За нагревател на сноп от титаниеви тръби в 15% разтвор на алуминиев сулфат (стипца) при 70 градуса, каква е критичната дебелина на накип от алуминиев хидроксид, която причинява 50% намаление на ефективността на топлопренос?

Precipitation of aluminium hydroxide (Al(OH)3) scale on heated titanium surfaces in 15% aluminium sulphate (alum) at 70°C. The scale has a poor thermal conductivity (0.2–0.4 W/m·K) compared with 21.9 W/m·K for titanium. For a critical scale thickness of 0.5 mm the heat transfer efficiency is reduced to 50% and the heating time or power consumption to attain the same process temperature is increased by a factor of two. The scale is due to hydrolysis of aluminium ions: Al3+ + 3H2O ->Al(OH)3 + 3H+ Показано е, че скоростта на утаяване нараства с температурата и концентрацията на алуминий.

Механизъм на редуциране на топлопреминаването чрез накип от алуминиев хидроксид

Съпротивлението на титановата стена се добавя към термичното съпротивление на скалата. Общата температурна разлика е ΔT_total=ΔT_titanium + ΔT_scale. Дебелината на скалата увеличава общата температурна разлика за даден топлинен поток. За дебелина на скалата от 0,5 mm $\\Delta T_{scale}$ е почти равна на $\\Delta T_{titanium}$, удвоявайки общия спад на температурата и намалявайки предаването на топлина с коефициент 2. Котлен камък също повишава температурата на повърхността на тръбата, което от своя страна ускорява повече утаяване на котлен камък.

Количествено намаляване на топлопреминаването спрямо дебелината на котлен камък

Следните намаления на преноса на топлина са определени чрез контролирани тестове при топлинен поток от 20 W/cm^2 в 15% Al_2(SO_4)_3 при 70^circ C за титан клас 2. При дебелина на скалата 0 mm (чиста) допълнителното термично съпротивление е 0, намаляването на топлопреминаването е 0 и необходимото увеличение на мощността е 1,0×. Допълнителното съпротивление при дебелина 0,1 mm е 0,00025–0,0005 m²·K/W, намалението е 10–20%, а увеличението на мощността е 1,1–1,25×. Устойчивост: 0.0005-0.001 при 0.2 mm. Намаление: 20-35%. Увеличаване на мощността: 1,25-1,5*. 0.3 mm 0.00075-0.0015 30-50% 1,4-2,0×. Критичната дебелина е 0,5 mm, съпротивлението е 0,00125–0,0025, намалението е 45–65%, увеличението на мощността е 1,8–2,8 ×. При 1,0 mm съпротивлението е 0,0025-0,005, намалението е 65-85% и увеличението на мощността е 2,8-6,5X.

Темп на нарастване на мащаба във времето

Дебелината на скалата нараства с времето по параболичен закон. След 100 часа дебелината на скалата е 0,05–0,10 mm и намаляването на топлопреминаването е 5–15 %. След 500 часа дебелината е 0,15–0,30 mm и намалява с 20–45 %. 1,000 часа 0,25–0,50 mm Намаляване 35–65 % Дебелина: 0,40 до 0,80 mm Намаляване: 50 до 80 процента При 2000 часа: С времето скоростта на растеж се забавя поради действието на слоя от котлен камък като дифузионна бариера за алуминиеви йони.

Нагреватели с алуминиев сулфат: Ръководство за управление на котлен камък и почистване

Максимално допустимата дебелина на скалата и честотата на почистване за нагреватели от титанови тръбни снопове клас 2 в 15% алуминиев сулфат при 70 градуса са показани в придружаващата таблица.

Дебелина на люспата (mm) Намаляване на преноса на топлина (%) Препоръчително действие Метод на почистване Честота на почистване<0.1 <15 None N/A Annual 0.1–0.2 15–30Performance monitoring Quarterly review N/A
0.2-0.3 30-50 Plan cleaning 5% HCl 50°C 30 min Monthly 0.3-0.5 50-65 Clean immediately 5% HCl 50°C 60 min Biweekly >0.5 >65 Критично - спешно почистване Механично + киселина Седмично инженерство Отвъд контрола на дебелината на котлен камък

Степента на титан няма ефект върху образуването на котлен камък, докато клас 7 има превъзходна устойчивост срещу корозия под-нагар. Дебелината на стената предлага граница на пренос на топлина, а дебелата стена има по-голяма базова линия ΔT, следователно процентното намаление за дадена дебелина на скалата е малко по-малко. Повърхностното покритие на тръбата влияе върху прилепването на котления камък, а електрополираните повърхности (Ra < 0,3 µm) подпомагат отстраняването на котления камък. За да намалите образуването на котлен камък, поддържайте съдържанието на алуминиев сулфат под 15%. Образуването на котлен камък се намалява с инхибитор на котления камък като полиакрилова киселина в 10 ppm с 30–50 %.

Посочете със сигурност

Когато дебелината на скалата достигне 0,3 mm, нагревателят на снопа от титаниеви тръби трябва да се почисти в 15% алуминиев сулфат при 70 градуса, за да се избегне намаляване на топлопреминаването с повече от 50%. За да премахнете котления камък от Al(OH)3, използвайте 30 минути до 1 час 5% солна киселина при 50 градуса, след което изплакнете обилно с вода. Поставете манометър за диференциално налягане през нагревателя. Ако спадът на налягането се увеличи с 20%, котлен камък се е натрупал и нагревателят се нуждае от почистване. На всеки 500 до 1000 часа за текущо обслужване. Инженерът поддържа ефективността на топлопреминаване над 50% при обслужване с алуминиев сулфат чрез регулиране на дебелината на скалата под 0,5 mm.