За титанов топлинен прът, работещ в 30% саламура с калциев хлорид при 100 градуса с магнезиев примес от 2%, каква е максимално допустимата твърдост на водата (като CaCO₃) за предотвратяване на преференциалното натрупване на магнезиев хидроксид?

При 100 градуса в 30% калциев хлорид (CaCl2) солен разтвор с 2% магнезиев примес (като MgCl2), магнезиевият хидроксид (Mg(OH) 2) се утаява предимно над калциев карбонат или калциев сулфат. Магнезиевият хидроксид е с особено ниска разтворимост при повишени температури и образува твърда, прилепнала нагар върху повърхностите на титаниевия нагревател. Скалата има ниска топлопроводимост (1-2 W/mK), което води до локално прегряване. Общата твърдост (като CaCO3), допустима за предотвратяване на преференциалното образуване на котлен камък на магнезиевия хидроксид, е 200 ppm. При тази настройка дебелината на скалата е 0,2 mm за 500 часа и преносът на топлина се намалява с 30–50 %.

Преференциален механизъм за образуване на котлен камък от магнезиев хидроксид

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Тази реакция е ендотермична и колкото по-висока е температурата, толкова по-бързо протича. Намаляването на водата насърчава локалното рН на нагрятата титаниева повърхност, подпомагайки утаяването на Mg(OH)2. Калциевите йони утаяват калциев карбонат и калциев сулфат, но те са по-слабо залепени и могат да бъдат по-лесно отстранени. Ако твърдостта на водата е повече от 200 ppm, котленият камък се състои основно от Mg(OH)2 дори с 2% магнезиев примес. докато мащабът се разширява, кристали като пластини-се свързват, създавайки здрав слой.

Количествена скала на образуване спрямо твърдостта на водата

Контролирано тестване в синтетичен солен разтвор (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 градуса) в продължение на 500 часа с различна обща твърдост (изразена като ppm CaCO3) установи следното. Дебелина на котлен камък 10-30 µm Калциев карбонат с минимално Mg(OH) 2 Отстраняване, постижимо чрез измиване с киселина Намаляване на топлопреминаването 5-15% Твърдост < 100 ppm При твърдост 100-200 ppm дебелината на отлагания е 30-70 µm, котлен камък е смесен карбонат и Mg(OH)₂, отстраняването е чрез изчеткване плюс киселина, а намаляването на топлопредаването е 15–30%. 200-300 ppm Критичен праг Дебелина на люспите 60-120 µm Тип люспи Доминиращ Mg(OH)2, висока адхезия Отстраняване Механично изстъргване Намаляване на топлопреминаването 25-45% При твърдост 300–500 ppm дебелината на люспите е 100–200 µm, тя е твърда магнезиев хидроксид, той се отстранява много трудно, намаляването на топлопреминаването е 40–60 %. Ако концентрацията е над 500 ppm, дебелината на скалата е повече от 200 μm, възниква силно образуване на котлен камък и намаляването на преноса на топлина е повече от 60%.

Ефект на концентрацията на магнезий и температурата върху поносимостта на твърдостта

Максимално допустимата твърдост на водата намалява с увеличаване на концентрацията на магнезий. За 0,1 mm мащаб и 1% магнезиев примес приемливата твърдост е 300 ppm. Допустимата твърдост пада до 200 ppm при 2% магнезий. При 3% магнезий допустимата твърдост намалява до 150 ppm. При 5% магнезий разрешената твърдост е само 80ppm. Температурата също влияе върху прага с допустима твърдост при 2% магнезий, който е 350 ppm при 80 градуса. Позволената твърдост при 100 градуса C е 200 ppm. 120 ppm е ОК твърдост при 120 градуса C под налягане. Допустимата твърдост при 140 градуса е 80 ppm.

Контрол на твърдостта на водата в саламура, замърсена с магнезий-калциев хлорид: Ръководство

Следващата таблица показва препоръчителната максимална приемлива твърдост на водата за 30% CaCl2 саламура с 2% магнезиев примес при 100 градуса. Препоръките се основават на желаната дебелина на котлен камък и честота на почистване.

Желана дебелина на котлен камък след 500 часа (µm) Максимално допустима твърдост на водата (ppm CaCO₃) Състав на котлен камък Препоръчителен метод за почистване<30 (low scaling) <100 Calcium carbonate Acid cleaning (5% HCl) 30–70 (moderate) 100–200 Mixed carbonate/Mg(OH)₂ Acid + brushing 70–120 (high) 200–250 Mg(OH)₂ dominant Mechanical scraping >120 (severe) >250 Hard Mg(OH)₂ Не се препоръчва Инженерство извън контрола на твърдостта на водата

Степента на титан има малко влияние върху развитието на мащаба; въпреки това степен 7 проявява превъзходна устойчивост на корозия под-нагар. Дебелината на стената осигурява възможност за пренос на топлина; 2,0 mm стена с 0,3 mm скала има намалено, но все още използваемо топлопредаване. Електрополирани повърхности (Ra < 0,3 µm) минимизират полепването на котлен камък и улесняват отстраняването. Полиакрилатите и фосфонатите са ефективни инхибитори на котления камък за калциевия карбонат, но не са много ефективни за магнезиевия хидроксид. pH на саламурата трябва да се поддържа под 7,5, тъй като по-високото pH ускорява утаяването на Mg(OH)₂. Периодичното киселинно почистване с 5% солна киселина при 50 градуса за 2 часа може да разтвори калциев карбонат, но Mg(OH) 2 не се разтваря лесно.

Създаване на добре{0}}информирана спецификация

Общата твърдост на водата трябва да бъде по-малка от 100 ppm в 30% разтвор на калциев хлорид при 100 градуса с 2% магнезиев примес, за да се избегне преференциално натрупване на магнезиев хидроксид за титаниев топлинен прът. Използвайте омекотена вода за приготвяне-на саламура. Проверявайте твърдостта всяка седмица чрез титруване. Ако твърдостта е над 200 ppm, утаете магнезия, като повишите pH до 9,5 с вар и филтрирайте, преди да се върнете в експлоатация. За съществуващи нагреватели с Mg(OH)2 скала, използвайте 10% лимонена киселина при 70 градуса за 4 часа, последвано от механично четкане. Прилепналият нагар от магнезиев хидроксид не се образува, за да намали преноса на топлина и да причини локално прегряване чрез контролиране на твърдостта на водата до по-малко от 200 ppm.