Čiščenje halidnih slanic z ultrazvokom
Običajne halidne soli in mešanice čistih halidnih slanic
| sol | Največja gostota 20 °C (kg/m3) | Največja gostota 68°F (lb/gal) |
|---|---|---|
| Natrijev klorid (NaCl) | 1200 | 10.0 |
| Kalcijev klorid (CaCl2) | 1430 | 11.9 |
| Natrijev bromid (NaBr) | 1520 | 12.7 |
| Kalcijev bromid (CaBr2) | 1700 | 14.2 |
| cinkov bromid (ZnBr2) | 2400 | 20.0 |
Vmesne gostote dobimo z mešanjem. Masno razmerje 60:40 CaBr2 in ZnBr2 daje približno 2070 kg/m3 (17,3 lb/gal), pri čemer se kristalizacija ohrani pod 4 °C.
Ključni atributi uspešnosti
- Brez filtrske pogače: Hidrostatična glava izhaja iz prave gostote raztopine.
- Zaviranje gline: Ca2+ in Zn2+ zavirata nabrekanje in disperzijo skrilavca.
- Optična jasnost: Čiste halidne slanice omogočajo zanesljivo filtriranje, linijsko štetje delcev in sledenje gama žarkom.
Razmisleki o zasnovi tekočin
Oblikovanje se začne s ciljno gostoto, nato pa se preverijo meje kristalizacije, združljivost s tvorbo in korozija. Slanice, bogate s cinkom, dajejo največjo gostoto, vendar zahtevajo nadgrajeno metalurgijo in pakete inhibitorjev.
Mešanje in nadzor kakovosti halidnih slanic
Pri pripravi čistih halidnih slanic je raztapljanje soli omejeno s prenosom mase na meji med trdno snovjo in tekočino. Z ultrazvokom visoke moči se skrajša čas serije, saj se razpršijo drobne delce in zrušijo difuzijske plasti. Slanice za dokončanje prehajajo skozi 1-2 µm kartuše, da dosežejo vrednost pod 0,4 NTU.
Visokozmogljiva ultrazvočna obdelava čistih halidnih slanic
Akustična kavitacija z vibrirajočo sonotrodo močno pospeši raztapljanje, razplinjevanje in disperzijo dodatkov. Implozije mehurčkov ustvarjajo mikro curke in udarne fronte, ki čistijo površine soli, drobijo aglomerate in poganjajo svežo tekočino čez mejni sloj pri temperaturi okolja.
Izmerjeni rezultati uspešnosti
Terenski podatki iz 15m3 serije kalcijevega bromida v slanici (ciljna gostota ≈ 1700 kg/m3 ali 14,2 lb/gal) kažejo, da ultrazvok visoke moči zaključi raztapljanje v približno 25 minutah pri okoliški temperaturi 25 °C. Za enako nalogo z uporabo parno ogrevanega rotorja z zgornjim vhodom so bile potrebne približno štiri ure pri 60 °C (140 °F). Kljub nižji temperaturi je ultrazvočna pot porabila le 0,3-0,5 kWh električne energije na kubični meter pripravljene tekočine in še vedno zagotovila motnost pod 0,4 NTU. Kavitacija odstranjuje tudi ujete pline. Raztopljeni kisik v recirkulacijski zanki se je po enem prehodu znatno zmanjšal, kar je omogočilo učinkovitejše delovanje inhibitorjev korozije.
Inline in serijska ultrazvočna tehnika
Običajna sta dva načina izvajanja, vsak od njiju pa je namenjen posebni operativni niši.
Nadgradnja serijske zanke
Pri konfiguraciji z naknadno opremljeno šaržno zanko obstoječi rezervoar za mešanico še naprej zagotavlja prostornino, grelne tuljave in sesanje za prenosno črpalko. Potopna noga črpa delno raztopljeno slanico z dna rezervoarja, kar zagotavlja, da tekočina, ki vstopa v ultrazvočni polž, vsebuje najvišjo koncentracijo neraztopljenih trdnih delcev. Črpalka nato dovede tok pri približno 2 barg (30 psi) v reaktor z ultrazvočno pretočno celico. Znotraj celice kaskata ustvarja intenzivno kavitacijsko območje. Čas zadrževanja približno 0,5 sekunde je primeren za raztapljanje preostalih kristalov. Linijski denzitometer, ki je nameščen tik za njim, posreduje podatke v PID zanko, ki duši vijačni transporter za suho krmo. Kondicionirana slanica se vrne v rezervoar. Ker ultrazvočne strižne sile neprekinjeno razbijajo mejne plasti, se skupni čas serije zmanjša z ur na nekaj deset minut, ne da bi se povečala temperatura v razsutem stanju, za naknadno namestitev pa sta potrebna le dva prirobnična priključka.
Prava vrstna ureditev
Prava vrstna postavitev je optimizirana za platforme na morju in ploščadi na kopnem. Pri tem rezervoar za mešanico popolnoma izgine. Voda ali ponovno uporabljen filtrat se združi z vijačnim podajalnikom, ki odmerja suhe soli neposredno v ultrazvočni reaktor. Raztapljanje in odstranjevanje plina sta dejansko končana, ko tok izstopi iz ultrazvočne pretočne celice. Od tam gre tekočina naravnost v črpalke za blato ali v razdelilnik za slanico za dokončanje. Takšna vtičnica omogoča nadzorniku vrtanja nadzor nad hidrostatično višino v realnem času brez toplotnega zamika ali tveganja kristalizacije, povezanega s šaržnimi rezervoarji z vročo mešanico.
Prihranki energije in emisij
Z odpravo parne toplote v obratu s prostornino 50 m3 prihranite do 350 kWh goriva na serijo in preprečite do 70 kg emisij CO2.
Odplinjevanje in nadzor korozije
S kavitacijo se iz slanice izloča ujeti plin. Manjša količina kisika upočasni nastanek vdolbin in korozijo. Pogosto se na terenskih kuponih pri uporabi ultrazvočno razplinjene slanice pokaže desetkrat manjša korozija z enakim odmerkom inhibitorja.
dodatna disperzija
Amini, ki tvorijo film, maziva in mikronizirane obtežilne trdne snovi dosežejo tesnejšo porazdelitev velikosti delcev in do 30 % manjše reološke razlike, če sonikacija nadomesti običajno mešanje z lopaticami.
Korozija in izbira materialov
Visoka vsebnost klorida in bromida pospešujeta nastanek vdolbin in korozijo. Soline se običajno pošiljajo razkisane (pod 10ppb kisika) in dozirane s snemalnimi amini. Nadgradnja površinske opreme iz ogljikovega jekla na 316L, duplex 2205 ali superduplex 2507 pri ≥ 60 °C (140 °F). Sonotrode iz titana razreda 5 in pretočne celice iz zlitine 625 prenašajo ZnBr2 pri temperaturi do 120 °C (248 °F).
Čiste halidne slanice so še vedno nepogrešljive za nadzor vrtin pod visokim tlakom in z majhnimi poškodbami. Obvladovanje kemije soli, visokozmogljive ultrazvočne tehnologije, zmanjševanja korozije in okoljskega upravljanja inženirjem omogoča prilagajanje gostot od 1080 kg/m3 (9lb/gal) do 2400 kg/m3 (20lb/gal) ob zagotavljanju najčistejšega možnega okolja v vrtini.
POGOSTA VPRAŠANJA: Slanice iz čistih halogenidov
Kaj je bistra halidna slanica?
Nobena suspendirana snov ne presega topnosti, zato je tekočina prozorna in jo je mogoče filtrirati pod 0,5 NTU. Vsa teža izvira iz raztopljenih soli.
Katere soli so najpogostejše?
Natrijev klorid, kalcijev klorid, natrijev bromid, kalcijev bromid in cinkov bromid. Gostota se uravnava z mešanjem v vodi.
Zakaj izbrati čiste slanice namesto obteženega blata?
Ne puščajo filtrske pogače, zmanjšujejo poškodbe pri oblikovanju, zlahka prehajajo skozi zaključno opremo in hitro dosežejo submikronsko filtracijo.
Zakaj uporabljati ultrazvok za mešanje čistih halogenidnih slanic?
Sonikacija znatno skrajša čas raztapljanja, omogoča mešanje pri sobni temperaturi, odstranjuje kisik, ki povzroča korozijo, in ustvarja nizko motnost brez velikih mehanskih mešalnikov.
Kakšna energijska intenzivnost je značilna za sonikacijo?
Večina obratov izpolnjuje specifikacije z 0,3-0,5 kWh na kubični meter končne slanice. Natančna vrednost je odvisna od vrste soli in ciljne gostote.
Kako se nadzoruje gostota na lokaciji?
Suha sol ali koncentrat se raztopi s soničenjem, nato pa se obdela z vodo. Inline denzitometri zagotavljajo gostoto v mejah ±2 kg/m3 (±0,02 lb/gal).
Ali so čiste slanice jedke?
Da. Klorid in bromid povzročata lokalno vdolbinsko korozijo. Upravljavci zmanjšajo količino zraka, dodajo inhibitorje in uporabljajo protikorozijsko odporne zlitine.
Ali je mogoče reciklirati izrabljene halidne slanice?
Da. Porabljene tekočine se filtrirajo, razkislinijo, prilagodijo gostoti in ponovno uporabijo. S cinkom bogate slanice se lahko pred odlaganjem predelajo v Zn.
Kakšne temperature lahko prenesejo te slanice?
Mešanice CaBr2/CaCl2 ostanejo bistre do približno 150 °C. Koncentrati ZnBr2 ostanejo čisti tudi po 200 °C, vendar so zelo korozivni.
Kako hitro lahko ultrazvok raztopi sol?
Industrijske enote skrajšajo serijo CaBr2 s 4 ur (mešalnik z ogrevanim rotorjem) na približno 30 minut (okolica) za 1700 kg/m3 halidne slanice, s čimer prihranijo gorivo in čas naprave.