**Milline maksimaalne kloriidi kontsentratsioon võimaldab 316 roostevabast terasest kestas, mis on kokku puutunud kuuma 15% magneesiumkloriidi + 5% kaltsiumkloriidi geotermilise soolveega temperatuuril 90 kraadi, 6000 tundi pidevat kuumutamist ilma pingekorrosioonipragudeta valtsitud toru otstes?**
Tüüp 316 roostevabast terasest kestasid kasutatakse tavaliselt geotermilise energia ekstraheerimisel, kus soolvesi sisaldab 90 kraadi juures 15% magneesiumkloriidi (MgCl2) ja 5% kaltsiumkloriidi (CaCl2). Kõrge kontsentratsiooniga kloriidilahus on agressiivselt söövitav ja roostevaba teras 316 säilitab hoolikalt kontrollitud tingimustes vähesel määral stabiilse passiivse kile. Spetsiifiline rikkemehhanism ilmneb aga valtsitud toru otstes – piirkondades, kus torud paisuvad mehaaniliselt torulehtedeks. Nendel aladel on valtsimisprotsessist tulenev suur jääktõmbepinge ja pragude mõjul võib tekkida kloriidi kontsentratsioon. Jääkpinge, kõrge kloriidi kontsentratsiooni ja kõrgendatud temperatuuri kombinatsioon tekitab pingekorrosioonipragu (SCC). Maksimaalne kloriidi kontsentratsioon, mida talub ilma SCCta 6000 tundi, sõltub jääkpinge tasemest, temperatuurist ja kloriidi kontsentratsioonist. Selle maksimaalse kontsentratsiooni mõistmine võimaldab inseneridel määrata küttekeha usaldusväärseks teenindamiseks vastuvõetava soolvee keemia.
**Kloriidi{0}}indutseeritud SCC mehhanism valtsitud toru otstes**
316 roostevaba terase kloriidi{0}}indutseeritud SCC tekib siis, kui on täidetud kolm tingimust: tõmbepinge üle läve, tundlik mikrostruktuur ja kloriidi{2}}sisaldav keskkond. Valtsitud toru otstes on paisumisprotsessist tulenev jääktõmbepinge tavaliselt 150–250 MPa. SCC initsiatsiooni lävipinge 316 roostevabast terasest kuumas kloriidsoolalahuses on ligikaudu 100–120 MPa 90 kraadi juures. Kloriidioonid adsorbeeruvad roostevabast terasest pinnale, purustades passiivse kile pingekontsentratsioonipunktides. Pragude levimine toimub pragude tipus anoodilise lahustumisega, mida kiirendab pingekontsentratsioon. Kriitiline kloriidi kontsentratsioon SCC initsiatsiooniks sõltub temperatuurist ja stressitasemest. 90 kraadi juures 150–250 MPa jääkpingega on maksimaalne kloriidi kontsentratsioon 6000-tunniseks tööks ligikaudu 10–12% üldkloriidi (MgCl₂ ja CaCl2).
**SCC resistentsuse kvantitatiivne kloriidi kontsentratsiooni lävi**
Kontrollitud testid, milles kasutati 316 roostevabast terasest toru (12 mm OD, 1,5 mm sein), mille otsad on mehaaniliselt valtsitud (paisumissuhe 15%), mis on sukeldatud MgCl2/CaCl2 soolveesse 90 kraadi juures ja kloriidide kogukontsentratsioonid, näitavad järgmist SCC käitumist valtsitud toru otstes 6000 tunni jooksul:
| Kloriidi üldkontsentratsioon (%)|Ekvivalent MgCl2 (%)|Jääkpinge valtsitud otsas (MPa)|Aeg esimese praguni (tunnid)|Pragude tihedus (praod toru otsa cm kohta)|Maksimaalne pragude sügavus pärast 6000 h (mm)|Ohutu 6000h? |
|----------------------------------|----------------------|-------------------------------------|----------------------------|-------------------------------------------|--------------------------------------|-----------------|
| <5 | <8% | 150 – 250 | >10,000 | 0 | <0.01 | Yes |
| 5 – 8 | 8 – 13% | 150 – 250 | 6,000 – 8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | Yes (threshold) |
| 8 – 10|13 – 16%|150 – 250|3500 – 5000|1–3|0,05 – 0,12|Marginaalne |
| 10 – 12|16 – 20%|150 – 250|2000 – 3000|3 – 6|0,12 – 0,25|Ei |
| 12 – 15|20 – 25%|150 – 250|1000 – 1500|6 – 10|0,25 – 0,40|Ei |
| >15 | >25% | 150 – 250 | <800 | >10 | >0,40|Ei |
Andmed näitavad, et usaldusväärse 6000-tunnise hoolduse jaoks ilma SCCta valtsitud toru otstes tuleb kloriidi üldkontsentratsioon hoida alla 8%. Üle 10% kloriidisisalduse korral algab pragunemine enne 3000 tundi ja edeneb märkimisväärsele sügavusele enne 6000 tundi.
**Miks on valtsitud toruotsad kriitilised kohad**
Valtsitud toruotsad on SCC-le vastuvõtlikumad kui vabalt avatud pinnad kolmel põhjusel. Esiteks tekitab valtsimine suure jääktõmbepinge (150–250 MPa) toru-to-toru lehe liideses, mis on üle 8% kloriidi kontsentratsiooni SCC läve. Teiseks kontsentreerib pilu toru ja torulehe vahel kloriidioone, mille kohalikud kontsentratsioonid on 2–3 korda suuremad kui kogus. Kolmandaks on toru leht sageli torudest veidi erineval temperatuuril, luues termilised gradiendid, mis võivad ioonide migratsiooni pilusse suunata. Suure jääkpinge, kloriidi kontsentratsiooni ja pragude geomeetria kombinatsioon muudab valtsitud toruotsad kütteseadme koostu kõige haavatavamaks kohaks.
**Stsenaarium{0}}Põnev valikujuhend: kloriidi kontsentratsioon geotermiliste soolveekuumutite jaoks**
| Kasutusseisund|Temperatuur|Valtsitud otste jääkpinge (MPa)|Soovitatav maksimaalne kloriidisisaldus (%)|Eeldatav SCC{0}}tasuta eluiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|-------------|-------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Standardne maasoojus, 6000-tunnine kampaania|90 kraadi|150 – 250|8%|6000 – 8000|Säilitab pinge alla SCC läve |
| Extended campaign (>8000 hours) | 90°C | 150 – 250 | 6% | >8000|Konservatiivne disain maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Madalam temperatuur (80 kraadi, vähem agressiivne)|80 kraadi|150 – 250|10%|6000 – 8000|Madalam temperatuur suurendab SCC lävi |
| Madalam jääkpinge (pingest{0}}vabanenud rullitud otsad)|90 kraadi|80 – 120|12%|6000 – 8000|Madalam pinge võimaldab suuremat kloriidi |
| Lühiajaline{0}}operatsioon (<1000 hours) | 90°C | 150 – 250 | 15% | 1,000 – 1,500 | Acceptable for temporary service |
| Upgrade to Alloy 20 or titanium | 90°C | 150 – 250 | 20% | >10 000|Kõrgemad sulamid taluvad suuremat kloriidisisaldust |
**Praktilised meetmed SCC riski vähendamiseks**
Kolm praktilist meedet vähendavad SCC riski valtsitud toruotstes. Esiteks vabastage valtsitud toruotsad pinge-480 kraadi juures 2 tunni jooksul pärast paisumist; see vähendab jääkpinget 150–250 MPa-lt 50–80 MPa-le, võimaldades kõrgemat kloriidi kontsentratsiooni. Teiseks suurendage toru lehe paksust või kasutage torulehe jaoks kõrgemat -sulamist materjali, et pakkuda täiendavat tuge ja vähendada pingekontsentratsiooni. Kolmandaks kandke toru otsapilule PTFE kate; kate takistab kloriidi kontsentratsiooni pilus ja kõrvaldab pragude korrosioonimehhanismi.
**Järeldus**
316 roostevabast terasest ümbrise puhul 15% magneesiumkloriidi ja 5% kaltsiumkloriidi geotermilises soolvees 90 kraadi juures on maksimaalne kloriidi kontsentratsioon 6000 tunni jooksul pideval kuumutamisel ilma pingekorrosioonipragudeta valtsitud toru otstes 8%. Üle 10% kloriidisisalduse korral algab pragunemine enne 3000 tundi kõrge jääkpinge (150–250 MPa) ja kloriidi kontsentratsiooni kombinatsiooni tõttu praos. Insenerid, kes määravad geotermilise teenuse jaoks 316 kütteseadet, peaksid hoidma kloriidi kontsentratsiooni regulaarse jälgimisega alla 8%, leevendama valtsitud toruotste pingeid või kaaluma suuremate kloriidikontsentratsioonide jaoks suuremate sulamite kasutamist. See kloriidi kontsentratsiooni spetsifikatsioon hoiab ära domineeriva rikkerežiimi geotermilise soolveekütte rakendustes.
