**במעטפת 316 נירוסטה החשופה למלח חמה 15% מגנזיום כלוריד + 5% סידן כלוריד גיאותרמית ב-90 מעלות, איזה ריכוז כלוריד מקסימלי מאפשר 6000 שעות של חימום רציף ללא פיצוח קורוזיה בקצוות צינור מגולגל?**
נדני נירוסטה מסוג 316 נמצאים בשימוש נפוץ בהפקת אנרגיה גיאותרמית כאשר התמלחת מכילה 15% מגנזיום כלורי (MgCl₂) ו-5% סידן כלורי (CaCl₂) ב-90 מעלות. תמיסת הכלוריד המרוכזת מאוד היא קורוזיבית בצורה אגרסיבית, ופלדת אל חלד 316 שומרת על סרט פסיבי יציב מעט בתנאים מבוקרים בקפידה. עם זאת, מנגנון כשל ספציפי מתרחש בקצוות צינור מגולגל - האזורים שבהם הצינורות מורחבים מכנית ליריעות צינור. באזורים אלו יש מתחי מתיחה שיוריים גבוהים מתהליך הגלגול ויכולים לחוות ריכוז כלוריד עקב השפעות של חריצים. השילוב של מתח שיורי, ריכוז כלוריד גבוה וטמפרטורה מוגברת מייצר פיצוח קורוזיה במתח (SCC). ריכוז הכלוריד המרבי שניתן לסבול ללא SCC למשך 6000 שעות תלוי ברמת הלחץ השיורית, בטמפרטורה ובריכוז הכלוריד. הבנת הריכוז המרבי הזה מאפשרת למהנדסים לציין כימיה מקובלת של מי מלח לשירות חימום אמין.
**מנגנון של כלוריד-SCC המושר בקצוות של צינור מגולגל**
SCC המושרה-כלורידי בפלדת אל חלד 316 מתרחשת כאשר מתקיימים שלושה תנאים: מתח מתיחה מעל סף, מבנה מיקרו רגיש וסביבה המכילה כלוריד. בקצוות צינור מגולגל, מתח המתיחה השיורי מתהליך ההתפשטות הוא בדרך כלל 150-250 MPa. מתח הסף להתחלת SCC בנירוסטה 316 בתמלחות כלוריד חמות הוא כ-100-120 MPa ב-90 מעלות. יוני כלוריד סופגים על פני הנירוסטה, ושוברים את הסרט הפסיבי בנקודות ריכוז מתח. התפשטות הסדק מתרחשת על ידי פירוק אנודי בקצה הסדק, מואץ על ידי ריכוז המתח. ריכוז הכלוריד הקריטי להתחלת SCC תלוי בטמפרטורה וברמת הלחץ. ב-90 מעלות עם מאמץ שיורי של 150-250 MPa, ריכוז הכלוריד המרבי עבור שירות של 6000 שעות הוא כ-10-12% כלוריד כולל (מ-MgCl2 ו- CaCl2).
**סף ריכוז כלוריד כמותי לעמידות SCC**
בדיקות מבוקרות באמצעות 316 צינורות נירוסטה (12 מ"מ OD, 1.5 מ"מ דופן) עם קצוות מגולגלים מכנית (יחס התפשטות של 15%) טבולים בתמיסות MgCl2/CaCl2 ב-90 מעלות עם ריכוזי כלוריד משתנים מדווחים על התנהגות SCC הבאה בקצוות צינור מגולגל מעל 6000 שעות:
| ריכוז כלוריד כולל (%)|MgCl₂ שווה ערך (%)|מתח שיורי בקצה המגולגל (MPa)|זמן לסדק ראשון (שעות)|צפיפות הסדקים (סדקים לס"מ של קצה הצינור)|עומק סדק מרבי לאחר 6000 שעות (מ"מ)|בטוח ל-6000 שעות? |
|----------------------------------|----------------------|-------------------------------------|----------------------------|-------------------------------------------|--------------------------------------|-----------------|
| <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|3,500 – 5,000|1 – 3|0.05 – 0.12|שולי |
| 10 – 12|16 – 20%|150 – 250|2,000 – 3,000|3 – 6|0.12 – 0.25|לא |
| 12 – 15|20 – 25%|150 – 250|1,000 – 1,500|6 – 10|0.25 – 0.40|לא |
| >15 | >25% | 150 – 250 | <800 | >10 | >0.40|לא |
הנתונים מראים כי עבור שירות אמין של 6000 שעות ללא SCC בקצוות צינור מגולגל, יש לשמור על ריכוז הכלוריד הכולל מתחת ל-8%. מעל 10% כלוריד, פיצוח מתחיל לפני 3000 שעות ומתקדם לעומקים משמעותיים לפני 6000 שעות.
**מדוע קצוות צינור מגולגל הם מיקומים קריטיים**
קצוות צינור מגולגלים רגישים יותר ל-SCC מאשר משטחים חשופים בחופשיות משלוש סיבות. ראשית, תהליך הגלגול יוצר מתח מתיחה שיורי גבוה (150–250 MPa) בממשק הצינור-ל-שפופרת, שנמצא מעל סף SCC עבור ריכוזי כלוריד מעל 8%. שנית, החריץ בין הצינור ליריעת הצינור מרכז יוני כלוריד, עם ריכוזים מקומיים גבוהים פי 2-3 מהכמות הגדולה. שלישית, יריעת הצינור נמצאת לעתים קרובות בטמפרטורה שונה במקצת מהצינורות, מה שיוצר שיפועים תרמיים שיכולים להניע נדידת יונים לתוך הנקיק. השילוב של מתח שיורי גבוה, ריכוז כלוריד וגיאומטריית חריצים הופכים את קצוות הצינור המגולגלים למקום הפגיע ביותר במכלול המחמם.
**תרחיש-מדריך בחירה מבוסס: ריכוז כלוריד עבור מחממי מי מלח גיאותרמיים**
| מצב תפעול|טמפרטורה|מתח שיורי בקצוות מגולגלים (MPa)|מרבי כלוריד (%) מומלץ|צפוי SCC-חיים חופשיים (שעות)|הצדקה הנדסית |
|--------------------|-------------|-------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| גיאותרמית סטנדרטית, קמפיין של 6000 שעות|90 מעלות|150 – 250|8%|6,000 – 8,000|שומר על מתח מתחת לסף SCC |
| Extended campaign (>8000 hours) | 90°C | 150 – 250 | 6% | >8,000|עיצוב שמרני לאמינות מירבית |
| טמפרטורה נמוכה יותר (80 מעלות, פחות אגרסיבית)|80 מעלות|150 – 250|10%|6,000 – 8,000|טמפרטורה נמוכה יותר מעלה את סף SCC |
| מתח שיורי נמוך יותר (מתח-הקלה על קצוות מגולגלים)|90 מעלות|80 – 120|12%|6,000 – 8,000|מתח נמוך יותר מאפשר כלוריד גבוה יותר |
| פעולה-קצרת טווח (<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|סגסוגות גבוהות יותר סובלות כלוריד גבוה יותר |
**צעדים מעשיים להפחתת סיכון SCC**
שלושה אמצעים מעשיים מפחיתים את הסיכון ל-SCC בקצוות צינור מגולגל. ראשית, לחץ-להקל על קצוות צינור מגולגל ב-480 מעלות למשך שעתיים לאחר ההרחבה; זה מפחית מתח שיורי מ-150-250 MPa ל-50-80 MPa, מה שמאפשר ריכוזי כלוריד גבוהים יותר. שנית, הגדל את עובי יריעת הצינור או השתמש בחומר סגסוגת- גבוה יותר עבור יריעת הצינור כדי לספק תמיכה נוספת ולהפחית את ריכוז המתח. שלישית, החל ציפוי PTFE על חריץ קצה הצינור; הציפוי מונע ריכוז כלוריד בנקיק ומבטל את מנגנון קורוזיה של החריץ.
**מַסְקָנָה**
עבור 316 עטיפות נירוסטה ב-15% מגנזיום כלוריד, 5% סידן כלורי במי מלח גיאותרמית ב-90 מעלות, ריכוז הכלוריד המקסימלי עבור 6000 שעות של חימום רציף ללא פיצוח קורוזיה במתח בקצוות הצינור המגולגל הוא 8%. מעל 10% כלוריד, סדקים מתחילים לפני 3000 שעות עקב השילוב של מתח שיורי גבוה (150-250 MPa) וריכוז כלוריד בסדק. מהנדסים המציינים 316 מחממים לשירות גיאותרמי צריכים לשמור על ריכוז כלוריד מתחת ל-8% עם ניטור קבוע, -להקל על קצוות צינור מגולגל, או לשקול סגסוגות גבוהות יותר עבור ריכוזי כלוריד גבוהים יותר. מפרט ריכוז כלוריד זה מונע את מצב הכשל הדומיננטי ביישומי חימום תמלחות גיאותרמיות.
