Voks. Hydrater. Asfaltener. Algevekst. Proteinutfelling og kalk: Begroing er et kjempeproblem innen industrien.
For norsk oppdrettsindustri og skipsindustri er alger og rur et problem. Oppdretterne må takle begroing av nøter og annet utstyr i sjø, mens skipsindustri prakkes med belegg på skipsskrog som gir friksjon, økt energiforbruk og redusert fart.
Dyrt
Oljeindustrien strir med hydrater, voks og saltutfellinger i oljerør der varm olje gradvis kjøles ned gjennom flere kilometers ferd på havbunnen.
I prosessindustrien er varmevekslere utsatt, og innenfor industri der avgasser renses, vil sotpartikler kunne tette rør og piper. Til og med i arktiske strøk kan man snakke om begroing: her kan utkrystallisering av is på skips- og offshorekonstruksjoner føre til økt risiko for havari og ulykker.
Enkelte av dagens industrigrener må stenge ned anleggene sine jevnlig – noen etter bare kort tids drift - for å rense og vaske bort avsatt materiale. Det betyr direkte utgifter til rensing og vedlikehold, pluss tapt inntekt på grunn av driftsstans.
Fouling
Eksemplene er mange og varierte, men de har to ting felles:
Fast stoff felles ut av en prosess-strøm, akkumuleres på faste overflater og hindrer strømning og varmeutveksling. Dette medfører enorme kostnader.
Bransjen bruker den engelske benevnelsen ”fouling” for tilsmussing og begroing. Problemene oppstår gjerne i forbindelse med utveksling av varme gjennom en vegg. Problematikken er så kompleks og vidtrekkende at fouling raskt har vokst fram som et eget, tverrfaglig fagfelt, der økonomi, fysikk, kjemi og strømningsmekanikk på alle skalaer inngår.
Modellering
På SINTEF Materialer og kjemi, Avd. for Prosessteknologi, driver forskerne med strømningsmodellering for å studere partikkeltransport inn mot veggen i rør og hvor hardt partikler vil sitte fast på veggen. En doktorgrad på avdelingen startet det hele. Nå samarbeider forskerne med industrien, produsenter av belegg/overflatebehandling og andre forskningsinstitusjoner for å finne løsninger.
– Fouling kan oppstå ved at det vokser krystaller direkte på rørveggen, men også gjennom at krystaller vokser inne i væskestrømningen og danner partikler som søker seg mot rørveggen, forteller Sverre Johnsen. Han forsker på problematikken og er involvert i flere prosjekter.
Prosjekter for oljeindustrien
Innenfor SINTEF/NTNU er oljeindustrien store kunder, og forskerne samarbeider om å finne løsninger som kan gjøre selve transporten av den uprosesserte brønnstrømmen mer effektiv.
En løsning man ser på er å påføre et belegg inne i røret for å begrense utfelling på rørveggen, samtidig som det beskytter mot korrosjon og reduserer friksjonen ved å gjøre rørveggen glattere.
– Eksperimenter har blitt gjort for å sammenligne rene og malte stålflater, forteller Johnsen. - Utfordringen ligger i å isolere de forskjellige bidragene til utfellingsproblematikken; her spiller både veggens overflateegenskaper og varmeledningsevne og oljens egenskaper inn.
Designverktøy på trappene
SINTEF-forskerne jobber også mot finsk kalkindustri. Prosjektet er den del av et større EU-prosjekt med forsknings- og industripartnere fra Irland og Finland og Sverige.
Transport av kalk går som en gjørme gjennom rør som varmebehandles, og utfordringen er at det felles ut mineraler på rørveggene.
Forskerne har utviklet en matematisk modell der de studerer hvordan partiklene beveger seg på tvers av væskestrømmen inn til rørveggen og blir sittende der. Ulike vekselvirkninger mellom væske og partikler er bygd inn i modellen, og målet er å lage et designverktøy for prosessanlegg som kan benyttes i kombinasjon med andre kommersielt tilgjengelige strømningssimulatorer.
– Mye vil være vunnet om vi kan vise industrien når og hvor fouling vil oppstå, sier Sverre Johnsen som understreker at fagfeltet henger nøye sammen med generell energipolitikk: Forbedres varmevekslerne, vil også virkningsgraden forbedres og energiforbruket vil gå ned.
