'อาวุธป้องกันการกัดกร่อน-ของการพัฒนาความร้อนใต้พิภพ: เหตุใดวัสดุไทเทเนียมจึงเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ยอดนิยมของอุตสาหกรรม

ท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงด้านพลังงานทั่วโลก พลังงานความร้อนใต้พิภพในฐานะแหล่งพลังงานสะอาดและหมุนเวียนได้กำลังเข้าสู่ยุคทองของการพัฒนาขนาดใหญ่- อย่างไรก็ตาม ความท้าทาย-ที่ทราบน้อยกว่านั้นอยู่ที่ความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออน ซัลไฟด์ที่มีความเข้มข้นสูง และอุณหภูมิสูง- (150-300 องศา ) และสภาวะแรงดันสูงในแหล่งกักเก็บความร้อนใต้พิภพ ซึ่งสร้าง "กับดักการกัดกร่อน" สำหรับวัสดุโลหะ กลายเป็นคอขวดหลักที่จำกัดการเติบโตของอุตสาหกรรมพลังงานความร้อนใต้พิภพ วัสดุไทเทเนียมซึ่งมีคุณสมบัติโดดเด่น กำลังทำลายปัญหานี้และกลายเป็น "ผู้เล่นหลัก" ในด้านวิศวกรรมความร้อนใต้พิภพ

I. "ภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกของวัสดุ" ของการพัฒนาความร้อนใต้พิภพ: ความท้าทายสองประการด้านการกัดกร่อนและการสึกหรอ

ของไหลความร้อนใต้พิภพมีฤทธิ์กัดกร่อนมากกว่าสภาพแวดล้อมทั่วไปมาก ด้วยความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออนสูงถึง 200,000 มก./ลิตร เมื่อรวมกับสารประกอบซัลเฟอร์ที่ละลายน้ำ, CO₂, H₂S และก๊าซที่เป็นกรดอื่นๆ วัสดุโลหะแบบดั้งเดิมจะล้มเหลว:

เหล็กกล้าคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนแบบรูพรุน โดยมีอัตราการกัดกร่อนเกิน 1 มม./ปี และอายุการใช้งานของอุปกรณ์มักจะน้อยกว่าห้าปี

สแตนเลสสามารถต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนได้ แต่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนที่เกิดจากความเค้นเนื่องจากซัลไฟด์ที่อุณหภูมิสูง-

อลูมิเนียมอัลลอยด์มีแนวโน้มที่จะสลายออกซิเดชันที่พื้นผิวในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดในขณะที่โลหะผสมทองแดงเสี่ยงต่อการชะล้างสังกะสี

การขาดวัสดุเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนการบำรุงรักษาที่สูงสำหรับอุปกรณ์ความร้อนใต้พิภพ ซึ่งต้องมีการเปลี่ยนบ่อยครั้ง ซึ่งไม่เพียงแต่ขัดขวางประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอีกด้วย สิ่งนี้ทำให้การพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพขนาดใหญ่-เป็นงานที่ท้าทาย

ครั้งที่สอง "จุดแข็งหลักสี่ประการ" ของไทเทเนียม: กุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาความท้าทายจากการกัดกร่อน

ไทเทเนียมและโลหะผสม เช่น Ti-6Al-4V ได้กลายเป็น "ผู้ช่วย" ของการพัฒนาความร้อนใต้พิภพเนื่องจากข้อดีที่ออกแบบโดยเฉพาะ:

ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่า:ไทเทเนียมจะสร้างฟิล์ม TiO₂ ออกไซด์ที่มีความหนาแน่นตามธรรมชาติบนพื้นผิว ซึ่งทำหน้าที่เป็น "เกราะป้องกัน" ต่อสารกัดกร่อน เช่น คลอไรด์ไอออนและซัลไฟด์ ในน้ำความร้อนใต้พิภพที่มี NaCl 20% อัตราการกัดกร่อนจะต่ำกว่า 0.001 มม./ปี ซึ่งต่ำกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมถึง 2 เท่า

ความเสถียรของอุณหภูมิสูง-:ไทเทเนียมรักษาความต้านทานแรงดึงได้มากกว่า 600 MPa ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 300 องศา ซึ่งเหนือกว่าความแข็งแรงของโลหะผสมอลูมิเนียม (ซึ่งลดลงอย่างมากที่ 150 องศา) และโลหะผสมทองแดง (ซึ่งอ่อนตัวลงที่ 200 องศา)

ความต้านทานการกัดกร่อน:ไทเทเนียมมีความแข็ง HV µm 350 และมีความเหนียวเป็นเลิศ ทำให้ความต้านทานต่ออนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนความเร็วสูง-สมดุลได้อย่างสมบูรณ์แบบ มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมทองแดงในสภาพแวดล้อมของของไหลความร้อนใต้พิภพ

ข้อได้เปรียบที่มีน้ำหนักเบา:ด้วยความหนาแน่นเพียง 4.5 g/cm³ (60% ของเหล็ก) ไทเทเนียมช่วยลดน้ำหนักของอุปกรณ์ได้อย่างมาก ลดค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและขนส่ง

ที่สาม การใช้งานทั่วไป: "จุดเด่น-ระดับโลกที่แท้จริง" ของไทเทเนียม

คอนเดนเซอร์: Dual Winner ที่มีประสิทธิภาพและทนทาน
คอนเดนเซอร์ของโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพจะต้องทนทานต่อของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอุณหภูมิสูง-และความดันสูง-เป็นเวลานาน คอนเดนเซอร์ไทเทเนียมที่มีการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อเกลียวไม่เพียงปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนเท่านั้น แต่ยังยืดอายุการใช้งานได้นานกว่า 20 ปี-นานกว่าคอนเดนเซอร์สแตนเลสสามเท่า หลังจากถูกนำมาใช้ที่สถานีไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ Hellisheiðiในไอซ์แลนด์ ค่าบำรุงรักษารายปีลดลง 60% และประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 5%

กังหันและปั๊ม: ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง
ใบพัดกังหันและส่วนประกอบปั๊มต้องทนต่ออุณหภูมิ 250-300 องศา และการกัดเซาะของของไหลความเร็วสูง หลังจากการบำบัดสารละลายและการเสื่อมสภาพแล้ว ใบพัดกังหันโลหะผสม Ti-6Al-4V ที่ใช้ในนิวซีแลนด์สถานีไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพไวราเคอิทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาแปดปีโดยไม่มีรอยแตกร้าวจากการกัดกร่อน ซึ่งเกินอายุการใช้งานสองปี{0}}ของวัสดุทั่วไปมาก

ท่อและข้อต่อ: ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ปรับให้เหมาะสม
ท่อความร้อนใต้พิภพเหล็กกล้าคาร์บอนแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องเปลี่ยนทุกๆ 3-5 ปี ในขณะที่ท่อไทเทเนียมมีอายุการใช้งานนานกว่า 30 ปี หลังจากติดตั้งท่อโลหะผสมไททาเนียมแล้วที่กีย์เซอร์แหล่งความร้อนใต้พิภพในสหรัฐอเมริกา การลงทุนเริ่มแรกเพิ่มขึ้น 30% แต่ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานลดลง 55% อัตราการรั่วไหลลดลงอย่างมาก และความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมลดลงอย่างมาก

การพัฒนาหินแห้งร้อนที่ได้รับการปรับปรุง: ความก้าวหน้าของโลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูง-
การพัฒนาความร้อนใต้พิภพหินแห้งร้อนจำเป็นต้องฉีดน้ำแรงดันสูง-เข้าไปในชั้นหินใต้ดินที่ระดับความลึก 3-5 กม. โดยที่อุปกรณ์จะต้องทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า 400 องศา โลหะผสมอุณหภูมิสูง Ti-Al-Nb ใหม่ได้เพิ่มอุณหภูมิในการทำงานเป็น 500 องศา หลังจากถูกนำมาใช้ที่โครงการทดสอบความร้อนใต้พิภพ UTSUKUSHIMAในญี่ปุ่น อัตราความสำเร็จในการขุดเจาะถึง 90% และผลผลิตหลุมเดียว-เพิ่มขึ้นสองเท่า

IV. ประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม: มูลค่าระยะยาว-ของวัสดุไทเทเนียมที่ไม่อาจทดแทนได้

แม้ว่าวัสดุไทเทเนียมจะมีต้นทุนเริ่มแรก 3-5 เท่าของเหล็กกล้าไร้สนิม แต่ข้อดีในระยะยาวก็มีอยู่มาก:

ค่าบำรุงรักษาเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนเพียง 1/5 เท่านั้น โดยไม่จำเป็นต้องเคลือบป้องกัน-การกัดกร่อนหรือป้องกันแคโทดิกเพิ่มเติม

อายุการใช้งานยาวนานกว่าวัสดุแบบเดิมถึง 3-6 เท่า ลดการเปลี่ยนทดแทนบ่อยครั้งและประหยัดทรัพยากร

น้ำหนักเบาและมีค่าการนำความร้อนสูงลดการใช้พลังงานของระบบ และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าให้ดียิ่งขึ้น

คำสำคัญในอุตสาหกรรมที่กำลังมาแรง:

วัสดุพลังงานความร้อนใต้พิภพ

ความต้านทานการกัดกร่อนของไทเทเนียม

อุปกรณ์โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ

โลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง-

การป้องกันการกัดเซาะของไหลความร้อนใต้พิภพ

โลหะผสม Ti-6Al-4V สำหรับพลังงานความร้อนใต้พิภพ

วัสดุท่อความร้อนใต้พิภพ

วัสดุต้านทานการกัดกร่อน-สำหรับอุตสาหกรรมพลังงาน

การพัฒนาความร้อนใต้พิภพหินแห้งร้อน

โซลูชั่นพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ยั่งยืน