В рассоле с 30% содержанием хлорида кальция (CaCl₂) при температуре 100 градусов, содержащем 2% примеси магния (в виде MgCl₂), накипь гидроксида магния (Mg(OH)₂) выпадает в осадок преимущественно над карбонатом или сульфатом кальция. Гидроксид магния имеет очень низкую растворимость при высоких температурах и образует твердую, липкую накипь на поверхностях титановых нагревателей. Накипь имеет низкую теплопроводность (1–2 Вт/м·К) и вызывает локальный перегрев. Максимально допустимая общая жесткость воды (по CaCO₃) для предотвращения преимущественного образования накипи гидроксида магния составляет 200 частей на миллион. Выше этого уровня толщина окалины превышает 0,2 мм в течение 500 часов, что приводит к снижению теплопередачи на 30–50%.

Механизм преимущественного отложения гидроксида магния

В высокотемпературном рассоле ионы магния гидролизуются: Mg²⁺ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2H⁺. Эта реакция является эндотермической и ускоряется с повышением температуры. Локальный pH на горячей поверхности титана повышается из-за восстановления воды, что еще больше способствует осаждению Mg(OH)₂. Ионы кальция образуют карбонатные и сульфатные отложения, но они менее прилипают и их легче удалить. Присутствие магния даже при 2% примеси приводит к тому, что в составе накипи преобладает Mg(OH)₂, когда жесткость воды превышает 200 ppm. Чешуя растет в виде пластинчатых-кристаллов, которые сцепляются между собой, образуя прочный слой.

Количественное накилообразование как функция жесткости воды

Контролируемые испытания в синтетическом рассоле (30 % CaCl₂, 2 % MgCl₂, 100 градусов) с различной общей жесткостью (выраженной в ppm CaCO₃) в течение 500 часов установили следующее. При твердости ниже 100 ppm толщина окалины составляет 10–30 мкм, окалина представляет собой карбонат кальция с незначительным содержанием Mg(OH)₂, удаление возможно кислотной очисткой, снижение теплоотдачи составляет 5–15%. При твердости 100–200 ppm толщина окалины достигает 30–70 мкм, окалина представляет собой смесь карбоната и Mg(OH)₂, для удаления требуется кисть плюс кислота, снижение теплоотдачи составляет 15–30%. При твердости 200–300 ppm, критическом пороге, толщина окалины составляет 60–120 мкм, в окалине преобладает Mg(OH)₂ с высокой адгезией, удаление требует механического соскабливания, снижение теплопередачи составляет 25–45%. При твердости 300–500 ppm толщина окалины составляет 100–200 мкм, окалина представляет собой твердый гидроксид магния, удаление ее очень затруднено, снижение теплоотдачи составляет 40–60%. При концентрации выше 500 ppm толщина окалины превышает 200 мкм, происходит сильное отложение накипи, а снижение теплопередачи превышает 60%.

Влияние концентрации магния и температуры на допуск твердости

Максимально допустимая жесткость воды снижается по мере увеличения концентрации магния. При 1% примеси магния допустимая твердость для<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.

Руководство по контролю жесткости воды для-загрязненного рассола хлорида кальция магния

В следующей таблице приведены рекомендации по максимально допустимой жесткости воды в рассоле с содержанием 30 % CaCl₂ и 2 % примеси магния при температуре 100 градусов в зависимости от желаемой толщины накипи и частоты очистки.

Инженерное дело за пределами контроля жесткости воды

Марка титана не влияет на образование накипи, но марка 7 обладает лучшей стойкостью к коррозии под-накипью. Толщина стенок обеспечивает припуск на теплопередачу; стенка толщиной 2,0 мм с окалиной 0,3 мм снижает, но сохраняет функциональность теплопередачи. Электрополированные поверхности (Ra менее 0,3 мкм) уменьшают прилипание накипи и облегчают ее удаление. Ингибиторы отложений, такие как полиакрилаты или фосфонаты, эффективны для карбоната кальция, но имеют ограниченное воздействие на гидроксид магния. Уровень pH рассола должен поддерживаться ниже 7,5; более высокий pH ускоряет осаждение Mg(OH)₂. Периодическая кислотная очистка 5%-ной соляной кислотой при температуре 50 градусов в течение 2 часов растворяет накипь карбоната кальция, но менее эффективна в отношении Mg(OH)₂.

Создание обоснованной спецификации

Для титанового нагревательного стержня, работающего в рассоле с 30% содержанием хлорида кальция и 2% примеси магния при температуре 100 градусов, поддерживайте общую жесткость воды ниже 100 частей на миллион, чтобы предотвратить преимущественное отложения гидроксида магния. Для подпитки рассола используйте смягченную воду-и еженедельно контролируйте жесткость путем титрования. Если жесткость превышает 200 частей на миллион, осадите магний, подняв уровень pH до 9,5 с помощью известки, затем отфильтруйте перед возвращением в эксплуатацию. Для существующих нагревателей с накипью Mg(OH)₂ используйте 10% лимонную кислоту при температуре 70 градусов в течение 4 часов с последующей механической чисткой. Контролируя жесткость воды ниже 200 ppm, инженер предотвращает образование налипшего накипи гидроксида магния, которое снижает теплопередачу и вызывает локальный перегрев.