حداکثر غلظت سختی کلسیم در دمای آب حجیم 85 درجه از جوش جلوگیری می کند-چسبندگی مقیاس القایی روی غلاف بخاری فولادی ضد زنگ 316

تغییر محدودیت مقیاس حلالیت از پودری به چسبنده

محاسبات ساده حلالیت حداکثر غلظت سختی کلسیم (ppm CaCO3) را در دمای توده 85 درجه به دست نمی‌دهد که منجر به تولید مقیاس چسبنده در لوله‌های گرمایش الکتریکی 316 فولاد ضد زنگ غوطه‌ور در آب سخت نمی‌شود. محصول حلالیت کربنات کلسیم (CaCO3) با افزایش دما کاهش می‌یابد، اما معیار کلیدی برای عملکرد بخاری، شکل و قدرت چسبندگی مقیاس رسوب‌شده است. در 85 درجه با غلظت های معادل CaCO 3 حدود 200-300 ppm مقیاس به صورت رسوب پودری نرم رسوب می کند که می تواند به راحتی با جریان مایع یا مسواک زدن متوسط ​​حذف شود. در بیشتر از 400-500 ppm پوسته پوسته شدن به صورت آراگونیت یا کلسیت کریستالی سخت که به طور محکم به سطح فلز می‌چسبد رخ می‌دهد. این یک لایه عایق ایجاد می کند که دمای غلاف را افزایش می دهد و باعث افزایش پوسته پوسته شدن می شود. این مقاله سطوح سختی کلسیم را برای تولید مقیاس چسبنده بر روی 316 غلاف تخمین می زند و پیشنهاداتی برای تصفیه آب برای حفظ بازده بخاری طولانی مدت ارائه می دهد.

چسبندگی مقیاس بر روی سطوح فلزی گرم شده: مکانیسم

اگر آب سخت بیش از 60 درجه حرارت داده شود، حلالیت کربنات کلسیم کاهش می یابد و رسوب می کند. بارش بیشتر روی سطوح داغ است، زیرا لایه مرزی نزدیک به غلاف نسبت به آب حجیم فوق اشباع است. تفاوت کلیدی بین مقیاس غیر چسبنده نرم و مقیاس سخت چسبنده، میزان بارندگی در مقایسه با سرعت رشد بلور است. در حالت فوق اشباع خفیف (سختی کلسیم 200-300 ppm در 85 درجه)، بارندگی کند است و کریستال‌های کوچک و مجزای متعددی را ایجاد می‌کند که به شدت به هم متصل نمی‌شوند. این کریستال ها به راحتی توسط چرخه سیال و گرما بریده می شوند. در حالت فوق اشباع بالا (بالاتر از 400-500 ppm) بارندگی سریع است و بلورهای در هم تنیده عظیمی را تشکیل می دهد که یک لایه متراکم پیوسته ایجاد می کند. قدرت چسبندگی این لایه می تواند بیش از 1-2 مگاپاسکال باشد، به طوری که با سرعت سیال کمتر از 2-3 متر بر ثانیه نمی توان آن را حذف کرد. هنگامی که یک لایه رسوب می چسبد، افزایش مقاومت حرارتی منجر به افزایش دمای غلاف می شود که منجر به افزایش فوق اشباع در سطح فلز می شود که رسوب رسوب را در یک چرخه خود بدتر شدن سرعت می بخشد.

کمی سازی آستانه های تشکیل مقیاس های چسبنده در 85 درجه

آزمایش‌های رسوب‌گیری سیستماتیک بر روی 316 غلاف فولادی ضد زنگ (رایانه پرداخت شده=0.4 میکرومتر) در آب سخت مصنوعی در دمای حجیم 85 درجه و شار حرارتی 5 وات بر سانتی‌متر مربع، آستانه‌های سختی کلسیم را برای ایجاد مقیاس چسبنده پس از 1000 ساعت کار مداوم تعیین کرده است.

سختی کلسیم (ppm به صورت CaCO3) قلیاییت (ppm به صورت CaCO3) مورفولوژی مقیاس pH بعد از 1000 ساعت استحکام چسبندگی (MPa، آزمایش برشی) مقاومت حرارتی افزوده شده (m2-K/W) برای سرویس مداوم 85 درجه سانتی گراد توصیه می شود<100 100-200 7.5-8.5 <.0001 No apparent scale N/AYes 100-200 100-200 7.5-8.5 Powdery, easily wiped off <0.1 0.0001-0.0003 Yes 200-300 150-250 7.5-8.5 Soft crystalline, removed by brushing 0.1-0.3 0.0003-0.0008 Acceptable with frequent cleaning
300-400 200-300 7.5-8.5 Mixed soft/hard, partial adhesion 0.3-0.8 0.0008-0.002 Marginal, needs water softening 400-500 250-350 7.5-8.5 Hard aragonite, very adherent 0.8-1.5 0.002-0.005Not Recommended 500-700 300-400 7.5-8.5Hard calcite, dense Layer 1.5-2.5 0.005-0.010 Unacceptable >700 >400 >8.0 Rapid scaling, total coverage >2.5 >0.010 غیر قابل قبول است
سایر عوامل شیمیایی آب که بر سختی تأثیر می گذارند

جدول، محدودیت‌های سختی کلسیم تحت‌تاثیر سه پارامتر شیمی آب دیگر قرار دارند. اولین مورد قلیایی بودن (محتوای بی کربنات) است. برای تشکیل رسوب، هم کلسیم و هم قلیایی لازم است. آب با کلسیم بالا اما قلیائیت کم (به عنوان مثال، سختی کلرید کلسیم بدون بی کربنات) رسوب کربنات ایجاد نمی کند. مقادیر آستانه بر اساس قلیاییت بی کربنات تقریباً معادل سختی کلسیم (آب متعادل) است. قلیاییت کمتر از نصف سختی کلسیم باعث کاهش 40 تا 60 درصدی پتانسیل پوسته پوسته شدن می شود. موضوع دوم pH است. کربنات کلسیم در pH کمتر از 7 محلول است و هر چقدر هم که آب سخت باشد، رسوب ایجاد نمی‌شود. پتانسیل مقیاس پذیری به شدت بالاتر از pH 8.5 افزایش می یابد. جنبه سوم وجود بازدارنده های رسوب مانند پلی فسفات ها، فسفونات ها یا پلیمرها است. با افزودن 2 تا 5 پی پی ام بازدارنده مقیاس تجاری که سختی مجاز کلسیم را با ضریب 2 تا 3 افزایش می دهد، می توان در سطوح 800 تا 1000 پی پی ام از ایجاد مقیاس چسبنده جلوگیری کرد.

راهنمای عملی تصفیه آب 316 بخاری در 85 درجه

دستورالعمل‌های تصفیه آب زیر چسبندگی مقیاس را به حداقل می‌رساند و راندمان حرارتی طولانی‌مدت را برای بخاری‌های غلافدار 316 که در دمای آب فله 85 درجه کار می‌کنند، به حداکثر می‌رساند. سختی کلسیم زیر 200 پی پی ام به هیچ درمانی بجز بازرسی مکرر (هر 6-12 ماه) نیاز ندارد. برای سختی 200 تا 300 پی پی ام، مسواک زدن ماهانه یا تمیز کردن شیمیایی (فلاش اسید رقیق) توصیه می شود. نرم کردن آب (تبادل یونی) یا افزودن بازدارنده رسوب برای سختی بین 300-400 ppm بسیار پیشنهاد می شود. نرم شدن آب برای جلوگیری از افت عملکرد سریع برای سختی بیش از 400 ppm ضروری است. در هر سطح سختی، زمانی که PH زیر 8.0 نگه داشته شود و از جوشیدن موضعی اجتناب شود، تمایل به مقیاس کاهش می یابد (شار حرارتی محدود به 5-6 W/cm2). برای بخاری هایی که باید در شار حرارتی بالاتر (8 تا 10 وات بر سانتی متر مربع) یا دمای توده بالاتر (95-90 درجه) کار کنند، مقادیر سختی مجاز در جدول باید 30 تا 50 درصد کاهش یابد.

مقیاس-تشخیص میدان گرمای بیش از حد

سه علامت میدانی به ما می گوید که چه زمانی چسبندگی رسوب برای بخاری ها در سرویس آب سخت تبدیل به مشکل شده است. اولین مورد افزایش دمای سطح بخاری برای همان توان ورودی است که توسط دماسنج مادون قرمز قابل تشخیص است. افزایش دما از 10 تا 15 درجه بالاتر از حالت تمیز به معنای یک لایه مقیاس حدود 0.1 تا 0.2 میلی متر است. دومین شاخص زمان طولانی تری برای دستیابی به دمای نقطه تنظیم است، زیرا مقیاس عایق انتقال حرارت به آب عمده را محدود می کند. سومین نشانگر، صدای خش خش یا صدای خش خش شنیدنی است که نشان دهنده جوشیدن موضعی در زیر رسوبات فلس به عنوان بخار آب به دام افتاده و فرار است. در صورت وجود هر یک از این نشانگرها، بخاری باید با رسوب زدایی شیمیایی (با محلول سیتریک یا اسید سولفامیک 10-5 درصد) یا با برس زدن مکانیکی خارج و تمیز شود. اگر تمیز کردن عملکرد را بازیابی کرد اما پوسته پوسته شدن ظرف 1-2 ماه برگشت، نرم کردن مورد نیاز است.

نتیجه‌گیری: محدودیت‌های سختی برای عملکرد آزاد مقیاس-در 85 درجه

در آب حجیم 85 درجه، سختی کلسیم<200 ppm produces a soft, non-adherent scale on 316 stainless steel encased heaters that has no effect on performance. Hardness of 200-300 ppm is tolerable with periodic cleaning. When the hardness exceeds 400 ppm, hard adhering aragonite or calcite scale forms fast insulating the heater and promoting additional deposition. When specifying 316 sheaths for hot water service the engineers should get the calcium hardness and alkalinity analysis of the feed water and compare this to the thresholds in the table. If the hardness is greater than 400 ppm, water softening or addition of a scale inhibitor is essential to avoid loss of performance and premature failure of the heater. This framework relates calcium hardness to observable scale morphology and adhesion strength so that the buyer can design water treatment plans for maintaining thermal efficiency and life extension of the heater in a hard water application.