ہائی سلفیٹ مواد کے ساتھ سخت پانی میں چلنے والی الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبیں - جیوتھرمل واٹر ہیٹر، ہیٹ ریکوری بوائلرز، اور کچھ صنعتی عمل کے پانیوں میں عام - کیلشیم سلفیٹ (CaSO₄·2H₂O، جپسم، اور اس کی اینہائیڈرس شکل CaSO₄) کے مضبوط پیمانے پر ذخائر تیار کرتی ہیں۔ کیلشیم کاربونیٹ پیمانہ کے برعکس، جو غیر محفوظ اور پانی اور آکسیجن کے لیے قابل رسائی ہے، کیلشیم سلفیٹ پیمانہ جو 100 ڈگری سے اوپر بنتا ہے (جہاں جپسم ڈی ہائیڈریٹ سے اینہائیڈریٹ ہوتا ہے) گھنے، غیر-غیرمحفوظ، اور مضبوطی سے منسلک ہوتا ہے۔ اس پیمانے کی قسم 316 سٹینلیس سٹیل شیتھوں پر ایک منفرد کریوس سنکنرن میکانزم بناتی ہے۔ پیمانہ خود سنکنرن نہیں ہے، لیکن یہ بلک پانی کو دھات کی بنیادی سطح تک پہنچنے سے روکتا ہے جبکہ پانی کی پتلی فلموں کو خوردبینی نقائص کے ذریعے گھسنے دیتا ہے۔ پھنسے ہوئے پانی کی تہہ کیمیائی طور پر بلک سے الگ ہو جاتی ہے: سلفیٹ آئنز 10-100 کے عوامل سے مرتکز ہوتے ہیں، دھاتی آئن ہائیڈولائسز کی وجہ سے پی ایچ گر جاتے ہیں، اور کلورائیڈ آئنز - بلک میں ٹریس لیول پر بھی - شگاف میں منتقل ہوتے ہیں۔ 100-140 ڈگری کے آپریٹنگ درجہ حرارت پر، یہ ماحول جارحانہ طور پر 316 سٹینلیس سٹیل پر حملہ کرتا ہے، جس سے گہرے، تنگ دراڑوں کے گڑھے پیدا ہوتے ہیں جو عام طور پر 6-18 مہینوں میں میان کو سوراخ کر دیتے ہیں۔ یہ مضمون کیلشیم سلفیٹ اسکیل کی موٹائی، کریوس کیمسٹری کے ارتقاء، اور پٹنگ کی شرح کے درمیان تعلق کا اندازہ لگاتا ہے، جو کہ ہائی-سلفیٹ ہارڈ واٹر ایپلی کیشنز کے لیے پیمانے کے انتظام کی حکمت عملی فراہم کرتا ہے۔
سلفیٹ کی کیمسٹری
کیلشیم سلفیٹ اسکیل پرت اور 316 سٹین لیس سٹیل شیتھ کے درمیان بننے والی شگاف بنیادی طور پر پولیمر سپورٹ یا گسکیٹ کے ذریعے پیدا ہونے والی دراڑوں سے مختلف ہے۔ پیمانہ دھات کی سطح پر سیمنٹ کیا جاتا ہے، جس سے زیادہ تر انٹرفیس پر 1–10 µm کا سخت فرق پیدا ہوتا ہے۔ پانی دھاتی تک پہنچتا ہے نمک کے انٹرفیس میں صرف کیپلیری ایکشن کے ذریعے اسکیل میں مائکرو کریکس کے ذریعے یا اسکیل کی اندرونی پارگمیتا کے ذریعے (این ہائیڈرائٹ میں 0.5–2% کی سوراخ ہوتی ہے)۔ ایک بار موجود ہونے کے بعد، پانی کی یہ پتلی تہہ پیمانہ کی کم پارگمیتا کی وجہ سے بڑی تعداد میں پرجاتیوں کا تیزی سے تبادلہ نہیں کر سکتی، جو کہ اینہائیڈرائٹ کے لیے تقریباً 10⁻⁶ سے 10⁻⁸ cm²/s ہے جبکہ غیر محفوظ کیلسائٹ پیمانے کے لیے 10⁻³ cm²/s ہے۔
چونکہ ہیٹر 100-140 ڈگری پر کام کرتا ہے، پیمانے پر مائیکرو کریکس پر بخارات پھنسے ہوئے پانی کو مرتکز کر دیتے ہیں۔ مائیکرو-پیمانے کے نمونے-میٹل انٹرفیس سے ماپا جانے والے سلفیٹ کے ارتکاز کے عوامل دکھاتے ہیں:
بلک واٹر: 300 ppm SO₄²⁻، 50 ppm Cl⁻، pH 7.2
500 گھنٹے کے بعد: انٹرفیس پانی 1800 ppm SO₄²⁻، 210 ppm Cl⁻، pH 6.5
1500 گھنٹے کے بعد: انٹرفیس پانی 4200 ppm SO₄²⁻، 480 ppm Cl⁻، pH 5.1
After 3000 hours: Interface water >8000 ppm SO₄²⁻, >900 ppm Cl⁻، pH 4.2
ہائی کلورائیڈ کی موجودگی میں 5.0 سے کم پی ایچ پر، 316 سٹینلیس سٹیل پر غیر فعال فلم غیر مستحکم ہو جاتی ہے۔ سلفیٹ کا زیادہ ارتکاز سنکنرن کو مزید تیز کرتا ہے کیونکہ سلفیٹ آئنز دھات کی سطح پر جذب کرنے والی جگہوں کے لیے کلورائد کے ساتھ مقابلہ کرتے ہیں، درحقیقت ہم آہنگی کے طریقہ کار کے ذریعے خارج ہونے کے لیے درکار کلورائد کے ارتکاز کو بڑھاتے ہیں۔ الیکٹرو کیمیکل امپیڈینس سپیکٹروسکوپی سے پتہ چلتا ہے کہ pH 4.5 پر 5000 ppm SO₄²⁻ اور 500 ppm Cl⁻ کا امتزاج صرف 500 ppm Cl⁻ کے مقابلے میں 150 mV کم پٹنگ ممکنہ پیدا کرتا ہے۔
بلند درجہ حرارت پر کیلشیم سلفیٹ پیمانے کے نیچے سنکنرن کی مقدار
کیلشیم سلفیٹ کے ساتھ 0.2–1.0 ملی میٹر کی موٹائی سے پہلے 316 سٹینلیس سٹیل شیتھ کے نمونوں (1.5 ملی میٹر دیوار) پر تیز رفتار جانچ کی گئی۔ نمونے مصنوعی جیوتھرمل پانی (200 ppm SO₄²⁻، 80 ppm Cl⁻، 150 ppm Ca²⁺، pH 7.0) میں خود کار دباؤ کے تحت 120 ڈگری پر ڈبوئے گئے، جس میں بلک واٹر ہفتہ وار تازہ کیا جاتا ہے۔ وقفوں سے وزن میں کمی اور زیادہ سے زیادہ گڑھے کی گہرائی کی پیمائش کی گئی۔
| کیلشیم سلفیٹ پیمانے کی موٹائی (ملی میٹر) | بلک پانی کا درجہ حرارت (ڈگری) | مقامی پی ایچ کا وقت<5.0 at Interface (hours) | 2000 گھنٹے کے بعد زیادہ سے زیادہ گڑھے کی گہرائی (µm) | پٹ مورفولوجی | 1.5 ملی میٹر دیوار کے لیے سوراخ کرنے کا وقت (گھنٹے) |
|---|---|---|---|---|---|
| کوئی پیمانہ نہیں (صاف میان) | 120 | قابل اطلاق نہیں۔ | 8 | کوئی نہیں (عام ہلکی اینچنگ) | >10,000 |
| 0.1 - 0.3 (پتلا پیچ دار پیمانہ) | 120 | 1800 | 35 | اتھلے، چوڑے گڑھے۔ | >5000 |
| 0.3 - 0.6 (اعتدال پسند مسلسل پیمانہ) | 120 | 800 | 120 | گہرے، انڈر کٹ کریوس گڑھے۔ | 2800 |
| 0.6 - 1.0 (بھاری پیمانہ) | 120 | 400 | 220 | تنگ، گہرے سوراخ کرنے والے گڑھے۔ | 1500 |
| 0.3 - 0.6، لیکن تھرمل سائیکلنگ کے ساتھ (5 سائیکل فی دن، 120 ڈگری → 25 ڈگری) | 120 | 300 | 310 | ایک سے زیادہ فعال گڑھے | 1100 |
تھرمل سائیکلنگ ڈرامائی طور پر اس عمل کو تیز کرتی ہے۔ ہر کولنگ سائیکل دھات کی نسبت پیمانے کے فرق کے سنکچن کا سبب بنتا ہے، مائیکرو کریکس کو تخلیق یا چوڑا کرتا ہے۔ دوبارہ گرم کرنے پر، تازہ پانی ان شگافوں میں گھس جاتا ہے، جس سے انٹرفیس میں نیا سلفیٹ اور کلورائیڈ آتا ہے جبکہ پچھلا پھنسا ہوا پانی اور بھی زیادہ مرتکز ہو جاتا ہے۔ چکراتی عمل ایک پمپنگ ایکشن پیدا کرتا ہے جو جارحانہ انواع کو مسلسل بھرتا ہے۔
کیلشیم سلفیٹ اسکیل corrosivity کا درجہ حرارت کا انحصار
100 ڈگری سے نیچے، کیلشیم سلفیٹ بنیادی طور پر جپسم (CaSO₄·2H₂O) کے طور پر موجود ہوتا ہے، جس میں حل پذیری زیادہ ہوتی ہے (50 ڈگری پر تقریباً 2400 پی پی ایم) اور زیادہ غیر محفوظ، کم پیمانہ بناتا ہے۔ جپسم پیمانے کے نیچے سنکنرن کا خطرہ نمایاں طور پر کم ہے کیونکہ غیر محفوظ ڈھانچے کے ذریعے پانی کی گردش انتہائی ارتکاز کی تعمیر کو روکتی ہے۔ 100 ڈگری سے اوپر، جپسم اینہائیڈرائٹ (CaSO₄) کو ڈی ہائیڈریٹ کرتا ہے، جس میں ریٹروگریڈ حل پذیری ہوتی ہے - درجہ حرارت بڑھنے پر یہ کم گھلنشیل ہوجاتا ہے (تقریباً 1500 پی پی ایم 100 ڈگری پر، 1000 پی پی ایم 150 ڈگری پر، اور 600 ڈگری پر 600 پی پی ایم)۔ اینہائیڈرائٹ گھنے، سخت کرسٹل کے طور پر تیز ہوتی ہے جو ایک دوسرے کے ساتھ سنٹر جاتی ہے، ایک مؤثر بازی کی رکاوٹ بناتی ہے۔
تیز رفتار سلفیٹ کے لیے اہم درجہ حرارت کی حد-تقریباً 95–105 ڈگری ہے۔ اس حد کے نیچے، پیمانہ اس لحاظ سے حفاظتی رہتا ہے کہ یہ corrodents کو شدید طور پر مرکوز نہیں کرتا ہے۔ اس حد سے اوپر، گھنے پیمانے اور اعلی درجہ حرارت کا امتزاج تیزی سے جارحانہ حالات پیدا کرتا ہے:
90 ڈگری (جپسم پیمانہ): 3000 گھنٹے کے بعد گڑھے کی گہرائی 15 µm
110 ڈگری (مخلوط جپسم / اینہائیڈرائٹ): 3000 گھنٹے کے بعد گڑھے کی گہرائی 80 µm
130 ڈگری (این ہائیڈرائٹ پیمانہ): 3000 گھنٹے کے بعد گڑھے کی گہرائی 190 µm
150°C (anhydrite scale): Pit depth >3000 گھنٹے کے بعد 400 µm (2500–3000 گھنٹے پر 1.5 ملی میٹر دیوار کا سوراخ)
سلفیٹ والے پانیوں میں 120 ڈگری سے زیادہ ایپلی کیشنز کے لیے، کیلشیم سلفیٹ پیمانے کے ساتھ 316 سٹینلیس سٹیل شیتھوں میں بلک کلورائد کے ارتکاز سے قطع نظر، مختصر سروس کی زندگی ہوتی ہے۔
سلفیٹ کے لیے پیمانے پر روک تھام اور تخفیف کی حکمت عملی-امیر پانی
انجینئرنگ کے تین طریقے اعلی-سلفیٹ، بلند-درجہ حرارت والے پانی میں 316 سٹینلیس سٹیل شیتھوں پر سلفیٹ-کریوس سنکنرن کو روک یا کم کر سکتے ہیں۔ سب سے پہلے، سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ یا سوڈیم کاربونیٹ کے اضافے کا استعمال کرتے ہوئے بلک واٹر پی ایچ کو 8.0 سے اوپر رکھیں۔ پی ایچ 8.5 پر، کیلشیم سلفیٹ اسکیلنگ کی شرح تقریباً 60% تک کم ہو جاتی ہے، اور جو پیمانہ بنتا ہے وہ کیلشیم کاربونیٹ کی کو-برفانی کی وجہ سے کم ہوتا ہے، جس سے پوروسیٹی بڑھ جاتی ہے۔ دوسرا، اہم تعمیر ہونے سے پہلے مکینیکل پیمانے پر ہٹانے کا شیڈول نافذ کریں۔ اسکیل کی الٹراسونک موٹائی کی پیمائش ہر 500 گھنٹے میں مکینیکل برش یا ہائی پریشر واٹر جیٹنگ کے ذریعے ہٹانے کی اجازت دیتی ہے جب اسکیل موٹائی 0.3 ملی میٹر تک پہنچ جائے۔ تیسرا، 105 ڈگری سے اوپر کی مسلسل سروس کے لیے جہاں اسکیل کو روکا نہیں جا سکتا، میان کے مواد کو ٹائٹینیم گریڈ 7 میں اپ گریڈ کریں (جو سلفیٹ کے ترازو کے نیچے بھی دراڑوں کے سنکنرن کے خلاف مزاحمت کرتا ہے) یا ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل 2205 (جس میں زیادہ پٹنگ مزاحمت کے مساوی نمبر اور بہتر کارکردگی ہے{1}}۔ جیوتھرمل واٹر ہیٹر (120 ڈگری، 500 پی پی ایم SO₄²⁻، 150 پی پی ایم Cl⁻) کے فیلڈ ڈیٹا سے پتہ چلتا ہے کہ 316 سٹینلیس سٹیل شیتھز 8–14 ماہ میں ناکام رہیں، ڈوپلیکس 2205 میانیں 24–36 ماہ تک چلیں، اور ٹائٹینیئم{71} سے پاک 48 ماہ کے بعد. ایسی ایپلی کیشنز کے لیے جہاں الائے اپ گریڈ ممکن نہیں ہے اور پیمانے کو ہٹانا ممکن نہیں ہے، 2.5–3.0 ملی میٹر کی دیوار کی موٹائی کے ساتھ 316 میانوں کی وضاحت کرنا ایک سنکنرن الاؤنس فراہم کرتا ہے جو سوراخ کرنے کے وقت کو 24-36 ماہ تک بڑھاتا ہے، حالانکہ یہ نقطہ نظر صرف تاخیر کرتا ہے، روکتا نہیں، حتمی ناکامی کا سبب بنتا ہے۔
