Для титанового теплового стержня, що працює в розсолі 30% хлориду кальцію при 100 градусах з домішкою магнію 2%, яка максимально допустима жорсткість води (як CaCO₃) для запобігання переважному утворенню накипу гідроксиду магнію?

При температурі 100 градусів у розсолі 30% хлориду кальцію (CaCl 2 ) з 2% домішками магнію (у вигляді MgCl 2) відкладення гідроксиду магнію (Mg(OH) 2 ) переважно випадають в осад над карбонатом або сульфатом кальцію. Гідроксид магнію особливо погано розчиняється при підвищених температурах і утворює тверду прилиплу накип на поверхнях титанового нагрівача. Накип має низьку теплопровідність (1-2 Вт/мК), що призводить до локального перегріву. Загальна твердість (як CaCO3), допустима для запобігання переважному утворенню накипу гідроксиду магнію, становить 200 ppm. При цьому налаштуванні товщина окалини становить 0,2 мм за 500 годин, а тепловіддача зменшується на 30–50 %.

Переважний механізм утворення накипу гідроксиду магнію

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Ця реакція ендотермічна, і чим вища температура, тим швидше вона протікає. Зменшення води сприяє місцевому рН на нагрітій поверхні титану, сприяючи випаданню Mg(OH)2. Іони кальцію осідають накип карбонату кальцію та сульфату кальцію, але вони менш прилипають і їх легше видалити. Якщо жорсткість води перевищує 200 ppm, накип в основному складається з Mg(OH)2 навіть з 2% домішки магнію. коли луска розширюється, пластинчасті-кристали з’єднуються, утворюючи міцний шар.

Кількісний масштаб утворення в залежності від жорсткості води

Контрольоване випробування в синтетичному розсолі (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 градусів) протягом 500 годин із різною загальною жорсткістю (вираженою в ppm CaCO3) встановило наступне. Товщина накипу 10-30 мкм Накип карбонату кальцію з мінімальним вмістом Mg(OH) 2 Видалення досягається кислотним промиванням Зменшення теплопередачі 5-15% Твердість < 100 ppm При твердості 100-200 ppm товщина окалини становить 30-70 мкм, накип змішаного карбонату та Mg(OH)₂, видалення щіткою плюс кислоти, а зниження теплопередачі становить 15–30%. 200-300 ppm Критичний поріг Товщина окалини 60–120 мкм Тип окалини домінує Mg(OH)2, висока адгезія Видалення Механічне зішкрібання Зменшення теплопередачі 25–45% При твердості 300–500 ppm товщина окалини становить 100–200 мкм, тверда гідроксид магнію, його дуже важко видалити, зниження теплопередачі становить 40–60 %. Якщо концентрація перевищує 500 частин на мільйон, товщина накипу перевищує 200 мкм, відбувається сильне утворення накипу та зниження тепловіддачі більше ніж на 60%.

Вплив концентрації магнію та температури на допуск до твердості

Гранично допустима жорсткість води зменшується зі збільшенням концентрації магнію. Для окалини 0,1 мм і 1% домішки магнію допустима твердість становить 300 ppm. Дозволена твердість знижується до 200 частин на мільйон при 2% магнію. При 3% магнію допустима твердість знижується до 150 ppm. При 5% магнію допустима твердість становить лише 80 ppm. Температура також впливає на порогове значення допустимої твердості при 2% магнію, яке становить 350 ppm при 80 градусах. Дозволена твердість при 100 °C становить 200 ppm. 120 ppm — це допустима твердість при 120 °C під тиском. Допустима твердість при 140 градусах становить 80 ppm.

Контроль жорсткості води в розчині хлориду кальцію, забрудненому магнієм-: посібник

У наступній таблиці показано рекомендовану максимально допустиму жорсткість води для 30% розсолу CaCl2 з 2% домішки магнію при 100 градусах. Рекомендації базуються на бажаній товщині накипу та частоті очищення.

Бажана товщина накипу після 500 годин (мкм) Максимально допустима жорсткість води (ppm CaCO₃) Склад накипу Рекомендований метод очищення<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 Жорсткий Mg(OH)₂ Не рекомендується Розробка за межами контролю жорсткості води

Сорт титану мало впливає на розвиток накипу; незважаючи на це, Grade 7 демонструє чудову стійкість до корозії, яка не-настає. Товщина стінки забезпечує допуск до теплопередачі; Стінка товщиною 2,0 мм із окалиною 0,3 мм має меншу, але все ще корисну теплопередачу. Електрополіровані поверхні (Ra < 0,3 мкм) мінімізують прилипання накипу та полегшують видалення. Поліакрилати та фосфонати є ефективними інгібіторами накипу для карбонату кальцію, але не дуже ефективними для гідроксиду магнію. Рівень рН розсолу має бути нижче 7,5, оскільки вищий рН прискорює випадання Mg(OH)₂. Очищення періодичної кислоти 5% соляною кислотою при 50 градусах протягом 2 годин може розчинити накип карбонату кальцію, але Mg(OH) 2 не легко розчинити.

Складання обґрунтованої-специфікації

Загальна жорсткість води має бути меншою за 100 частин на мільйон у 30% розчині хлориду кальцію при 100 градусах з 2% домішками магнію, щоб уникнути переважного утворення накипу гідроксиду магнію для титанового нагрівача. Використовуйте пом’якшену воду для підживлення-розсолу. Щотижня перевіряйте твердість шляхом титрування. Якщо твердість вище 200 частин на мільйон, осадіть магній, підвищивши рН до 9,5 за допомогою вапна, і відфільтруйте, перш ніж повернутися до експлуатації. Для наявних нагрівачів із накипом Mg(OH)2 використовуйте 10% лимонну кислоту при 70 градусах протягом 4 годин з подальшим механічним очищенням щіткою. Прилиплий накип гідроксиду магнію не утворюється, щоб зменшити передачу тепла та спричинити локальний перегрів шляхом контролю жорсткості води до значення менше 200 ppm.