গভীর ভূগর্ভে, একটি কূপ দ্রবীভূত লবণ, সিলিকা এবং প্রায়শই অ্যাসিডিক গ্যাসের ক্ষয়কারী স্যুপ- জ্বলন্ত গরম, খনিজ-সমৃদ্ধ ব্রিনের একটি বিশাল জলাধারে ট্যাপ করে৷ এই ব্রাইন একটি ভূ-তাপীয় বিদ্যুৎ কেন্দ্রের জীবনরক্ত, এবং এর তাপ একটি পরিচ্ছন্ন কর্মক্ষম তরলে স্থানান্তরিত করা আবশ্যক। প্রাথমিক তাপ এক্সচেঞ্জার, নোংরা, আক্রমনাত্মক পৃথিবী এবং পরিষ্কার শক্তি চক্রের মধ্যে ইন্টারফেস, ক্ষয় এবং স্কেলিং এর নিরলস আক্রমণের সম্মুখীন হয়। একটি PTFE শেল-এবং-টিউব এক্সচেঞ্জার, এর নমনীয়, রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয় টিউবগুলি, এই লড়াইয়ের জন্য তৈরি করা শক্ত, টেকসই ওয়ার্কহরস।

জিওথার্মাল ব্রাইন চ্যালেঞ্জ

জিওথার্মাল ব্রাইন সাধারণ লবণ পানি নয়। এটি সাধারণত 100 ডিগ্রি এবং 150 ডিগ্রি (এবং কখনও কখনও উচ্চতর) তাপমাত্রায় কূপ থেকে বের হয়, যেখানে মোট দ্রবীভূত কঠিন পদার্থ (টিডিএস) প্রায়ই সমুদ্রের পানির চেয়ে 100,000 পিপিএম-এর বেশি হয়। ব্রিনে ক্লোরাইড, সালফেট, কার্বনেট এবং সীসা, দস্তা এবং আর্সেনিকের মতো ভারী ধাতু রয়েছে। এছাড়াও, কার্বন ডাই অক্সাইড (CO₂), হাইড্রোজেন সালফাইড (H₂S), এবং মাঝে মাঝে অ্যামোনিয়া সহ দ্রবীভূত গ্যাসগুলি উপস্থিত থাকে, যা একটি অম্লীয় পরিবেশ তৈরি করে (pH 4 বা তার নিচে নেমে যেতে পারে)।

হিট এক্সচেঞ্জার উপকরণগুলির জন্য সবচেয়ে ক্ষতিকারক উপাদানগুলি হল:

ক্লোরাইড আয়ন:স্টেইনলেস স্টীল এবং এমনকি উচ্চ-নিকেল অ্যালয়গুলিতে পিটিং এবং স্ট্রেস জারা ক্র্যাকিংয়ের কারণ।

দ্রবীভূত সিলিকা (SiO₂):ব্রিন শীতল হওয়ার সাথে সাথে সিলিকা তাপ স্থানান্তর পৃষ্ঠে একটি শক্ত, কাচের মতো স্কেল তৈরি করে। এই স্কেলটি অপসারণ করা অত্যন্ত কঠিন এবং দ্রুত এক্সচেঞ্জারকে নিরোধক করে, তাপীয় কার্যক্ষমতা নষ্ট করে।

হাইড্রোজেন সালফাইড:তামা-ভিত্তিক সংকর ধাতু এবং অনেক লৌহঘটিত ধাতু আক্রমণ করে।

একটি প্রচলিত ধাতু হিট এক্সচেঞ্জার (যেমন, টাইটানিয়াম বা সুপারঅস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিল) কিছু সময়ের জন্য ক্লোরাইড প্রতিরোধ করতে পারে, কিন্তু সিলিকা স্কেলিং একটি গুরুতর সমস্যা থেকে যায়। ধাতব পৃষ্ঠে স্কেল তৈরি হয়, ঘন ঘন রাসায়নিক বা যান্ত্রিক পরিষ্কারের প্রয়োজন হয় যা ডাউনটাইম এবং শেষ পর্যন্ত ধাতব পাতলা হয়ে যায়। ক্ষয়, এমনকি কম হারে, অবশেষে পাতলা টিউবের দেয়ালের ছিদ্র সৃষ্টি করে। এই পরিবেশে, দPTFE এক্সচেঞ্জার জিওথার্মাল ব্রাইন কুলিংসমাধান একটি মৌলিকভাবে ভিন্ন পদ্ধতির প্রস্তাব করে।

কিভাবে একটি PTFE এক্সচেঞ্জার ক্ষয় এবং স্কেলিং প্রতিরোধ করে

একটি PTFE শেল-এবং-টিউব হিট এক্সচেঞ্জার সাধারণত গরম জিওথার্মাল ব্রিন দিয়ে প্রবাহিত হয়টিউব পাশএবং একটি পরিষ্কার কাজ তরল (যেমন, জল, একটি জৈব Rankine চক্র তরল, বা একটি গৌণ কুল্যান্ট) শেলের পাশে প্রবাহিত। PTFE টিউবগুলি, যার সাধারণ বাইরের ব্যাস 5-10 মিমি এবং প্রাচীরের পুরুত্ব 0.5-1 মিমি, কুমারী থেকে তৈরি করা হয়, অপূর্ণ PTFE-একটি উপাদান যা সম্পূর্ণরূপে ক্লোরাইড, হাইড্রোজেন সালফাইড, জৈব অ্যাসিড এবং সম্পূর্ণরূপে অনাক্রম্য পদার্থের জন্য অ্যালমোলেক্স মেটাল এবং অ্যালকোহল অ্যাসিড। ফ্লোরিন)।

জারা অনাক্রম্যতা

PTFE এর কোন প্রতিক্রিয়াশীল রাসায়নিক বন্ধন নেই যা জিওথার্মাল ব্রিনে পাওয়া প্রজাতি দ্বারা আক্রমণ করা যেতে পারে। এটা ক্ষয়, পিট, বা লিচ ধাতব আয়ন না. ধাতব টিউবগুলির বিপরীতে যেগুলি ধীরে ধীরে প্রাচীরের পুরুত্ব হারায় বা কয়েক মাস বা কয়েক বছর পরে পিনহোল ফুটো হয়ে যায়, PTFE টিউবগুলি ভূ-তাপীয় পরিষেবায় কয়েক দশক ধরে চলতে পারে। ক্লোরাইড-প্ররোচিত স্ট্রেস জারা ক্র্যাকিংয়ের কোনও ঝুঁকি নেই, যা মেটাল জিওথার্মাল এক্সচেঞ্জারগুলিতে একটি সাধারণ ব্যর্থতা মোড।

স্কেল প্রতিরোধের (নিম্ন আনুগত্য)

PTFE-এর মসৃণ, নন-স্টিক পৃষ্ঠের পৃষ্ঠের শক্তি খুবই কম (প্রায় 18 mN/m)। এর মানে হল যে সিলিকা স্কেল, সেইসাথে অন্যান্য খনিজ আমানত (ক্যালসিয়াম কার্বনেট, ক্যালসিয়াম সালফেট, ধাতব সালফাইড) টিউবের দেয়ালের সাথে দৃঢ়ভাবে মেনে চলে না। স্কেলটি একটি শক্ত, অন্তরক গ্লেজের পরিবর্তে একটি আলগা পাউডার বা পাতলা, সহজে অপসারণযোগ্য ফিল্ম হিসাবে থাকে। থার্মাল সাইক্লিং এবং নমনীয় টিউবগুলির প্রাকৃতিক কম্পনের কারণে যেকোন আনুগত্যের আমানত বন্ধ হয়ে যায়। ফলস্বরূপ, PTFE এক্সচেঞ্জার একই পরিষেবাতে একটি ধাতব এক্সচেঞ্জারের চেয়ে অনেক বেশি সময় ধরে তার তাপ স্থানান্তর দক্ষতা বজায় রাখে।

থার্মাল সাইক্লিং মিটমাট করার নমনীয়তা

ভূ-তাপীয় কূপগুলি প্রায়শই প্রবাহের হার এবং তাপমাত্রার তারতম্যের সাথে কাজ করে, যার ফলে তাপ এক্সচেঞ্জারের তাপীয় সাইক্লিং হয়। PTFE টিউব নমনীয় হয়. তারা ক্লান্তি ফাটল বিকাশ ছাড়াই তাপমাত্রা পরিবর্তনের সাথে প্রসারিত এবং সংকোচন করতে পারে। বিপরীতে, ধাতব টিউবগুলি অনমনীয় এবং টিউব-টু-টিউবশীট জয়েন্টগুলিতে চক্রীয় তাপীয় চাপ অনুভব করতে পারে, যা সময়ের সাথে সাথে ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করে।

PTFE কুলার হল একটি রাসায়নিকভাবে অন্ধ, স্থিতিস্থাপক দৈত্য, ঝলসে যাওয়া, নোনা মাটির জলে চুমুক দেয় এবং শান্তভাবে এর আগুনকে পরিষ্কার শক্তি চক্রে প্রেরণ করে।

ভূ-তাপীয় পরিষেবার জন্য নকশা বিবেচনা

নির্ভরযোগ্য দীর্ঘমেয়াদী অপারেশন অর্জনের জন্য, ভূ-তাপীয় ব্রিনের জন্য একটি PTFE এক্সচেঞ্জারকে নির্দিষ্ট পরামিতিগুলির সাথে ডিজাইন করা আবশ্যক:

টিউব-সাইড বেগ

স্থগিত কঠিন পদার্থ (সিলিকা কণা, বালি, ধাতব সালফাইড) সর্বদা জিওথার্মাল ব্রাইনে উপস্থিত থাকে। যদি টিউবের অভ্যন্তরে ব্রিনের বেগ খুব কম হয়, তবে এই কঠিন পদার্থগুলি স্থির হয়ে যায়, যার ফলে প্রবাহে বাধা এবং স্থানীয় স্কেলিং হয়। একটি ন্যূনতম টিউব-সাইড বেগ 1.5-2.0 m/s সাধারণত কঠিন পদার্থকে আটকে রাখার জন্য নির্দিষ্ট করা হয়। যাইহোক, যেহেতু PTFE এর একটি মসৃণ পৃষ্ঠ এবং কম ঘর্ষণ রয়েছে, তাই ধাতব টিউবের তুলনায় কিছুটা কম বেগ (যেখানে ক্ষয় একটি উদ্বেগের বিষয়) গ্রহণযোগ্য হতে পারে। সর্বাধিক বেগ চাপ ড্রপ এবং টিউব ইনলেট প্রান্তের ক্ষয় দ্বারা সীমিত (যদিও PTFE কণা ক্ষয়ের জন্য বেশ প্রতিরোধী)।

টিউব বান্ডিল কনফিগারেশন

একটি প্রদত্ত শেল ব্যাসের মধ্যে তাপ স্থানান্তর এলাকাকে সর্বাধিক করার জন্য PTFE টিউবগুলি সাধারণত একটি ত্রিভুজাকার পিচে সাজানো হয়। যেহেতু PTFE-এর তাপ পরিবাহিতা কম (প্রায় 0.25 W/m·K), একটি যুক্তিসঙ্গত সামগ্রিক তাপ স্থানান্তর সহগ বজায় রাখতে প্রাচীরের পুরুত্ব অবশ্যই ন্যূনতম (0.5-1.0 মিমি) করতে হবে। বর্ধিত পৃষ্ঠতল (পাখনাযুক্ত টিউব) কখনও কখনও ব্যবহার করা হয়, তবে অতিরিক্ত জটিলতা এবং পাখনায় ফাউল হওয়ার ঝুঁকি প্রায়শই সুবিধার চেয়ে বেশি। তাই প্রচুর সংখ্যক লম্বা, পাতলা টিউব ব্যবহার করে মোট তাপ স্থানান্তর এলাকা বৃদ্ধি করা হয়।

শেল-সাইড ওয়ার্কিং ফ্লুইড

শেলের পাশে থাকা পরিষ্কার পরিচ্ছন্ন তরল অবশ্যই PTFE-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে হবে (বেশিরভাগ তরলই হয়, উচ্চ তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট দ্রাবক ছাড়া)। শেল নিজেই কার্বন ইস্পাত বা স্টেইনলেস স্টীল থেকে তৈরি করা যেতে পারে, একটি PTFE আস্তরণের দ্বারা বা ক্ষয় ভাতা দ্বারা অভ্যন্তরীণভাবে সুরক্ষিত কারণ শেলটি কখনই আক্রমণাত্মক ব্রিনের সাথে যোগাযোগ করে না।

চাপ এবং তাপমাত্রার সীমা

PTFE এক্সচেঞ্জারগুলি ক্রমাগত পরিষেবার জন্য সাধারণত 100-110 ডিগ্রির সর্বোচ্চ অপারেটিং তাপমাত্রায় সীমাবদ্ধ থাকে, যদিও কিছু বিশেষায়িত PTFE গ্রেড 120-130 ডিগ্রিতে পৌঁছতে পারে। যদি জিওথার্মাল ব্রাইন 150 ডিগ্রীতে প্রবেশ করে, তবে এটি অবশ্যই প্রি-কুলড করা উচিত (যেমন, রিসার্কিউলেটেড কুলড ব্রাইনের সাথে মিশ্রিত করে বা স্কেলিং তাপমাত্রার উপরে কাজ করে এমন একটি ফার্স্ট-স্টেজ মেটাল এক্সচেঞ্জার ব্যবহার করে)। বিকল্পভাবে, ব্রাইনটিকে বাষ্পে ফ্ল্যাশ করা যেতে পারে, তরল ব্রাইনের সাথে তারপর একটি PTFE এক্সচেঞ্জারে ঠান্ডা করা হয়। নিম্ন-তাপমাত্রার ভূ-তাপীয় সম্পদের জন্য (100-120 ডিগ্রি), একটি সরাসরি PTFE এক্সচেঞ্জার আদর্শ।

প্রক্রিয়া নোট: স্কেল অপসারণের জন্য নিয়মিত পরিষ্কার করা

যদিও PTFE স্কেল আনুগত্য প্রতিরোধ করে, জিওথার্মাল ব্রিনে কাজ করা কোনো হিট এক্সচেঞ্জার অনির্দিষ্টকালের জন্য সম্পূর্ণ পরিষ্কার থাকতে পারে না। সময়ের সাথে সাথে, নিরাকার সিলিকা বা অন্যান্য খনিজগুলির একটি পাতলা স্তর এখনও জমা হতে পারে, বিশেষ করে নিম্ন-বেগযুক্ত অঞ্চলে। একটি সক্রিয় পরিচ্ছন্নতার সময়সূচী তাই সুপারিশ করা হয়:

উচ্চ-চাপের জল জট করা (হাইড্রোব্লাস্টিং):500-1,000 বার (7,000-14,000 psi) জলের একটি জেট টিউব ইনলেটগুলিতে নির্দেশিত হয়। জলের চাপ PTFE টিউবগুলিকে ফ্লেক্স করে এবং টিউব উপাদানের ক্ষতি না করে যে কোনও আলগা স্কেল সরিয়ে দেয়। টিউব শীট ফেস থেকে ঢোকানো একটি ল্যান্স ব্যবহার করে এটি জায়গায় এক্সচেঞ্জারের সাথে সঞ্চালিত হতে পারে।

রাসায়নিক ফ্লাশিং:পাতলা হাইড্রোক্লোরিক বা সাইট্রিক অ্যাসিড (উপযুক্ত ইনহিবিটর সহ) কার্বনেট এবং ধাতব সালফাইড স্কেলগুলিকে দ্রবীভূত করার জন্য টিউবের পাশ দিয়ে সঞ্চালিত হয়। সিলিকা স্কেলের জন্য, যা অ্যাসিড-দ্রবণীয় নয়, একটি পাতলা হাইড্রোফ্লুরিক অ্যাসিড দ্রবণ (সাবধানে পরিচালনা করা) বা একটি ক্ষারীয় ক্লিনার (যেমন, চেলেটিং এজেন্ট সহ সোডিয়াম হাইড্রক্সাইড) ব্যবহার করা যেতে পারে। যেহেতু PTFE রাসায়নিকভাবে এই এজেন্টগুলির জন্য নিষ্ক্রিয়, পরিষ্কারের সমাধান টিউবগুলির ক্ষতি করে না। যাইহোক, শেল পাশ এবং gaskets সুরক্ষিত করা আবশ্যক.

অনলাইন পরিষ্কার (স্পঞ্জ বল):ফোম রাবার বল, টিউবের ভেতরের ব্যাসের চেয়ে সামান্য বড়, পর্যায়ক্রমে টিউব বান্ডিলের মধ্য দিয়ে গুলি করা হয় বিপরীত প্রবাহের মাধ্যমে। বলগুলি টিউবের পৃষ্ঠগুলি পরিষ্কার করে। এই কৌশলটি PTFE এর সাথে ভাল কাজ করে কারণ মসৃণ পৃষ্ঠ বলগুলিকে ধরতে বা ক্ষয় করে না।

পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি ব্রাইন রচনার উপর নির্ভর করে। কিছু ভূতাপীয় ক্ষেত্রে, একটি মাসিক ফ্লাশ যথেষ্ট; অন্যদের ক্ষেত্রে, একটি সাপ্তাহিক উচ্চ-চাপ জলের জেটের প্রয়োজন হতে পারে। PTFE এক্সচেঞ্জারের মূল সুবিধা হল যে পরিষ্কার করা মূল তাপ স্থানান্তর কার্যকারিতার প্রায় 100% পুনরুদ্ধার করে কারণ কোনও স্থায়ী স্কেলিং বা ক্ষয় ক্ষতি হয় না।

মেটাল এক্সচেঞ্জার সঙ্গে তুলনা

PTFE এক্সচেঞ্জার নাটকীয়ভাবে কম ক্ষয় এবং স্কেলিং ব্যর্থতার জন্য একটি বৃহত্তর শারীরিক পদচিহ্ন (নিম্ন তাপ পরিবাহিতা কারণে) ব্যবসা করে। অনেক ভূ-তাপীয় স্থাপনায়, এই ট্রেড-অফটি অত্যন্ত অনুকূল, বিশেষ করে যখন ব্রাইন উভয়ই আক্রমণাত্মক এবং ভারী স্কেলিং হয়।

বাস্তব-বিশ্ব অ্যাপ্লিকেশন উদাহরণ

পশ্চিম ইউনাইটেড স্টেটের একটি জিওথার্মাল বাইনারি সাইকেল পাওয়ার প্ল্যান্ট 130 ডিগ্রিতে একটি সম্পদ থেকে 10 মেগাওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদন করে। ব্রিনে 120,000 পিপিএম ক্লোরাইড, 400 পিপিএম সিলিকা এবং এইচ₂এস রয়েছে। প্রাথমিকভাবে, একটি টাইটানিয়াম শেল-এবং-টিউব এক্সচেঞ্জার ইনস্টল করা হয়েছিল। ছয় মাস পর, সিলিকা স্কেল তাপ স্থানান্তর সহগকে 40% কমিয়ে দিয়েছে, এবং পরিষ্কার করার জন্য প্রতি মাসে 3-দিনের শাটডাউন প্রয়োজন। টিউব ইনলেটের কাছে পিটিং ক্ষয় লক্ষ্য করা গেছে।

প্ল্যান্টটি টাইটানিয়াম ইউনিটকে একটি PTFE শেল-এবং-টিউব এক্সচেঞ্জার দিয়ে প্রতিস্থাপিত করেছে, একই দায়িত্ব অর্জন করতে টিউবের সংখ্যা এবং দৈর্ঘ্য বাড়িয়েছে। উচ্চ-চাপযুক্ত জলের জেট ব্যবহার করে পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি প্রতি ছয় মাসে একবারে নেমে এসেছে। দুই বছরের অপারেশনের পরে, PTFE টিউবগুলিতে কোন ক্ষয় দেখা যায়নি এবং শুধুমাত্র ছোট, সহজে সরানো স্কেল। প্ল্যান্টের ক্ষমতা ফ্যাক্টর 85% থেকে 94% এ উন্নতি হয়েছে শুধুমাত্র পরিষ্কার করার ডাউনটাইম হ্রাস করার কারণে।

উপসংহার: জড় প্লাস্টিক দিয়ে পৃথিবীর শক্তি ব্যবহার করা

একটি PTFE হিট এক্সচেঞ্জার হল শক্তিশালী, কম রক্ষণাবেক্ষণ, এবং ভূ-তাপীয় ব্রিনের নৃশংস, স্কেলিং পরিবেশের জন্য জারা-প্রমাণ সমাধান। এটি গরম, অত্যন্ত লবণাক্ত এবং অম্লীয় ভূ-তাপীয় তরলকে প্রতিরোধ করে, এর নন-স্টিক পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে শক্ত সিলিকা স্কেলিং প্রতিরোধ করে এবং ক্লান্তি ছাড়াই তাপীয় সাইক্লিং প্রতিরোধ করে। PTFE এক্সচেঞ্জার হল বিশ্বের সবচেয়ে টেকসই বেসলোড পাওয়ার সোর্স-ভূতাপীয় শক্তির একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। পৃথিবীর শক্তি সবচেয়ে বেশি রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয় প্লাস্টিকের দ্বারা ব্যবহৃত হয়। জিওথার্মাল প্ল্যান্ট অপারেটরদের জন্য, ব্রাইন কুলিংয়ের জন্য একটি PTFE এক্সচেঞ্জার নির্দিষ্ট করা কোনও আপস নয়; এটি একটি কৌশলগত সিদ্ধান্ত যা আপটাইমে লভ্যাংশ প্রদান করে, রক্ষণাবেক্ষণ খরচ হ্রাস করে এবং কয়েক দশকের নির্ভরযোগ্য পরিষেবা।