Магчыма, вы бачылі яго ў кухонным посудзе або старых вадаправодных трубах: цвёрдая, багатая мінераламі вада з часам пакідае лускаватыя адклады. Гэта адбываецца не толькі ў трубах і кухонным посудзе дома, але таксама ў трубах і клапанах, якія транспартуюць нафту і прыродны газ, і трубах, якія транспартуюць астуджальную ваду на электрастанцыях. Добра вядома, што маштаб можа выклікаць неэфектыўнасць, прастоі і праблемы з абслугоўваннем. У нафтагазавай прамысловасці маштаб часам прыводзіць да поўнага закрыцця дзеючых свідравін, па меншай меры, на час. Такім чынам, рашэнне гэтай праблемы можа прынесці велізарныя выгады. Зараз каманда даследчыкаў Масачусецкага тэхналагічнага інстытута прыдумала патэнцыйнае рашэнне гэтай велізарнай, але малавядомай праблемы. Яны выявілі, што новая апрацоўка паверхні — у тым ліку нанатэкстураванне паверхні і затым нанясенне змазачнай вадкасці — можа паменшыць хуткасць адукацыі накіпу як мінімум у дзесяць разоў. На гэтым тыдні вынікі даследавання былі апублікаваныя ў Journal of Advanced Materials Interface. Дакумент быў напісаны аспірантам Шрынівасам Субраманьямам, дактарантам Жызэль Азімі і Крыпай Варанасі, дацэнтам кафедры марскога выкарыстання на кафедры машынабудавання Масачусецкага тэхналагічнага інстытута. "Вы можаце ўбачыць [маштаб] практычна ўсюды", - сказаў Варанасі. У побыце гэтыя адклады ў асноўным раздражняюць, але ў прамысловасці яны могуць прывесці да «зніжэння прадукцыйнасці, а метад [іх] выдалення можа нанесці шкоду навакольнаму асяроддзю», звычайна з выкарыстаннем рэзкіх хімікатаў. На электрастанцыях і апрасняльных заводах накіп можа выклікаць значныя страты эфектыўнасці, паколькі ён дзейнічае як цеплавы бар'ер і ўплывае на астуджэнне або кандэнсацыю ў цеплаабменніку. Праблема ўзнікае таму, што вада звычайна змяшчае шмат раствораных соляў і мінералаў. Здольнасць вады раствараць гэтыя рэчывы залежыць ад растваральнасці, таму, калі вада астывае або выпараецца, раствор можа стаць перанасычаным: ён утрымлівае больш раствораных рэчываў, чым можа ўтрымліваць, таму некаторыя рэчывы пачынаюць выпадаць у асадак. Калі цёплае і вільготнае паветра раптоўна астывае пры сутыкненні з больш халоднай паверхняй, гэта прывядзе да запацявання халоднага шкла, што па той жа прынцыпе. У большасці выпадкаў інжынеры вырашаюць гэтую праблему шляхам празмернага праектавання сістэмы, сказаў Варанасі: выкарыстоўвайце трубу значна большага памеру, чым трэба, напрыклад, чакаецца, што забруджванне прывядзе да частковага закаркавання або павелічэння плошчы паверхні, у дадзеным выпадку цеплаабменніка пад. Субраманьям адзначае, што гэтая праблема не новая: «Старажытны кухонны посуд мае такі выгляд назапашвання», - сказаў ён. «У нас пакуль няма добрага рашэння». Нягледзячы на тое, што гэта яшчэ не было даказана ў прамысловых маштабах, новы метад, распрацаваны камандай Масачусецкага тэхналагічнага інстытута, можа аказаць істотны ўплыў на хуткасць адукацыі накіпу, а ў многіх выпадках можа цалкам прадухіліць яго. Іх метад гучыць проста: эфектыўнае нанотекстурирование паверхні і запаўненне атрыманай тэкстуры змазкай. Тэкстура ў асноўным залежыць ад памеру атрыманых няроўнасцяў і баразёнак; дакладная форма, здаецца, не мае значэння. Такім чынам, розныя метады могуць быць выкарыстаны для стварэння гэтай тэкстуры, у тым ліку нанясенне фактурнага пакрыцця на паверхню або хімічнае тручэнне на месцы. Даследчыкі таксама апісалі працэс выбару падыходнай змазкі, якая не толькі павялічвае энергетычны бар'ер, утвораны накіпам, але і распаўсюджваецца на тэкстураваныя цвёрдыя рэчывы, робячы паверхню «гладкай» і памяншаючы зараджэнне, якое можа быць выкарыстана для адукацыі накіпу. Сайт. Папярэднія спробы прадухіліць або паменшыць адукацыю накіпу звычайна ўключаюць даданне пакрыцця (напрыклад, тэфлону) на паверхню, каб прадухіліць звязванне мінералаў з ёй. Варанасі растлумачыў, што праблема гэтага метаду заключаецца ў тым, што гэтыя пакрыцці зношваюцца, гэтак жа як пакрыцця на патэльнях з антіпрігарная пакрыццём часта дэградуюць падчас выкарыстання. Ён сказаў, што нават калі ў пакрыцці ёсць невялікая дзірка, гэта дае месца для пачатку адукацыі накіпу. З дапамогай новага метаду, як толькі нанатэкстура сфарміравана на паверхні, алей або іншая змазачная вадкасць наносіцца на паверхню. Варанасі сказаў, што малюсенькія нанапамерныя баразёнкі захопліваюць гэтую вадкасць і трывала ўтрымліваюць яе на месцы з дапамогай капілярнага дзеяння. У адрозненне ад цвёрдых антіпрігарная пакрыццяў, вадкасць можа сцякаць, запаўняючы любыя шчыліны, расцякацца па тэкстуры паверхні, і калі частка змываецца, яе можна пастаянна папаўняць. "Нават калі ёсць механічныя пашкоджанні, змазка можа вярнуцца на гэтую паверхню", - сказаў Субраманьям. «Ён можа захоўваць сваю гладкасць на працягу доўгага часу.» Паколькі гэты пласт змазкі вельмі тонкі - усяго некалькі сотняў нанаметраў у таўшчыню - для абароны паверхні на працягу дзесяцігоддзяў патрабуецца толькі невялікая колькасць змазкі. Варанасі сказаў, што рэзервуар, пабудаваны на ўчастку трубаправода, можа забяспечваць змазку на працягу ўсяго тэрміну службы абсталявання. У выпадку нафтаправодаў «змазка ўжо існуе», алей, захопленае тэкстурай паверхні, можа абараніць паверхню трубаправода. Юрген Рюэ, кіраўнік лабараторыі хіміі і фізікі інтэрфейсу Фрайбургскага ўніверсітэта, не ўдзельнічаў у даследаванні, заявіўшы, што яно ўяўляе сабой «вельмі важныя адкрыцці і важныя навуковыя дасягненні». Ён назваў метад каманды па зніжэнні адукацыі накіпу «новым і крэатыўным» і сказаў, што «ён можа аказаць патэнцыяльны ўплыў на ўсе вобласці, дзе награваецца вада і выпрацоўваецца пар». Даследчыкі заявілі, што пасля дадатковых лабараторных выпрабаванняў для вызначэння лепшага для канкрэтнага прымянення. Пасля метадаў змазкі і тэкстуравання сістэма можа быць гатовая да камерцыйнага прымянення ўсяго праз тры гады. Гэтая праца была падтрымана MIT Energy Initiative.
Час публікацыі: 8 снежня 2021 г
