地热井防腐

地热能有可能从地球结壳内采集大量能量地热能开发迄今可能受腐蚀的限制 — — 腐蚀破坏高温蒸气生成深地下所需的金属管道Andri Thorhallsson和Sigrun Karlsdottir在冰岛大学展示如何通过搭建合金管道解决问题其结果可为近期内地热能快速扩展铺路

迄今为止,人类拓展全球可再生能源能力的努力一直以风能和太阳能快速开发为主 — — 但从地球地壳深处存储的大量热中可以找到大有希望的替代源码。高构造活动区 包括冰岛 地球内部的岩浆向上推动 向上移热量远近表面

数十年来地热能通过释放高温地热流水使用(电流、气流、水流、溶解物和散装固体)地热蒸汽气分量与液分量分离,转轮机运行,发电无需化石燃料冰岛和各种其他活动地热区钻地热水井并排出地热流水-蒸气液-液流水-往往没有水泵帮助

命名为“地热能”,这一技术有可能提供人类能源需求中很大一部分。除少数小型操作外,地球结壳中所含热量迄今几乎完全未开发

威胁腐化管道
Thorhallsson和Karlsdottir表示,技术被一个特别重要因素阻塞问题与漏洞或水井相关,需要将蒸汽深压回表层Thorhallsson解释道:“钻井以圆柱管为例,确保地壳中地热流畅流`为了实现高能效,管道材料保持完整性非常重要'

目前,这些管道常使用碳钢或低合金钢设计,高强度但易腐蚀地热井排出地热流体包含几种腐蚀性物种:包括盐酸、硫化氢_S级和二氧化碳₂)

这些优势可提供更大的激励机制,鼓励电信活跃区域企业和政府拓展地热能

水管极易腐蚀:化学反应将金属转化成各种复合物,包括氧化物、水化物和硫化物过程不单粗化管道内部面, 降低地热流水沿管畅行能力并削弱机械结构 或令管道漏洞部分 管道系统允许混合冷液这使得地热井在保留加压高能流水方面效果较差更严重的情况下管道系统会崩溃结果地热管道寿命可降低-大大提升地热能成本

合并新合金
最近地热产业的大量研究 都致力于开发新管道材料 能够更好地抵挡地球结壳高度腐蚀性环境该地区有希望的进步使用和基合金Thorhallsson描述地热系统,

这些耐久性能是由于金属组成薄二氧化表面,这大大增加了钛腐蚀性抗药性对腐蚀性气体的反应要少得多,可免地热管道系统腐蚀除成本外,基于钛材料机械结构在高温下可能恶化 — — 使它们不适应地球地壳深处所经历的高温结果,在设计和搭建管道系统前,必须彻底分析地热系统物理条件

Thorhallsson和Karlsdottir在研究中力求使用新合金解决这些挑战,合金内含元素镍、和前几次研究显示,该特殊金属拥有水晶板状结构,机械高度稳定,甚至在较高温度下也保持这种结构。至今为止,它用于地热井的潜力尚未调查

测试实验室腐蚀
通过他们的研究 双极首次探索这种可能性实验中搭建系统模拟实高温地热水井所期望的物质条件内含三流化堆的人工地热流的三个不同相容条件测试

研究者人工搭建测试两种不同的水样本,初始温度为室温:一种混合HCl并装H混合₂S和CO₂.初始反应炉热达350摄氏度,样本被煮熟完全蒸发成超热蒸汽,十倍于大气对地球表面的压力结果是,这一空间混合气态物种和液态水

第二堆加热温度不变,蒸汽保持超热条件最终,第三反应炉温度下降180摄氏度以这种条件 蒸汽开始凝结重新组成液气混合

研究腐烂样本
Thorhallsson和Karlsdottir通过两种技术组合进行微结构分析与化学分析首先是扫描电子显微镜片,通过测量电子聚焦波束与腐蚀产物原子交互作用的方式生成高清晰度图像

新的钛合金可成为可行管道材料候选物,预计地热流水将极端腐蚀性或多相条件

第二种技术为“分散式XEDS光谱学”(XEDS)。样本原子内所含电子通过事件X光对高能水平极感兴奋转回地面状态能量水平 并在此过程释放X射线光子通过测量X射线能产生这些发光子,研究者可判定其腐蚀样本的精确化学组成

性能提高
并发实验双重目标第一部分目标重构当前地热能生成中所使用的碳钢管道材料所经历的腐蚀第一反应炉发现碳钢易局部损坏,形成氧化物、硫化物和氯化腐蚀产物片段对比之下,氧化腐蚀层统一组成 遍及第二反应器的整个表面

最终,第三堆获得两层均匀腐蚀:硫化物上层和氧化子层Thorhallsson和Karlsdottir首次清晰了解碳钢与地热井各种腐蚀性条件发生反应的方式,并最终突显出材料的众多缺陷。

实验的第二部分 研究者将每个反应器条件完全保持原样 但他们用新合金替换碳钢管道材料不论样本流水存在于单片超热相或液气混合体中,结果不变Thorhallsson描述新开发的钛合金在测试条件中不易腐蚀

新前景地热能
结果清晰显示新合金的长处高温下无需腐蚀或机械失稳就能长生机高成本很容易推理 — — 使高成本理想地热井使用。

反过来,这些优势可提供大得多的激励机制,鼓励技术活跃区域企业和地方政府拓展地热能归根结底,结果能以可再生能源形式带来等待已久的进步 — — 有一天,可再生能源可能像风能和太阳能一样经济竞争 — — 也许能使我们更接近结束对化石燃料的依赖。