For a Titanium Heat Rod Operating in a 30% Calcium Chloride Brine at 100℃ with a Magnesium Impurity of 2%, What Is the Maximum Allowable Water Hardness (as CaCO₃) to Prevent Preferential Magnesium Hydroxide Scaling?

Na 100 stepeni u 30% rastvoru kalcijum hlorida (CaCl 2 ) sa 2% primesa magnezijuma (kao MgCl 2 ), ljuspice magnezijum hidroksida (Mg(OH) 2 ) prvenstveno talože nad kalcijum karbonatom ili kalcijum sulfatom. Magnezijum hidroksid je posebno slab u rastvorljivosti na povišenim temperaturama i stvara tvrdu, prianjajuću ljusku na površinama titanijumskog grejača. Vaga ima nisku toplotnu provodljivost (1-2 W/mK) što dovodi do lokalnog pregrijavanja. Ukupna tvrdoća (kao CaCO3) dozvoljena da bi se spriječilo preferencijalno stvaranje kamenca magnezijum hidroksida je 200 ppm. Pri ovoj postavci, debljina skale je 0,2 mm za 500 sati, a prijenos topline je smanjen za 30–50 %.

Mehanizam formiranja skale preferencijalnog magnezijum hidroksida

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Ova reakcija je endotermna i što je temperatura viša to se brže odvija. Redukcija vode pospješuje lokalni pH na zagrijanoj površini titanijuma, podstičući taloženje Mg(OH)2. Kalcijum joni talože kalcijum karbonat i kalcijum sulfat kamenac, ali oni su manje adhezivni i mogu se lakše ukloniti. Ako je tvrdoća vode veća od 200 ppm, kamenac se uglavnom sastoji od Mg(OH)2 čak i sa 2% nečistoće magnezijuma. kako se skala širi, ploča-poput kristala se spaja, stvarajući čvrst sloj.

Kvantitativna skala formiranja u odnosu na tvrdoću vode

Kontrolisanim ispitivanjem u sintetičkom salamuri (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 stepeni) tokom 500 sati sa različitom ukupnom tvrdoćom (izraženom kao ppm CaCO3) utvrđeno je sledeće. Debljina skale 10-30 µm Kalcijum karbonat kamenca sa minimalnim Mg(OH) 2 Uklanjanje moguće ispiranjem kiselinom Smanjenje prenosa toplote 5-15% Tvrdoća < 100 ppm Na 100-200 ppm debljina skale tvrdoće je 30-70 µm, a uklanjanje mešavine karbonata je ₂ četkanje plus kiselina, a smanjenje prijenosa topline je 15–30%. 200-300 ppm Kritični prag Debljina skale 60-120 µm Tip ljestvice Mg(OH)2 dominantan, visoko prianjanje Uklanjanje Mehaničko struganje Smanjenje prijenosa topline 25-45% Na tvrdoći od 300 ppm20000000 µm, to je tvrd magnezijum hidroksid, veoma se teško uklanja, smanjenje prenosa toplote je 40–60 %. Ako je koncentracija iznad 500 ppm, debljina ljuske je veća od 200 μm, dolazi do jakog ljuštenja, a smanjenje prijenosa topline je više od 60%.

Utjecaj koncentracije magnezija i temperature na toleranciju tvrdoće

Maksimalna dozvoljena tvrdoća vode opada sa povećanjem koncentracije magnezijuma. Za skalu od 0,1 mm i 1% nečistoće magnezijuma, prihvatljiva tvrdoća je 300 ppm. Dozvoljena tvrdoća se spušta na 200 ppm pri 2% magnezijuma. Kod 3 % magnezijuma dozvoljena tvrdoća se smanjuje na 150 ppm. Kod 5% magnezijuma dozvoljena tvrdoća je samo 80ppm. Temperatura takođe utiče na prag pri čemu je dozvoljena tvrdoća na 2% magnezijuma 350 ppm na 80 stepeni. Dozvoljena tvrdoća na 100 stepeni C je 200 ppm. 120 ppm je OK tvrdoća na 120 stepeni C pod pritiskom. Dozvoljena tvrdoća na 140 stepeni je 80 ppm.

Kontrola tvrdoće vode u rastvoru magnezijum-kontaminiranog kalcijum hloridom: Vodič

Sledeća tabela prikazuje preporučenu maksimalnu prihvatljivu tvrdoću vode za 30% rastvora CaCl2 sa 2% primesa magnezijuma na 100 stepeni. Preporuke se temelje na željenoj debljini kamenca i učestalosti čišćenja.

Željena debljina kamenca nakon 500 sati (µm) Maksimalna dozvoljena tvrdoća vode (ppm CaCO₃) Sastav skale Preporučena metoda čišćenja<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 Ne preporučuje se inženjering izvan kontrole tvrdoće vode

Kvalitet titanijuma ima mali uticaj na razvoj kamenca; ipak, Grade 7 pokazuje superiornu otpornost na koroziju ispod{1}}skale. Debljina stijenke omogućava prijenos topline; Zid od 2,0 mm sa skalom od 0,3 mm ima smanjen, ali još uvijek upotrebljiv prijenos topline. Elektropolirane površine (Ra < 0,3 µm) minimiziraju prianjanje kamenca i olakšavaju uklanjanje. Poliakrilati i fosfonati su efikasni inhibitori kamenca za kalcijum karbonat, ali nisu baš efikasni za magnezijum hidroksid. pH slane vode treba održavati ispod 7,5, jer viši pH ubrzava taloženje Mg(OH)₂. Periodično čišćenje kiselinom sa 5% hlorovodoničnom kiselinom na 50 stepeni u trajanju od 2 sata može da rastvori kamenac kalcijum karbonata, ali Mg(OH) 2 se ne rastvara lako.

Izrada dobro{0}}informisanih specifikacija

Ukupna tvrdoća vode treba da bude manja od 100 ppm u 30% rastvoru kalcijum hlorida na 100 stepeni sa 2% nečistoće magnezijuma kako bi se izbeglo preferencijalno stvaranje kamenca magnezijum hidroksida za titanijumsku grejnu šipku. Koristite omekšanu vodu za salamuru-. Tvrdoću provjeravajte jednom sedmično titracijom. Ako je tvrdoća iznad 200 ppm, precipitirajte magnezij podižući pH na 9,5 pomoću vapna i filtriranja prije vraćanja u rad. Za postojeće grijače sa Mg(OH)2 skalom, koristite 10% limunsku kiselinu na 70 stepeni 4 sata nakon čega slijedi mehaničko četkanje. Prianjajući kamenac magnezijum hidroksida se ne formira da bi smanjio prijenos topline i uzrokovao lokalizirano pregrijavanje kontroliranjem tvrdoće vode na manje od 200 ppm.