För en värmestav av titan som arbetar i en 30 % kalciumkloridsaltlösning vid 100 grader med en magnesiumförorening på 2 %, vad är den maximala tillåtna vattenhårdheten (som CaCO₃) för att förhindra föredragen avlagring av magnesiumhydroxid?

Vid 100 grader i 30 % kalciumklorid (CaCl 2 ) saltlösning med 2 % magnesiumförorening (som MgCl 2 ), fälls magnesiumhydroxid (Mg(OH) 2 ) företrädesvis ut över kalciumkarbonat eller kalciumsulfat. Magnesiumhydroxid är särskilt låg i löslighet vid förhöjda temperaturer och bygger en hård, vidhäftande skala på titanvärmarens ytor. Vågen har låg värmeledningsförmåga (1-2 W/mK) vilket resulterar i lokal överhettning. Den totala hårdheten (som CaCO3) som är tillåten för att förhindra preferentiell avlagring av magnesiumhydroxid är 200 ppm. Vid denna inställning är skaltjockleken 0,2 mm på 500 timmar och värmeöverföringen reduceras med 30–50 %.

Företrädesvis mekanism för bildande av magnesiumhydroxid

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Denna reaktion är endoterm och ju högre temperatur desto snabbare fortskrider den. Reduktionen av vatten främjar det lokala pH-värdet vid den uppvärmda titanytan, vilket främjar utfällningen av Mg(OH)2. Kalciumjoner fäller ut kalciumkarbonat och kalciumsulfatskala men dessa är mindre vidhäftande och kan lättare avlägsnas. Om vattnets hårdhet är mer än 200 ppm, består skalan huvudsakligen av Mg(OH)2 även med 2% magnesiumförorening. När skalan expanderar, låses-plattor som kristaller samman, vilket skapar ett tufft lager.

Kvantitativ skala av bildning kontra vattenhårdhet

Kontrollerad testning i syntetisk saltlösning (30 % CaCl2, 2 % MgCl2, 100 grader) under 500 timmar med varierad total hårdhet (uttryckt som ppm CaCO3) har fastställt följande. Skaltjocklek 10-30 µm Skalkalciumkarbonat med minimal Mg(OH) 2 Avlägsnande uppnås genom syratvätt Värmeöverföringsreduktion 5-15% Hårdhet < 100 ppm Vid 100–200 ppm hårdhet skaltjockleken är 30–70 µm, skalet är blandat med karbonat, OH och Mg, syra och Mg. värmeöverföringsreduktion är 15–30%. 200-300 ppm Kritisk tröskel Skaltjocklek 60-120 µm Skaltyp Mg(OH)2 dominant, hög vidhäftning Avlägsnande Mekanisk skrapning Värmeöverföringsreduktion 25-45% Vid en hårdhet på 300–500 ppm är fjälltjockleken 0–201, µm magnesium hård är mycket svår att ta bort, reduceringen av värmeöverföringen är 40–60 %. Om koncentrationen är över 500 ppm är skaltjockleken mer än 200 μm, kraftig avlagring uppstår och minskningen av värmeöverföringen är mer än 60 %.

Effekt av magnesiumkoncentration och temperatur på hårdhetstolerans

Den högsta tillåtna vattenhårdheten minskar med ökande magnesiumkoncentration. För 0,1 mm skala och 1 % magnesiumförorening är acceptabel hårdhet 300 ppm. Den tillåtna hårdheten går ner till 200 ppm vid 2 % magnesium. Vid 3 % magnesium minskar den tillåtna hårdheten till 150 ppm. Vid 5 % magnesium är den tillåtna hårdheten endast 80 ppm. Temperaturen påverkar också tröskeln med tillåten hårdhet vid 2% magnesium som är 350 ppm vid 80 grader. Tillåten hårdhet vid 100 grader C är 200 ppm. 120 ppm är OK hårdhet vid 120 grader C under tryck. Den tillåtna hårdheten vid 140 grader är 80 ppm.

Kontroll av vattnets hårdhet i magnesium-Kontaminerad kalciumkloridsaltlösning: en guide

Följande tabell visar den rekommenderade maximala acceptabla vattenhårdheten för 30 % CaCl2-saltlösning med 2 % magnesiumförorening vid 100 grader . Rekommendationerna baseras på önskad skaltjocklek och rengöringsfrekvens.

Önskad skaltjocklek efter 500 timmar (µm) Maximal tillåten vattenhårdhet (ppm CaCO₃) Skalsammansättning Rekommenderad rengöringsmetod<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 Rekommenderas inte Engineering Beyond Water Hardness Control

Titankvaliteten har liten inverkan på skalutvecklingen; Ändå uppvisar klass 7 en överlägsen motståndskraft mot korrosion i under- skala. Väggtjocklek erbjuder en värmeöverföringskostnad; 2,0 mm vägg med 0,3 mm skala har minskat men fortfarande användbar värmeöverföring. Elektropolerade ytor (Ra < 0,3 µm) minimerar vidhäftning av skalan och underlättar borttagning. Polyakrylater och fosfonater är effektiva avlagringshämmare för kalciumkarbonat, men inte särskilt effektiva för magnesiumhydroxid. Saltlösningens pH bör hållas under 7,5, eftersom högre pH påskyndar utfällningen av Mg(OH)2. Periodisk syrarengöring med 5 % saltsyra vid 50 grader i 2 timmar kan lösa upp kalciumkarbonatskala, men Mg(OH) 2 löses inte lätt upp.

Gör en väl{0}}informerad specifikation

Vattnets totala hårdhet bör vara mindre än 100 ppm i 30 % kalciumkloridsaltlösning vid 100 grader med 2 % magnesiumförorening för att undvika företrädesvis avlagring av magnesiumhydroxid för en värmestav av titan. Använd uppmjukat vatten för saltlake-. Kontrollera hårdheten varje vecka genom titrering. Om hårdheten är över 200 ppm, fäll ut magnesiumet genom att höja pH-värdet till 9,5 med kalk och filter innan den tas i bruk igen. För befintliga värmare med Mg(OH)2-skala, använd 10 % citronsyra vid 70 grader i 4 timmar följt av mekanisk borstning. Vidhäftande magnesiumhydroxidavlagringar bildas inte för att minska värmeöverföringen och orsaka lokal överhettning genom att reglera vattnets hårdhet till mindre än 200 ppm.