Ar sulfidams atsparus dengtas aliuminis yra geriausia apsauga nuo hidroterminių vulkaninių dujų?

Diegiant telemetrinius prietaisus, dujų uostiklius ir akustinius monitorius šalia giliavandenių hidroterminių angų konstrukcinės medžiagos patenka į agresyvią cheminę ir šiluminę aplinką. Aktyvūs hidroterminiai vėdinimo laukai ('juodieji rūkaliai') išleidžia rūgštus, daug mineralinių medžiagų (250°C – 400°C), pripildytus ištirpusio vandenilio sulfido (H₂S), sieros dioksido (SO₂), druskos rūgšties (HCl) ir metano, todėl vietinio aplinkos skysčio pH sumažėja iki 0 -42.

Dešimtmečius okeanografiniai konsorciumai bentoso jutiklių korpusuose naudojo kieto nikelio superlydinius (pvz., Hastelloy C-276 arba Inconel 625) arba 5 klasės titaną. Tačiau atliekant ilgalaikį vandens srauto stebėjimą, kai sieros mineralizacija cementuoja siūlių siūlus, o rūgštūs skysčiai galiausiai pažeidžia sandariklius, labai aprūdijusių 30 000 USD vertės lydinio korpusų atkūrimas yra didelis finansinis įsipareigojimas. Sulfidui atsparus dengtas aliuminis – didelio stiprumo, mažai įtempių konstrukcinių aliuminio lydinių (5000 / 6000 serijų) derinys su tankintos keramikos-fluorpolimero hibridinėmis dangomis arba skysto stiklo neorganinėmis polisilazano barjerinėmis matricomis – yra optimalus inžinerinis sprendimas. Jis užtikrina tankų cheminį barjerą nuo rūgščių dujų atakos, atsparus kietam metalo sulfido nuosėdoms ir sumažina pirkimo bei gamybos išlaidas daugiau nei 65 % , todėl galima ekonomiškai efektyviai naudoti kelių taškų jutiklių tinklelius.

Cheminė ataka ir sulfidinis įtrūkimas (SSC) plunksnų mikroklimatuose

Hidroterminės ventiliacijos aplinka nėra tik 'gilus vanduo' – tai povandeniniai cheminiai reaktoriai. Kai plikieji metalai sąveikauja su rūgštiniais vulkaninių srovių vandenimis, atsiranda du pagrindiniai gedimo mechanizmai:

Sulfido ataka ir greitas metalo tirpimas: Įprasti vario lydiniai, bronza ir anglinis plienas sudaro birius, neapsauginius geležies / vario sulfido apnašas (FeS, CuS), kurios greitai nusilupa, todėl medžiagos plonėjimo greitis plunksnų zonose viršija kelis milimetrus per mėnesį.

Vandenilio sulfido sukeltas trapumas: Pliene ir žemesnės kokybės lydiniuose H₂S veikia kaip vandenilio rekombinacijos nuodas. Katodiniu būdu sukurtas atominis vandenilis difunduoja tiesiai į metalinę gardelę, sukeldamas staigius struktūrinius įtrūkimus išilgai tvirtinimo elementų flanšų esant nedidelėms tempimo apkrovoms.

Kodėl aliuminiui reikalinga barjerinė apsauga: Nors aliuminis natūraliai atsparus atmosferinei korozijai, jo natūrali oksido plėvelė (Al2O3) greitai suyra rūgštinėje aplinkoje, kurios pH yra žemiau 4,0. Todėl struktūrinis lydinys negali būti tiesiogiai veikiamas; jo išlikimas visiškai priklauso nuo taikomos barjerinės sistemos cheminio inertiškumo.

Specializuota neorganinių-keraminių hibridinių dangų architektūra

Standartiniai jūriniai poliuretano dažai, esant rūgštinėms sieros dujoms, per kelias dienas suminkštėja, išsipučia ir susidaro pūslės. Tikra sulfidams atspari sistema reikalauja susietos neorganinės chemijos:

Polizilazano / keramikos-polimero matrica: sudaryta iš silicio-azoto-deguonies molekulinių stuburų, užpildytų submikroninėmis keramikos oksido dalelėmis, sukuriant stiklinį barjerą, kuris atsparus cheminiam skilimui nuo pH 1,5 iki 12,0.

Didelė tolerancija šiluminiam smūgiui: vandens srovių ribinėse zonose besisukančios srovės sukelia temperatūros svyravimus tarp 2°C vandenyno vandens ir 80°C+ hidroterminių skysčių. Dangos šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE) sureguliuotas taip, kad atitiktų aliuminio pagrindą, neleidžiant susidaryti mikroįtrūkimams greito terminio ciklo metu.

Techninis patvirtinimas ir praktinis atlikimas

Toliau pateiktame našumo palyginime pabrėžiami eksploataciniai kompromisai tarp sulfidams atsparaus padengto aliuminio ir tradicinių ventiliacijos medžiagų:

Komercinis pelnas ir inžinerinė investicijų grąža B2B vandenyno komandoms

DUK

1 klausimas: ar aliuminis gali atlaikyti ekstremalią 350 °C temperatūrą, kurią sukelia hidroterminė juoda rūkykla?

A: Jokia medžiaga, įskaitant padengtą aliuminį, neatlaiko tiesioginio nenutrūkstamo įkišimo į 350°C  oro išleidimo kaminą be specialaus aušinimo. Sulfidui atsparus dengtas aliuminis sukurtas instrumentams, naudojamiems supančioje plunksnų maišymo zonoje ( 2°C – 80°C ), kur vulkaninės dujos išsisklaido į jūros vandenį.

2 klausimas: kodėl dengtam aliuminiui teikiama pirmenybė, o ne Hastelloy C-276 hidroterminių stulpelių matricoms?

A: Nors Hastelloy atsparus vulkaninėms dujoms, jis yra labai brangus, sunkus ir labai lėtas. Padengtas aliuminis sumažina techninės įrangos sąnaudas daugiau nei 65 % , todėl tyrėjų grupės gali sukurti ir įdiegti 5–10 stebėjimo prietaisų už vieno nikelio lydinio indą.

3 klausimas: kas neleidžia vulkaninėms mineralinėms plutoms susicementuoti ant korpuso?

A: Hidroterminiai skysčiai aušdami nusėda sunkiųjų geležies ir vario sulfidų. Specializuotas viršutinis sluoksnis pasižymi maža paviršiaus energija ir dideliu hidrofobiškumu, neleidžia šiems mineraliniams kristalams prisijungti prie paviršiaus. Dauguma nuosėdų pašalinamos gėlo vandens denio žarna.

4 klausimas: kas atsitiks, jei ROV manipuliatoriaus svirtis subraižys dangą dedant?

A: Aliuminis iš anksto apdorotas organiniu silaniniu konversijos sluoksniu, kuris chemiškai suriša dangą su metalu. Jei mechaninis įbrėžimas prasiskverbia pro viršutinį sluoksnį, korozija lieka lokalizuota įbrėžimo vietoje ir nesukels antrinės plėvelės dažų nulupimo likusioje korpuso dalyje.

5 klausimas: kaip srieginių varžtų skylės yra apsaugotos nuo užsikimšimo tokioje sieros aplinkoje?

A: Vidiniai sriegiai apdorojami plonasluoksnėmis keraminėmis dangomis arba užmaskuojami ir apdorojami aviacijos ir kosmoso konvertavimo sluoksniais, kartu su aukštos temperatūros nemetaline fluoropolimero pasta nuo užstrigimo. Tai išlaiko sriegius nepažeistus ir neleidžia ugnikalnio nuosėdoms užblokuoti tvirtinimo detalių denio priežiūros metu.

Išvada

Sulfidui atsparus dengtas aliuminis yra praktiška, naši ir ekonomiška alternatyva nikelio superlydiniams, skirta giliavandenių hidroterminių srovių stebėjimo prietaisams.

Norėdami optimizuoti vulkaninių angų projektų pirkimą:

Nukreipkite į plunksnų dispersijos zoną, o ne į ventiliacijos angą: naudokite padengtą aliuminį srovei sekti, ribas stebėti ir vandens kolonėlės uostymo prietaisus (2°C – 80°C); rezervinis titanas arba superlydiniai zondams, įkišamiems tiesiai į 350°C hidroterminę angą.

Neorganinės / keraminės-hibridinės dangos formulės: pašalinkite standartinius jūrinius poliuretanus; nurodykite skersiniu ryšiu susietas polisilazano arba keraminių fluorpolimerų matricas, skirtas nuolatiniam pH 2,0–4,0 skysčių poveikiui.

Reikalingas 100 % kibirkšties patikrintas nulinės skylės sertifikatas: įsitikinkite, kad dangos gamintojas atlieka elektrinio kibirkštinio poringumo bandymą, kad būtų užtikrintas nulis mikro tuštumų, kuriose rūgštinės dujos galėtų liestis su aliuminio pagrindu.