Za titansku toplinsku šipku koja radi u slanoj otopini s 30% kalcijevog klorida na 100 stupnjeva s nečistoćom magnezija od 2%, koja je najveća dopuštena tvrdoća vode (kao CaCO₃) za sprječavanje preferencijalnog stvaranja kamenca magnezijevog hidroksida?

Kamenac magnezijevog hidroksida (Mg(OH)2) preferirano se stvara umjesto kalcijevog karbonata ili kalcijevog sulfata u 30% otopini soli kalcijevog klorida (CaCl2) na 100 stupnjeva s 2% nečistoće magnezija (kao MgCl2). Magnezijev hidroksid je posebno slabo topljiv na povišenoj temperaturi i taloži se kao tvrdo prianjajući kamenac na površinama titanovih grijača. Kamenac ima ograničenu toplinsku vodljivost (1-2 W/m·K) i rezultira lokaliziranim pregrijavanjem. Maksimalna ukupna tvrdoća vode (kao CaCO₃) za sprječavanje preferencijalnog stvaranja kamenca magnezijevog hidroksida je 200 ppm. Debljina kamenca je veća od 0,2 mm u 500 sati na ovoj razini. Dolazi do smanjenja prijenosa topline za 30-50%.

Mehanizam preferencijalnog stvaranja kamenca magnezijevog hidroksida

Magnezijevi ioni hidroliziraju u visokotemperaturnoj slanoj vodi Mg 2 + + 2H 2 O Mg(OH) 2 + 2H + . Ovo je endotermna reakcija. Što je viša temperatura, reakcija je brža. Smanjenje vode uzrokuje lokalni porast pH na zagrijanoj površini titana, što pojačava taloženje Mg(OH)₂. Kalcijevi ioni stvaraju karbonatne i sulfatne ljuske, međutim one su manje otporne i lakše ih je ukloniti. Čak i pri 2% nečistoće, magnezij uzrokuje da Mg(OH) 2 dominira sastavom kamenca za tvrdoću vode iznad 200 ppm. Ljuska se sastoji od pločastih-kristala koji se spajaju i tvore čvrsti pokrov.

Kvantitativni razvoj kamenca kao funkcija tvrdoće vode

Iz kontroliranog testiranja u sintetičkoj slanoj vodi (30% CaCl 2, 2% MgCl 2, 100 stupnjeva) tijekom 500 sati s promjenjivom ukupnom tvrdoćom (navedeno kao ppm CaCO 3) utvrđeno je sljedeće: Tvrdoća 100 ppm Debljina kamenca 10-30 µm Kamenac Kalcijev karbonat, manji Mg(OH) 2 Uklanjanje Moguće čišćenje kiselinom Prijenos topline smanjenje 5-15% kamenca pri 100-200 ppm debljina kamenca 30-70 µm, kamenac miješani karbonat i Mg(OH)2, uklanjanje četkanjem plus kiselina, smanjenje prijenosa topline 15-30%. Ključni raspon tvrdoće je 200-300 ppm. Debljina ljuski je 60-120 µm. Skala je Mg(OH)2 dominantna i vrlo prianjajuća. Za uklanjanje je potrebno mehaničko struganje. Smanjenje prijenosa topline je 25-45%. Tvrdoća: 300-500 ppm Debljina kamenca: 100-200 µm Kamenac: Tvrdi magnezijev hidroksid Uklanjanje: Vrlo teško Smanjenje prijenosa topline: 40-60% Debljina kamenca prelazi 200 µm, uočeno je ozbiljno stvaranje kamenca i smanjenje prijenosa topline je oko 60% za koncentraciju od 500 ppm.

Učinak koncentracije Mg i temperature na toleranciju tvrdoće

Što je veća koncentracija magnezija, to je niža najveća dopuštena tvrdoća vode.<0.1 mm scale @ 1% magnesium impurity – 300 ppm permissible hardness At 2% magnesium permissible hardness lowers to 200 ppm. At 3% magnesium the allowed hardness is reduced to 150 ppm. At 5% magnesium, acceptable hardness is only 80 ppm. The barrier is also temperature dependent – at 80°C, the permitted hardness is 350 ppm at 2% magnesium. The permissible hardness is 200 ppm at 100 °C. 4. Maximum permissible hardness is 120 ppm at 120°C pressure. Permissible hardness is 80 ppm at 140 °C.

Vodič za kontrolu tvrdoće slane vode onečišćene magnezijem, kalcijevim kloridom

Sljedeća tablica daje preporučenu najveću dopuštenu tvrdoću vode za 30% CaCl2 slanu otopinu koja sadrži 2% onečišćenja magnezija na 100 stupnjeva na temelju željene debljine kamenca i učestalosti čišćenja.

Preporučena metoda čišćenja Sastav kamenca Najveća dopuštena tvrdoća vode (ppm CaCO3) Željena debljina kamenca nakon 500 sati (µm)<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 Tvrdi Mg(OH)2 Ne preporučuje se Inženjering izvan kontrole tvrdoće vode

Klasa titana ima mali učinak na stvaranje kamenca, dok klasa 7 ima superiornu otpornost na koroziju ispod kamenca. Debljina stijenke omogućuje prijenos topline. 2.0 mm stijenke s ljestvicom od 0,3 mm daje smanjen, ali još uvijek funkcionalan prijenos topline. Elektropolirane površine (Ra ispod 0,3 μm) minimiziraju prianjanje kamenca i olakšavaju njegovo uklanjanje. Poliakrilati ili fosfonati su dobri inhibitori kamenca za kalcijev karbonat, ali manje za magnezijev hidroksid. pH otopine mora biti ispod 7,5; veći pH rezultirat će bržim taloženjem Mg(OH)2. Tijekom periodičnog čišćenja kiselinom kamenac kalcijevog karbonata se otapa s 5% klorovodičnom kiselinom na 50 stupnjeva tijekom 2 sata, iako se Mg(OH)2 teže otapa.

Stvaranje informirane specifikacije .

Za titansku toplinsku šipku u 30% otopini kalcijevog klorida s 2% nečistoće magnezija na 100 C, ukupnu tvrdoću vode treba održavati ispod 100 ppm kako bi se izbjeglo preferirano stvaranje kamenca magnezijevog hidroksida. Napravite slanu otopinu omekšanom vodom i tjedno procijenite tvrdoću titracijom. Ako je tvrdoća veća od 200 ppm, istaložite magnezij podizanjem pH na 9,5 pomoću vapna. Filtrirajte i vratite u servis. Postojeći kamenac Mg(OH)2. 10% limunske kiseline, 70 stupnjeva, 4 sata nakon čega slijedi mehaničko četkanje. Manje od 200 ppm tvrdoće vode kontrolira stvaranje lijepljenog kamenca magnezijevog hidroksida koji inhibira prijenos topline i uzrokuje lokalno pregrijavanje