I 30% kalciumklorid (CaCl2)-saltlösning vid 100 grader innehållande en 2% magnesiumförorening (som MgCl2), fälls magnesiumhydroxid (Mg(OH)2) ut företrädesvis framför kalciumkarbonat eller kalciumsulfat. Magnesiumhydroxid har mycket låg löslighet vid höga temperaturer och bildar en hård, vidhäftande skala på titan-värmarytor. Vågen har låg värmeledningsförmåga (1–2 W/m·K) och orsakar lokal överhettning. Den högsta tillåtna totala vattenhårdheten (som CaCO₃) för att förhindra föredragen magnesiumhydroxidavlagring är 200 ppm. Över denna nivå överstiger skaltjockleken 0,2 mm inom 500 timmar, vilket orsakar en 30–50 % minskning av värmeöverföringen.

Mekanismen för föredragen magnesiumhydroxidavlagring

I hög-temperatursaltlösning hydrolyserar magnesiumjoner: Mg²⁺ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2H⁺. Denna reaktion är endoterm och accelererar med ökande temperatur. Det lokala pH-värdet vid den heta titanytan stiger på grund av vattenreduktion, vilket ytterligare främjar Mg(OH)2-utfällning. Kalciumjoner bildar karbonat- och sulfatfjäll, men dessa är mindre vidhäftande och lättare att avlägsna. Närvaron av magnesium även vid 2 % förorening gör att skalkompositionen domineras av Mg(OH)2 när vattnets hårdhet överstiger 200 ppm. Skalan växer som platt{10}}liknande kristaller som låser sig och bildar ett segt lager.

Kvantitativ skalbildning som en funktion av vattnets hårdhet

Kontrollerad testning i syntetisk saltlösning (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 grader) med varierande total hårdhet (uttryckt som ppm CaCO3) över 500 timmar har fastställt följande. Vid hårdhet under 100 ppm är beläggningstjockleken 10–30 µm, beläggningen är kalciumkarbonat med mindre Mg(OH)₂, avlägsnande är möjlig genom syrarengöring och värmeöverföringsreduktion är 5–15 %. Vid en hårdhet på 100–200 ppm når skaltjockleken 30–70 µm, skalet är blandat karbonat och Mg(OH)₂, avlägsnande kräver borstning plus syra och värmeöverföringsreduktionen är 15–30 %. Vid en hårdhet på 200–300 ppm är det kritiska tröskelvärdet, skaltjockleken är 60–120 µm, skalan blir Mg(OH)₂ dominant med hög vidhäftning, borttagning kräver mekanisk skrapning och värmeöverföringsreduktion är 25–45 %. Vid en hårdhet på 300–500 ppm är skaltjockleken 100–200 µm, skalan är hård magnesiumhydroxid, avlägsnandet är mycket svårt och värmeöverföringsreduktionen är 40–60 %. Över 500 ppm överstiger skaltjockleken 200 µm, kraftig avflagning inträffar och värmeöverföringsreduktionen överstiger 60 %.

Magnesiumkoncentrationens och temperaturens inverkan på hårdhetstoleransen

Den högsta tillåtna vattenhårdheten minskar när magnesiumkoncentrationen ökar. Vid 1% magnesiumförorening, den tillåtna hårdheten för<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.

Vattenhårdhetskontrollguide för magnesium-förorenad saltlösning av kalciumklorid

Följande tabell ger rekommendationer för maximal tillåten vattenhårdhet i 30 % CaCl₂-saltlösning med 2 % magnesiumförorening vid 100 grader, baserat på önskad skaltjocklek och rengöringsfrekvens.

Engineering Beyond Water Hardness Control

Titankvaliteten påverkar inte beläggningsbildning, men Grade 7 har bättre motståndskraft mot under-korrosion. Väggtjocklek ger en värmeöverföringstillägg; en 2,0 mm vägg med 0,3 mm skala har minskad men fortfarande funktionell värmeöverföring. Elektropolerade ytor (Ra under 0,3 µm) minskar kalkvidhäftningen och möjliggör enklare borttagning. Avlagringshämmare som polyakrylater eller fosfonater är effektiva för kalciumkarbonat men har begränsad effekt på magnesiumhydroxid. Saltlösningens pH bör hållas under 7,5; högre pH accelererar Mg(OH)2-utfällningen. Periodisk syrarengöring med 5 % saltsyra vid 50 grader i 2 timmar löser kalciumkarbonatbeläggningen, men är mindre effektiv på Mg(OH)₂.

Att göra en informerad specifikation

För en värmestav av titan som arbetar i 30 % kalciumkloridlösning med 2 % magnesiumförorening vid 100 grader, bibehåll den totala vattenhårdheten under 100 ppm för att förhindra föredragen avlagring av magnesiumhydroxid. Använd avhärdat vatten för saltlösning-och övervaka hårdheten varje vecka genom titrering. Om hårdheten överstiger 200 ppm, fäll ut magnesium genom att höja pH-värdet till 9,5 med kalk, filtrera sedan innan det 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. Genom att kontrollera vattnets hårdhet under 200 ppm förhindrar ingenjören bildningen av vidhäftande magnesiumhydroxidbeläggningar som minskar värmeöverföringen och orsakar lokal överhettning.