Genel

  Jeotermal Sularda Kabuklaşma ve Havuzlardaki Yumuşak Yapıda Kolayca Dağılabilen Çökelti Problemi

• 26.10.2017
• Yazar:
• (0) Yorum
• 915

LEVENT KIRMIZITOPRAK

Kimya Mühendisi

Su Politikaları Derneği Proje Danışmanlık Merkezi Başkanı

EKOLAYY Mühendislik Danışmanlık Kimya Ltd. Şti.

info@ekolayy.com

26.10.2017

Giriş Jeotermal ısıtma sistemlerde tortu ve korozyon hem kuyularda hem de dağıtım sistemlerinde ciddi zararlara ve ekonomik problemlere neden olmaktadır. Verilen bir akışkanın korozyon kabuklanma karakteristikleri jeotermal akışkanın bileşimine ve kuyunun operasyon parametrelerine bağlıdır. Korozyon ve kabuklanma prosesleri tamamen birbirinden ayrılamaz. Bir jeotermal akışkanda en az çözünen bileşen (CaCO₃) kabuklaşmanın görünüşü açısından çalışılmalıdır. Kabuklaşma ve korozyon prosesleri incelenirken Sıcaklık, çözünmüş CO₂, pH, çözünmüş tuz içeriği, akış hızının CaCO₃ çözünürlüğüne etkisi gibi çeşitli faktörlerin etkisi göz önüne alınmalıdır. Doygunluk indeksi sadece suyun yürütücü kuvvetini ölçer. Ryznar Kararlılık İndeksi hesaplanan değerler ile alandan elde edilen sonuçlar arasında yakın bir bağlantı sağlar ve sonuç olarak bir çok uygulamalarda Langelier indexleri ile yer değiştirmiştir. Saha Çalışması İnceleme yapılan bir Jeotermal ısıtma sisteminden alınan su örneklerinde pH, çözünmüş katı madde (TDS), toplam sertlik ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümler sonucunda Ryznar ve Langelier indeksleri hesaplanmıştır. İndex değerleri Jeotermal akışkanın korozif ve kabuk yapıcı özellikte olduğunu göstermektedir. Oluşan kabuk CaCO₃ tortusu şeklindedir. Jeotermal akışkanlar, kullanım sırasında termodinamik davranışlarıyla metal yüzeylere etki ederek, kabuklaşma ve korozyon sorunlarına neden olan çözünmüş gaz ve katı maddeler içermektedir. Kabuklaşma, jeotermal kaynaklardan yararlanma sırasında oluşan en önemli sorunlardan biridir. Jeotermal akışkanlar Si, O₂, Ca₂+, SO₄ 2-ve F- iyonları ile doymuş haldedirler. Sıcaklık ve basınç değişiklikleri denge halindeki bu doymuş çözeltinin kabuklaşma eğilimini arttırır. Kalsiyum karbonat çökelmesi, jeotermal sahalarda ve bazı petrol sahalarındaki üretim veya enjeksiyon kuyularında yer altı ve yerüstü donanımlarında daralmalara ve tıkanmalara neden olarak bir takım işletim sorunlarına ve dolayısıyla ekonomik kayıplara neden olur. Gazlaşma, buharlaşma ve soğumaya bağlı olarak ortaya çıkan kabuklaşmanın ana sebebi CaCO₃’ın göreceli çözünmezliğidir. Kalsiyum karbonat çökelmesini açıklamak için sudaki karbonat bileşenlerinin davranışlarının bilinmesi gerekir. Karbonatların çökelmesinde doğal olarak en etkin parametre pH’dır. pH’ın yüksek olması çözeltideki karbonat iyonlarının derişimini arttıracağı için çökelmeyi arttırır. Çözünmüş CO₂ veya karbondioksitin kısmi basıncı çözeltide karbonik asit oluşmasına neden olduğu için pH değerini düşürmekte dolayısıyla CaCO₃’ın çökelmesini önlemektedir . Kalsiyum karbonatın çözünürlüğü,

• Sıcaklık,
• Kalsiyum iyon oranı ve
• Akışkan içinde çözünmüş diğer elementlere bağlıdır.

Karbonat iyon oranı ise karbonat ve bikarbonat iyonlarının dağılımını kontrol eden akışkanın pH’ine bağlıdır. Jeotermal akışkanın pH’ı karbondioksit basıncı ile kontrol edilebilir. Karbondioksit çıkışı akışkanın pH’ının artmasına, dolayısı ile de kalsiyum karbonatın çökelmesine neden olur. Kalsiyum karbonatın akışkan içindeki çözünürlüğü azalan sıcaklık ile artar. Bunun anlamı, akışkanın basıncı, karbondioksit çıkışını önleyecek basınçta tutulursa kalsiyum karbonat çökelmesi önlenebilir. Karbondioksitin kısmi basıncı ile CaCO₃‘ın çözünürlüğü arasındaki ilişki  Şekil 2 ‘de verilmektedir. Bu şekilde de görüldüğü gibi CO₂’in basıncı arttıkça CaCO₃’ın çözünürlüğü de artmaktadır. Kalsiyum karbonat polimorfik bir mineral olup, yaygın bulunan üç polimorfu kalsit,aragonit ve vaterit dir. Sulu bikarbonat-karbonat çözeltilerinde CO2’in hidrasyonu ve dehidrasyonu paralel iki mekanizma ile yürür.

1. reaksiyon mekanizması (asidik mekanizma)

Basamak 1 : CO₂ + H₂O ↔ HCO₃ - + H+ (1) Basamak 2 : HCO₃ - ↔ CO₃ 2- + H+ (2) 2.reaksiyon mekanizması (alkali mekanizma) basamak 1 : CO₂ + OH- ↔ HCO₃ - (3) basamak 2 : HCO₃ - + OH- ↔ CO₃ 2- + H₂O (4) Toplam reaksiyon sulu bikarbonat-karbonat çözeltisinden CO₂ desorbe olduğunda oluşur HCO₃ - ↔ CO₂ + CO₃ 2- + H₂O Kullanılan inhibitör, sudaki sertlik nedeniyle oluşan kalsiyum ve magnezyum karbonat kristallerinin bir kısmını bloke eder ancak suyun karakteristik özelliğine uygun değilse engelleme sınırının üzerinde sertlik bulunduğu durumlarda yumuşak yapıda, kolayca dağılabilen bir çökelti oluşturur. Sonuç ve Öneriler Bu  durum için çözüm  önerileri aşağıda sıralanmıştır.. 1.Doğru inhibitör kullanılması.(Suyun karakteristik özelliğine uygun) 2.CO₂ in azalması ile pH’ın artması sonucu çökelen tortu dinlenme havuzlarında dipten blöf edilerek uzaklaştırılabilir. 3.Pompa istasyonlarındaki depolarda suyu okside ederek çökelmenin hızlanmasını sağlayarak daha sonrasında mekanik tutucu filtrelerden geçirilerek havuzlara tortuların gitmesi engellenebilir. Çözünmüş halde bulunan kalsiyum karbonatı  doğrudan  mekanik filtreler ile tutmak ise olanaksızdır .