U 30% otopini soli kalcijevog klorida (CaCl₂) na 100 stupnjeva koja sadrži 2% nečistoće magnezija (kao MgCl₂), kamenac magnezijevog hidroksida (Mg(OH)₂) taloži se preferirano u odnosu na kalcijev karbonat ili kalcijev sulfat. Magnezijev hidroksid ima vrlo nisku topljivost na visokim temperaturama i stvara tvrd, prianjajući kamenac na površinama grijača od titana. Kamenac ima nisku toplinsku vodljivost (1–2 W/m·K) i uzrokuje lokalno pregrijavanje. Najveća dopuštena ukupna tvrdoća vode (kao CaCO₃) za sprječavanje preferencijalnog stvaranja kamenca magnezijevog hidroksida je 200 ppm. Iznad ove razine, debljina kamenca premašuje 0,2 mm unutar 500 sati, uzrokujući smanjenje prijenosa topline za 30–50%.

Mehanizam preferencijalnog stvaranja kamenca magnezijevog hidroksida

U visoko{0}}temperaturnoj slanoj vodi magnezijevi ioni hidroliziraju: Mg²⁺ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2H⁺. Ova reakcija je endotermna i ubrzava se s porastom temperature. Lokalni pH na vrućoj površini titana raste zbog redukcije vode, dodatno potičući taloženje Mg(OH)₂. Kalcijevi ioni stvaraju karbonatne i sulfatne ljuske, ali one slabije prianjaju i lakše se uklanjaju. Prisutnost magnezija čak i pri 2% nečistoće uzrokuje da u sastavu kamenca dominira Mg(OH)₂ kada tvrdoća vode prelazi 200 ppm. Ljuska raste kao ploča-poput kristala koji se spajaju, tvoreći čvrsti sloj.

Kvantitativno stvaranje kamenca kao funkcija tvrdoće vode

Kontroliranim testiranjem u sintetičkoj slanoj vodi (30% CaCl₂, 2% MgCl2, 100 stupnjeva) s različitim ukupnim tvrdoćama (izraženim kao ppm CaCO3) tijekom 500 sati utvrđeno je sljedeće. Kod tvrdoće ispod 100 ppm, debljina kamenca je 10-30 µm, kamenac je kalcijev karbonat s malim Mg(OH)₂, uklanjanje je moguće čišćenjem kiselinom, a smanjenje prijenosa topline je 5-15%. Pri tvrdoći od 100–200 ppm, debljina kamenca doseže 30–70 µm, kamenac je mješavina karbonata i Mg(OH)₂, uklanjanje zahtijeva četkanje plus kiselinu, a smanjenje prijenosa topline je 15–30%. Kod tvrdoće od 200-300 ppm, kritičnog praga, debljina kamenca je 60-120 µm, kamenac postaje dominantan Mg(OH)₂ s visokim prianjanjem, uklanjanje zahtijeva mehaničko struganje, a smanjenje prijenosa topline je 25-45%. Kod tvrdoće od 300–500 ppm, debljina kamenca je 100–200 µm, kamenac je tvrdi magnezijev hidroksid, uklanjanje je vrlo teško, a smanjenje prijenosa topline je 40–60%. Iznad 500 ppm, debljina kamenca prelazi 200 µm, dolazi do ozbiljnog stvaranja kamenca i smanjenje prijenosa topline prelazi 60%.

Utjecaj koncentracije magnezija i temperature na toleranciju tvrdoće

Najveća dopuštena tvrdoća vode smanjuje se s povećanjem koncentracije magnezija. Kod 1% nečistoće magnezija, dopuštena tvrdoća za<0.1 mm scale is 300 ppm. At 2% magnesium, the allowable hardness drops to 200 ppm. At 3% magnesium, the allowable hardness falls to 150 ppm. At 5% magnesium, the allowable hardness is only 80 ppm. Temperature also affects the threshold; at 80°C, the allowable hardness at 2% magnesium is 350 ppm. At 100°C, the allowable hardness is 200 ppm. At 120°C under pressure, the allowable hardness is 120 ppm. At 140°C, the allowable hardness is 80 ppm.

Vodič za kontrolu tvrdoće vode za otopinu kalcijevog klorida onečišćenu magnezijem-

Sljedeća tablica daje preporuke za najveću dopuštenu tvrdoću vode u 30% CaCl₂ slanoj vodi s 2% nečistoće magnezija na 100 stupnjeva, na temelju željene debljine kamenca i učestalosti čišćenja.

Inženjering izvan kontrole tvrdoće vode

Kvaliteta titana ne utječe na stvaranje kamenca, ali stupanj 7 ima bolju otpornost na koroziju prema -kamencu. Debljina stijenke osigurava dopuštenje za prijenos topline; stijenka od 2,0 mm s ljuskom od 0,3 mm ima smanjen, ali još uvijek funkcionalan prijenos topline. Elektropolirane površine (Ra ispod 0,3 µm) smanjuju prianjanje kamenca i omogućuju lakše uklanjanje. Inhibitori kamenca kao što su poliakrilati ili fosfonati učinkoviti su za kalcijev karbonat, ali imaju ograničen učinak na magnezijev hidroksid. pH slane vode treba održavati ispod 7,5; viši pH ubrzava taloženje Mg(OH)₂. Periodično čišćenje kiselinom s 5% klorovodičnom kiselinom na 50 stupnjeva tijekom 2 sata otapa kamenac kalcijevog karbonata, ali je manje učinkovito na Mg(OH)₂.

Izrada informirane specifikacije

Za titansku toplinsku šipku koja radi u 30% otopini kalcijevog klorida s 2% nečistoće magnezija na 100 stupnjeva, održavajte ukupnu tvrdoću vode ispod 100 ppm kako biste spriječili preferirano stvaranje kamenca magnezijevog hidroksida. Koristite omekšanu vodu za-nadopunu slane vode i tjedno pratite tvrdoću titracijom. Ako tvrdoća prelazi 200 ppm, istaložite magnezij podizanjem pH na 9,5 pomoću vapna, zatim filtrirajte prije vraćanja u rad. Za postojeće grijače s Mg(OH)₂ kamencem, koristite 10% limunsku kiselinu na 70 stupnjeva tijekom 4 sata, nakon čega slijedi mehaničko četkanje. Kontroliranjem tvrdoće vode ispod 200 ppm, inženjer sprječava stvaranje adhezivnog kamenca magnezijevog hidroksida koji smanjuje prijenos topline i uzrokuje lokalno pregrijavanje.