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?

Образуване на котлен камък от алуминиев хидроксид (Al(OH)3) върху нагрети титанови повърхности в 15% алуминиев сулфат (стипца) при 70 градуса. Скалата има лоша топлопроводимост от 0,2–0,4 W/m·K в сравнение с 21,9 W/m·K за титан. Критичната дебелина на люспата от 0,5 mm води до 50% по-малка ефективност на топлопренос, което означава двойно време за нагряване или потребление на енергия за достигане на същата температура на процеса. Скалата се образува чрез хидролиза на алуминиеви йони: Al 3+ + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3H +. Скоростта на утаяване нараства с температурата и концентрацията на алуминий.

Механизъм за редуциране на топлопреминаване чрез накип от алуминиев хидроксид

Съпротивлението на титановата стена включва термичното съпротивление на скалата. Общата температурна разлика е $\\Delta T_{total}=\\Delta T_{titanium} + \\Delta T_{scale}$. Дебелината на скалата нараства $\\Delta T_{total}$ пропорционално за даден топлинен поток. По този начин общото понижение на температурата се удвоява, а преносът на топлина намалява наполовина. Дебелината на мащаба е 0,5 mm, така че ΔT_scale е приблизително еквивалентен на ΔT_titanium. Нагарът също повишава температурата на повърхността на тръбата, което ускорява последващото утаяване на котления камък.

Количествено намаляване на преноса на топлина като функция от дебелината на котления камък

Контролираните тестове при 20 W/cm² топлинен поток в 15% Al₂(SO₄)3 при 70 градуса са показали следните намаления в топлопреминаването за титан клас 2. 0 mm дебелина на скалата (чисто) допълнителното термично съпротивление е 0, намаляването на топлопреминаването е 0, необходимото увеличение на мощността е 1,0×. Допълнителното съпротивление е 0,00025-0,0005 m2K/W (намаляване 10-20%, усилване на мощността 1,1-1,25 ×) при дебелина 0,1 mm. Съпротивление при 0,2 mm 0,0005-0,001, намаление 20-35%, увеличение на мощността 1,25-1,5x Съпротивление, 0,3 mm, 0,00075-0,0015, намаление, 30-50%, увеличение на мощността, 1,4-2,0x. Критична дебелина при 0,5 mm, устойчивост 0,00125–0,0025, намаление 45–65%, увеличение на мощността 1,8–2,8×. За 1.0 mm: съпротивление 0.0025-0.005, намаление 65-85%, увеличение на мощността 2.8-6.5x.

Скорост на нарастване на мащаба във времето

Нарастването на дебелината на скалата с времето следва параболичен закон. Дебелината на скалата при 100 часа е 0,05–0,10 mm, намаляването на топлопреминаването е 5–15%. При 500 часа дебелината е 0,15–0,30 mm, намалението е 20–45%. При 1000 часа дебелината е 0,25-0,50 мм, а редукцията е 35-65%. Дебелина (0,40 до 0,80 mm) и намаление (50 до 80%) на 2000 часа. Скоростта на растеж намалява с времето, тъй като слоят от котлен камък действа като дифузионна бариера за алуминиеви йони.

Ръководство за контрол и почистване на котлите с алуминиев сулфат

Следващата таблица показва максимално допустимата дебелина на нагара и честотата на почистване за нагреватели от титаниеви тръбни снопове клас 2 в 15% алуминиев сулфат при 70 градуса.

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 15-30 Performance monitoring Quarterly Inspection N/A
0.2–0.3 30–50 Schedule 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 + киселинно Седмично инженерство Отвъд контрола на дебелината на скалата

Развитието на мащаба не се влияе от степента на титан, въпреки че клас 7 има по-голяма устойчивост на корозия под котления камък. Дебелината на стената позволява пренос на топлина. Дебелата стена има по-голяма базова линия ΔT, следователно процентното намаление за дадена дебелина на скалата е малко по-малко. Адхезията на котления камък е функция от покритието на повърхността на тръбата и електрополираните повърхности (Ra < 0,3 µm) се отстраняват по-лесно. Съдържанието на алуминиев сулфат трябва да се поддържа под 15%, за да се сведе до минимум нарастването на мащаба. Полиакриловата киселина като инхибитор на котлен камък при 10 ppm намалява образуването на котлен камък с 30-50%.

Спецификация от знания

За нагревател с титанов тръбен сноп в 15% алуминиев сулфат и 70 градуса, почистете нагревателя, когато дебелината на скалата достигне 0,3 mm, за да предотвратите намаляването на топлопреминаването над 50%. Нагарът Al(OH)3 се атакува с 5% солна киселина при 50 градуса за 30–60 минути и се изплаква обилно с вода. Инсталирайте диференциален манометър през нагревателя, за да откриете увеличение на спада на налягането с 20% поради натрупване-на камък, което изисква почистване. Почиствайте на всеки 500 до 1000 часа за текущо обслужване. При услугата с алуминиев сулфат инженерът поддържа дебелината на скалата под 0,5 mm, за да поддържа ефективност на топлопренос над 50%.