Hva er den maksimalt tillatte vannhardheten (som CaCO₃) for en titanvarmestang som opererer i en 30 % kalsiumkloridlake ved 100 grader med en magnesiumurenhet på 2 % for å forhindre foretrukket magnesiumhydroksidavleiring?

Ved 100 grader i 30 % kalsiumklorid (CaCl 2 ) saltvann med 2 % magnesiumurenhet (som MgCl 2 ), utfelles magnesiumhydroksid (Mg(OH) 2 ) fortrinnsvis fremfor kalsiumkarbonat eller kalsiumsulfat. Magnesiumhydroksid er spesielt lav i løselighet ved høye temperaturer og bygger en hard, vedheftende skala på titanvarmeroverflatene. Vekten har lav varmeledningsevne (1-2 W/mK) som resulterer i lokal overoppheting. Den totale hardheten (som CaCO3) som er tillatt for å forhindre foretrukket avleiring av magnesiumhydroksid er 200 ppm. Ved denne innstillingen er skaltykkelsen 0,2 mm på 500 timer og varmeoverføringen reduseres med 30–50 %.

Preferensiell mekanisme for dannelse av magnesiumhydroksidskala

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Denne reaksjonen er endoterm og jo høyere temperatur, jo raskere går den. Reduksjonen av vann fremmer den lokale pH ved den oppvarmede titanoverflaten, og fremmer utfellingen av Mg(OH)2. Kalsiumioner utfeller kalsiumkarbonat og kalsiumsulfatbelegg, men disse er mindre vedheftende og kan lettere fjernes. Hvis vannhardheten er mer enn 200 ppm, består skalaen hovedsakelig av Mg(OH)2 selv med 2 % magnesiumurenhet. Når skalaen utvides, låses plate-lignende krystaller sammen, og skaper et tøft lag.

Kvantitativ skala for formasjon versus vannhardhet

Kontrollert testing i syntetisk saltvann (30 % CaCl2, 2 % MgCl2, 100 grader) over 500 timer med variert total hardhet (uttrykt som ppm CaCO3) har etablert følgende. Avleiringstykkelse 10-30 µm Kalsiumkarbonat avleiring med minimalt med Mg(OH) 2 Fjerning oppnåelig ved syrevask Varmeoverføringsreduksjon 5-15 % Hardhet < 100 ppm Ved 100–200 ppm hardhet skalatykkelsen er 30–70 µm, kalkavleiring er blandet med karbonat, OH, pluss og syre. varmeoverføringsreduksjon er 15–30 %. 200-300 ppm Kritisk terskel Skaltykkelse 60-120 µm Skalatype Mg(OH)2 dominerende, høy vedheft Fjerning Mekanisk skraping Varmeoverføringsreduksjon 25-45 % Ved en hardhet på 300–500 ppm er kalktykkelsen 0–20, µm hard magnesium. er svært vanskelig å fjerne, reduksjon av varmeoverføring er 40–60 %. Hvis konsentrasjonen er over 500 ppm, er skalatykkelsen mer enn 200 μm, alvorlig avleiring oppstår, og reduksjonen i varmeoverføring er mer enn 60 %.

Effekt av magnesiumkonsentrasjon og temperatur på hardhetstoleranse

Maksimal tillatt vannhardhet avtar med økende magnesiumkonsentrasjon. For 0,1 mm skala og 1 % magnesiumurenhet er akseptabel hardhet 300 ppm. Den tillatte hardheten går ned til 200 ppm ved 2 % magnesium. Ved 3 % magnesium synker den tillatte hardheten til 150 ppm. Ved 5 % magnesium er tillatt hardhet bare 80 ppm. Temperaturen påvirker også terskelen med tillatt hardhet ved 2 % magnesium som er 350 ppm ved 80 grader. Tillatt hardhet ved 100 grader C er 200 ppm. 120 ppm er OK hardhet ved 120 grader C under trykk. Den tillatte hardheten ved 140 grader er 80 ppm.

Kontroll av vannhardheten i magnesium-Contaminated Calcium Chloride Brine: A Guide

Følgende tabell viser anbefalt maksimal akseptabel vannhardhet for 30 % CaCl2-lake med 2 % magnesiumurenhet ved 100 grader. Anbefalingene er basert på ønsket skalatykkelse og rengjøringsfrekvens.

Ønsket kalktykkelse etter 500 timer (µm) Maksimal tillatt vannhardhet (ppm CaCO₃) Avleiringssammensetning Anbefalt rengjøringsmetode<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 Ikke anbefalt Engineering Beyond Water Hardness Control

Titankarakteren har liten innflytelse på skalautviklingen; Likevel viser klasse 7 en overlegen motstand mot korrosjon under-skala. Veggtykkelse gir en varmeoverføringsgodtgjørelse; 2,0 mm vegg med 0,3 mm skala har redusert, men fortsatt brukbar varmeoverføring. Elektropolerte overflater (Ra < 0,3 µm) minimerer avleiring og letter fjerning. Polyakrylater og fosfonater er effektive avleiringshemmere for kalsiumkarbonat, men ikke særlig effektive for magnesiumhydroksid. pH i saltlaken bør holdes under 7,5, ettersom høyere pH øker utfellingen av Mg(OH)2. Periodisk syrerensing med 5 % saltsyre ved 50 grader i 2 timer kan løse opp kalsiumkarbonatbelegg, men Mg(OH) 2 løses ikke lett.

Lage en godt-informert spesifikasjon

Vannets totale hardhet bør være mindre enn 100 ppm i 30 % kalsiumkloridsaltlake ved 100 grader med 2 % magnesiumurenhet for å unngå foretrukket avleiring av magnesiumhydroksid for en titanvarmestav. Bruk myknet vann til saltlake-. Sjekk hardheten ukentlig ved titrering. Hvis hardheten er over 200 ppm, fell ut magnesium ved å øke pH til 9,5 med kalk og filter før den tas i bruk igjen. For eksisterende varmeovner med Mg(OH)2-skala, bruk 10 % sitronsyre ved 70 grader i 4 timer etterfulgt av mekanisk børsting. Vedheftende magnesiumhydroksidavleiring dannes ikke for å redusere varmeoverføringen og forårsake lokal overoppheting ved å kontrollere vannets hardhet til mindre enn 200 ppm.