdums atgriežas tvertnē. Tā kā ultraskaņas bīdes spēki nepārtraukti izjauc robežslāņus, kopējais partijas apstrādes laiks samazinās no stundām līdz desmitiem minūšu, nepaaugstinot visa šķidruma tilpuma temperatūru, un modernizācijai vajadzīgi tikai divi atloku savienojumi.
Pilnībā caurplūdes konfigurācija
Pilnībā caurplūdes konfigurācija ir optimizēta jūras platformām un sauszemes urbšanas iekārtām. Šajā gadījumā sajaukšanas tvertne ir pilnībā izslēgta. Ūdeni vai atkārtoti izmantotu filtrātu savieno ar gliemežpadevēja plūsmu, kas dozē sausos sāļus tieši ultraskaņas reaktorā. Brīdī, kad plūsma iziet no ultraskaņas plūsmas šūnas, šķīšana un gāzes atdalīšana ir praktiski pabeigta. No turienes šķidrums nonāk tieši urbšanas šķidruma sūkņos vai urbuma pabeigšanai paredzētā sāls šķīduma kolektorā. Šāda uz rāmja montēta iekārta, kas ir gatava darbam pēc pieslēgšanas, var nodrošināt urbšanas vadītājam hidrostatiskā spiediena kontroli reāllaikā bez termiskās aizkaves vai kristalizācijas riskiem, kas saistīti ar karstās sajaukšanas partiju tvertnēm.
Enerģijas ietaupījums un emisiju samazinājums
Atsakoties no tvaika apsildes 50m3 iekārtā, uz katru partiju ietaupa līdz 350kWh kurināmā enerģijas un novērš līdz 70kg CO2 emisiju.
Degazēšana un korozijas kontrole
Kavitācija izvada no sāls šķīduma tajā iesaistīto gāzi. Zemāks skābekļa saturs palēnina punktveida koroziju un koroziju kopumā. Izmantojot ar ultraskaņu degazētus sāls šķīdumus, korozijas kontrolparaugi ekspluatācijas vietā bieži uzrāda desmitreiz mazāku koroziju pie tādas pašas inhibitora devas.
Piedevu disperģēšana
Ja apstrāde ar ultraskaņu aizstāj parasto sajaukšanu ar lāpstiņu maisītāju, plēvi veidojošiem amīniem, smērvielām un mikronizētām smaginošām cietvielām iegūst šaurāku daļiņu izmēru sadalījumu un līdz 30% mazāku reoloģisko īpašību mainīgumu.
Korozija un materiālu izvēle
Augsts hlorīdu un bromīdu saturs veicina punktveida koroziju un koroziju kopumā. Sāls šķīdumus parasti piegādā deaerētus (skābekļa saturs zem 10ppb) un ar pievienotiem plēvi veidojošiem amīniem. Pie ≥60°C (140°F) virszemes aprīkojumā oglekļa tēraudu aizstāj ar 316L, duplekso tēraudu 2205 vai superduplekso tēraudu 2507. Titanium Grade 5 sonotrodes un Alloy 625 plūsmas šūnas iztur ZnBr2 līdz 120°C (248°F) temperatūrā.
Dzidri halogenīdu sāls šķīdumi joprojām ir neaizstājami urbuma kontrolei augstā spiedienā ar maziem produktīvā slāņa bojājumiem. Zināšanas par sāļu ķīmiju, lieljaudas ultraskaņu, korozijas mazināšanu un atbildīgu vides pārvaldību ļauj inženieriem pielāgot blīvumu no 1080 kg/m3 (9lb/gal) līdz 2400 kg/m3 (20lb/gal), vienlaikus nodrošinot iespējami tīrāko vidi urbumā.
Bieži uzdotie jautājumi: dzidri halogenīdu sāls šķīdumi
Kas raksturo dzidru halogenīdu sāls šķīdumu?
Neviena suspendētā cietviela nepārsniedz šķīdības robežu, tāpēc šķidrums ir caurspīdīgs un filtrējams līdz duļķainībai zem 0,5 NTU. Visu svaru nodrošina izšķīdušie sāļi.
Kurus sāļus izmanto visbiežāk?
Nātrija hlorīdu, kalcija hlorīdu, nātrija bromīdu, kalcija bromīdu un cinka bromīdu. Blīvumu pielāgo, sajaucot tos ūdenī.
Kāpēc izvēlēties dzidrus sāls šķīdumus, nevis smaginātu urbšanas šķidrumu?
Tie neatstāj filtrācijas garozu, samazina produktīvā slāņa bojājumus līdz minimumam, viegli plūst caur urbuma pabeigšanas aprīkojumu un ļauj ātri sasniegt filtrāciju submikronu līmenī.
Kāpēc dzidru halogenīdu sāls šķīdumu sajaukšanai izmantot ultraskaņu?
Apstrāde ar ultraskaņu ievērojami saīsina šķīšanas laiku, ļauj sajaukt apkārtējās vides temperatūrā, atdala koroziju veicinošo skābekli un nodrošina zemu duļķainību bez lieliem mehāniskiem maisītājiem.
Kāds īpatnējais enerģijas patēriņš ir raksturīgs apstrādei ar ultraskaņu?
Lielākā daļa iekārtu nodrošina atbilstību specifikācijai ar 0,3–0,5kWh uz gatavā sāls šķīduma kubikmetru. Precīzā vērtība ir atkarīga no sāls veida un mērķa blīvuma.
Kā blīvumu kontrolē darba vietā?
Sauso sāli vai koncentrātu izšķīdina, apstrādājot ar ultraskaņu, un pēc tam blīvumu precīzi pielāgo ar ūdeni. Plūsmā uzstādīti blīvummērītāji uztur blīvumu ±2kg/m3 (±0,02lb/gal) robežās.
Vai dzidri sāls šķīdumi izraisa koroziju?
Jā. Hlorīdi un bromīdi izraisa lokālu punktveida koroziju un koroziju kopumā. Operatori veic deaerēšanu, pievieno inhibitorus un izmanto korozijizturīgus sakausējumus.
Vai izlietotus halogenīdu sāls šķīdumus var pārstrādāt?
Jā. Izlietotos šķidrumus filtrē, atbrīvo no skābekļa, pielāgo to blīvumu un izmanto atkārtoti. Pirms likvidēšanas no sāls šķīdumiem ar augstu cinka saturu var atgūt Zn.
Kādu temperatūru šie sāls šķīdumi var izturēt?
CaBr2/CaCl2 maisījumi saglabā dzidrumu līdz aptuveni 150°C (302°F). ZnBr2 koncentrāti saglabā dzidrumu arī virs 200°C (392°F), taču ir ļoti korozīvi.
Cik ātri ultraskaņa var izšķīdināt sāli?
Rūpnieciskās iekārtas saīsina CaBr2 partijas apstrādi no 4h (apsildāms lāpstiņu maisītājs) līdz aptuveni 30min (apkārtējās vides temperatūrā), iegūstot halogenīdu sāls šķīdumu ar blīvumu 1700 kg/m3 un ietaupot kurināmo un urbšanas iekārtas darba laiku.