وتشكل محطات الطاقة الحرارية الأرضية حجر الزاوية لتوليد الطاقة المتجددة، وتخترق الحرارة الداخلية للأرض لإنتاج كهرباء موثوقة ومثقلة، وخلافاً للرياح الشمسية، فإن الطاقة الحرارية الأرضية توفر نواتج متسقة، ولكن قدرتها على الاستمرار تتوقف على الكيمياء المعقدة للسوائل التي تدور عبر المستودعات، والأبار، والمعدات السطحية، والتكوين الكيميائي لسوائل الحرارية الأرضية التي تتحول إلى أقصى حد من المواد الكيميائية التي تبعث على الثلويث الكربونية.

فهم تركيبة الثلويث الحرارية الأرضية

إن كيميائي خزان الحرارة الأرضية هو نتاج الجيولوجيا المحلية، ودرجات الحرارة، والضغط، والتفاعلات بين الصخور المائية على نطاقات الزمن الجيولوجية، وعادة ما تكون الفلويدات من المياه النيازكية التي تتراكم في أعماق القشرة، وتسخن المعادن من التكوينات الصخرية المحيطة، ويمكن أن تحتوي الرنة الناتجة عن ذلك على مزيج معقد من العناصر الصلبة المتحللة، والغازات المتميزة، والمميزة.

المعادن المعزولة ومصادرها

كما أن أنواع الفولاذ المذابة الرئيسية تشمل الصوديوم والبوتاسيوم والكلوزيوم والكلوريد والولفيت والكربونات والسيلوكلتيكا، وهي مشكلة خاصة لأن خلية السلور تعتمد بشدة على درجة الحرارة، حيث أن سائل الحرارة الأرضية يبرد أثناء استخراج الطاقة، ويصبح ارتفاع حرارة السيليكا وسهولة ضغط الدم من حيث الحرارة المحيطة().

الغازات وتأثيرها

وكثيراً ما تحمل السوائل الحرارية الأرضية كميات كبيرة من الغازات غير القابلة للتكثيف، ويخفض ثاني أكسيد الكربون درجة الحرارة في الرنة، ويزيد من تآكلها، كما أن سلفيد الهيدروجين (H2S) متآكل إلى حد كبير بالنسبة لكثير من المعادن، مما يتسبب في تفكك الإجهاد الناجم عن الكبريت في فولاذ الكربون والهجوم على سبائك النحاس، بالإضافة إلى أن الأمونيا والميثان والهيدروجين قد تكون حاضرة

آليات خفض درجة المعدات

وتهيمن ثلاث آليات رئيسية للتدهور على معدات محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية: التآكل والتوسع والتحات، وكثيرا ما تعمل هذه الآليات بشكل تآزري، مما يعجل بإحداث أضرار تتجاوز بكثير ما يمكن أن تسببه أي عملية بمفردها.

أنواع وآليات التصويب

ويشن التآكل العام هجمات على مساحات سطحية كبيرة بشكل موحد، بينما يؤدي التكتل المحلي، والتآكل الحرقي، وكسر الإجهاد إلى مخاطر أكبر لأنه يمكن أن يؤدي إلى الفشل المفاجئ، وكثيرا ما يكون التآكل الهضمي من قبل كلوريد في وجود أو أكسيدات أو أكسيد أخرى.

الصمود والزخم

ويقلل التحلل من الحرارة من كفاءة النقل الحراري، ويزيد من انخفاض الضغط، ويمكن أن يعرقل مسارات التدفق تماما، وأكثر المستويات شيوعا في النظم الحرارية الأرضية هي الحريرية والسيليكات والكربونات (الكالسيت) والكبريتات (الهيدرات والباريت) ويصعب التحكم في الارتفاع الحرفي لأنه يشكل سلاسل متجانسة تتمسك بقوة بالأسطحهاليونات، ولا سيما في أشكال الضغط التي تدار فيها الأمطار الغزيرة)

Erosion-Corrosion Synergy

إن التآكل من الجسيمات المعل َّقة - مثل الرمل أو شظايا الصخور أو الجسيمات المفكة - يمكن أن يقطع طبقات أكسيد الغاز الواقي من سطح المعادن، مما يكشف عن المعادن الطازجة للهجوم التآكلي، وهذه الآلية المشتركة، المعروفة باسم التحات - التآكل، شديدة بوجه خاص في مناطق التدفق العالية السرعة مثل نولزات التربينية، ومقاعد الصمامات، وتؤثرات الأنابيبية على

آثار على عناصر محددة من محطات توليد الطاقة

وتواجه مختلف المعدات تحديات فريدة قائمة على أساس ظروف عملها - درجة الحرارة، والضغط، وسرعة التدفق، والمرحلة (السائلة، والبخار، أو المرحلتين) ويعتبر فهم أوجه الضعف هذه الخاصة بكل عنصر من العناصر عنصراً أساسياً في تحديد أولويات جهود التخفيف.

توربينات وبلايدز

كما أن التربينات الحرارية الأرضية معرضة للبخار الذي قد يحمل قطرات من الغازات الرخامية وغير القابلة للتكثيف، كما أن كلوريد وه2 إس في البخار يمكن أن يسبب تداعراً في المواد المسيلة ويزيد من حرارة السائل، ولا سيما قرب المراحل الأخيرة التي يكون فيها محتوى الرطوبة أعلى.

مبادلات حرارة ومكثفات

أما مبادلات الحرارة - الخردة والطن، واللوحات، أو أنواع القطع المباشر - فهي مواقع رئيسية للتصعيد والتآكل، وفي محطات الدورة الثنائية التي تستخدم سوائل عمل ثانوية، فإن الرشاوى الحرارية الأساسية تجتاز من خلال مبادلات الحرارة، وأي ارتفاع في سطح النقل الحراري، كثيرا ما يقلل من الكفاءة.

Piping and Valves

وتنتقل نظم الرماة إلى مناطق ساخنة ومضغطة من الرخام والبخار على مسافات طويلة، إذ إن رزم الفولاذ الكربون شائع ولكنه قابل للتآكل العام في الظروف الحمضية؛ ويمكن أن تتجاوز معدلات التآكل عدة مليمترات في السنة إذا لم يتم تعديل الهيدروجين، وكثيرا ما يستخدم الفولاذ اللاصق أو الرنب في أجزاء حرجة، ولكن يمكن أن تكون المناطق الصاعدة عرضة للهجوم المحلي.

الحقن وبحيرات الإنتاج

وتشغل أجهزة التموين والثقوب في أعلى درجات الحرارة والضغوط، وكثيرا ما تكون على اتصال مباشر بسوائل الخزانات غير المعالجة، ويمكن أن تعاني أغلفة فولاذ الكربون من تآكل ثاني أكسيد الكربون وه2 إس؛ وتعتمد خطوط السكك الحديدية المقاومة للتآكل أو التغليف الكامل للخليج التجاري في ميادين عدوانية، وقد يؤدي الارتفاع في التكوين قرب المعالجة بالرؤوس الأرضية إلى الحد من الإنتاجية أو المعالجة الدورية.

استراتيجيات التخفيف وأفضل الممارسات

وتشمل الإدارة الفعالة لكيمياء السوائل الحرارية الأرضية مزيجا من المعالجة الكيميائية، واختيار المواد، والرقابة التشغيلية، والرصد المتقدم، ولا يكفي نهج واحد؛ بل يلزم وضع استراتيجية شاملة تتناسب مع تركيبة السائل المحدد وتصميم النباتات.

الاختراق الكيميائي ومراقبة الهيدروجين

ويمكن حقن مسببات كربونات الصنادل، مثل الفوسفونات أو البوليكريات، باستمرار لمنع تهيؤ كربونات الكالسيوم والسليليكا، غير أن فعاليتها تتوقف على درجة الحرارة والهرمونات؛ وبعض المثبطات تتحلل عند درجات الحرارة العالية؛ وقد تؤدي معدلات التآكل في التصوير الفلمي في العوارض إلى الحد الأدنى من التحلل أو المركبات العضوية - إلى زيادة في مستويات الحموض على سطح المعادن.

الاختيار المتقدم للمواد

وربما يكون اختيار المواد المناسبة لكل عنصر هو الاستراتيجية الأهم على المدى الطويل، أما بالنسبة للرشيات الحرارية الأرضية ذات التآكل الشديد، فإن السبيكات العالية النيكل مثل ألوي 625 أو C-276 قد توفر مقاومة غير مسددة للحفر والاختزال، غير أن التكلفة كثيرا ما تحد من استخدامها في المكونات الحرجة، كما أن التيتانيوم يوفر مقاومة صدى ممتازة في بيئات الكلوريد ويستخدم عادة في مبادلات حرارة لا تحمل رسوما.

التعديلات التشغيلية

ويمكن تعديل معايير التشغيل لتقليل حدة الهجوم الكيميائي، فعلى سبيل المثال، يمكن للحفاظ على ضغط أعلى في نظام الإنتاج أن يوقف الوميض، ويخفض بالتالي من سرعة التسارع، ويقلل الحد من مخاطر التدفق في الرمل من التحات إلى أدنى حد، على الرغم من أن ذلك يجب أن يتوازن مع تكاليف رأس المال بالنسبة لأنبوب مقياس أكبر، ويمكن أن تمنع مراقبة الحرارة في مبادلات الحرارة من سرعة حدوث تحلل في التربة بضمان وجود سوائل

الرصد والصيانة الافتراضية

ومن الضروري أن يُدخَل في الوقت المناسب رصد مستمر أو دوري لكيمياء السوائل، وتكوين المقاييس، ومعدلات التآكل، كما أن أجهزة الاستشعار التي تستخدم في استخدام الهيدروجين، والسلوك، والغازات المذوبة، وتركيزات إيونية محددة، توفر بيانات في الوقت الحقيقي، ويمكن أن تقيس الرفوف المزدوجة، ومراقبات المقاومة الكهربائية، معدلات التآكل في مختلف نقاط النظام.

الاعتبارات الاقتصادية والتشغيلية

أما التكاليف المرتبطة بإدارة الكيمياء السائلة - بما في ذلك المواد الكيميائية، والمواد المتخصصة، ومعدات الرصد، ومصانع الصيانة، فتتم مقارنة مع نتائج التآكل والارتفاع غير المقيدين، ويمكن أن يؤدي فشل شفرة توربين واحد إلى فقدان الإنتاج والتصليح بما يتجاوز ملايين الدولارات، وبالمثل، يمكن لمبادلات الحرارة المتطورة أن تقلل من إنتاج النباتات بنسبة تتراوح بين 10 و20 في المائة قبل التنظيف، مع حدوث خسائر في التصميم التناسبي.

الاتجاهات المستقبلية

ومع توسع صناعة الطاقة الحرارية الأرضية إلى مستودعات أكثر عمقاً وأكثر سخونة وعدوادة من الناحية الكيميائية، ستنشأ تحديات جديدة، حيث أن أجهزة القياس ذات الحرارة العالية، وأجهزة الاستخلاص العالية الجودة التي توجد في نظم حرارية معززة، والموارد الحرارية الأرضية الخارقة، تُدفع بالحدود المفروضة على المواد الموجودة، وقد توفر البحوث في جميع المحاور المتقدمة، مثل المعادن الخردة ومركبات الكيمياء الجديدة، حلولاً.

خاتمة

إن كيميائي السوائل الحرارية الأرضية هو عامل حاسم في طول معدات محطات توليد الطاقة، ومن المعادن والغازات المذوبة التي تسبب التآكل والارتقاء بالآليات المحددة التي تحط من التربينات، ومبادلات الحرارة، والرق، والآبار، يجب أن تدار بعناية كل جانب من جوانب تركيب السوائل، ومن خلال مزيج من المعالجة الكيميائية، واختيار المواد الاستراتيجية، والمراقبة التشغيلية، والارتقاء بمستوى عال من الكفاءة، يمكن أن يمتد إلى حد كبير من الأصول.

[FLT:]External Resources:
- - [FLT:] - معلومات شاملة عن الصناعة بشأن التوسع والترابط
-