هنگامی که یک غلاف تیتانیوم به عنوان بخاری برای جریان کنسانتره اسمز معکوس با سیلیس و کلرید بالا استفاده می شود، چگونه رسوب مقیاس سیلیس مکانیسم شکست را از خوردگی به گرمای بیش از حد تغییر می دهد؟

تجارت اولیه-در طراحی بخاری تیتانیوم در سرویس کنسانتره RO
جریانهای کنسانتره RO با کلرید بالا (10000-50000 ppm) و سیلیس بالاتر (50-200 ppm به عنوان SiO2) مشخص می شوند. تیتانیوم به دلیل مقاومت آن در برابر خوردگی کلرید انتخاب شد. با این حال، در دماهای بالاتر از 70 درجه سیلیس پلیمریزه شده و به صورت رسوب آمورف روی سطوح گرم شده رسوب می‌کند. این مقیاس سیلیس به طور کامل بر روند شکست تأثیر می گذارد. عمر مفید 3-5 سال برای تیتانیوم بدون رسوب به دلیل ایجاد حفره توسط کلریدها. این ترازو به عنوان یک پوشش عایق عمل می کند و باعث گرمای بیش از حد موضعی می شود که منجر به سوختن سریع غلاف در ماه ها می شود. این مکانیسم تحت تأثیر ضخامت دیواره قرار می‌گیرد: دیوار ضخیم‌تر برای چگالی توان یکسان در سطح داغ‌تر می‌شود، بنابراین پلیمریزاسیون سیلیس و ایجاد مقیاس افزایش می‌یابد. این انتقال از خوردگی به شکست محدود مقیاس برای طراحی بخاری برای کاربردهای کنسانتره RO مهم است.

تأثیر بر یکپارچگی مکانیکی: سینتیک تشکیل مقیاس سیلیس
حلالیت سیلیس با افزایش دما کاهش می یابد و با افزایش pH افزایش می یابد. کنسانتره RO در pH 7-8 و 70 درجه غلظت اشباع حدود 120 ppm SiO2 است. اگر دمای سطح غلاف تیتانیوم از 80 درجه فراتر رود (به دلیل مقاومت الکتریکی از طریق دیوار)، حلالیت موضعی به زیر 80 ppm می رسد و فوق اشباع و پلیمریزاسیون رخ می دهد. واکنش عبارت است از: Si(OH)4 (aq) SiO2 (آمورف) + 2H2O زمان القای تولید در مقیاس سیلیس مربوط به آرنیوس است. در دمای سطح 80 درجه، رسوب در 48 ساعت تشکیل می شود. در 90 درجه در 8 ساعت تشکیل می شود. برای یک دیوار تیتانیوم 1.0 میلی متری در کنسانتره RO توده ای 70 درجه که با 2.5 W/cm² کار می کند، دمای سطح تقریباً 78 درجه است، درست زیر آستانه پوسته پوسته شدن سریع. برای ضخامت دیوار 1.8 میلی متر سطح به 85 درجه می رسد و وارد رژیم پوسته پوسته شدن سریع می شود. هنگامی که یک لایه سیلیس تشکیل شد (رسانایی=1 W/m·K در مقایسه با 17 W/m·K برای تیتانیوم)، مقاومت حرارتی اضافی دمای سطح را بیشتر افزایش می‌دهد و رسوب مقیاس بیشتری را تشویق می‌کند. مکانیسم شکست از خوردگی حفره‌ای (سال) به فرار حرارتی (ماه‌ها) حرکت می‌کند.

تأثیر بر عملکرد حرارتی: گرمای بیش از حد و سوختن-از طریق
یک لایه مقیاس سیلیس نازک، تنها 0.5 میلی متر ضخامت، مقاومت حرارتی $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$ را ایجاد می کند. در 2.5 وات بر سانتی متر مربع، یک لایه سیلیکا 0.5 میلی متری 12.5 درجه افت دما در سراسر مقیاس ایجاد می کند. این بدان معناست که سطح بیرونی تیتانیوم باید 12.5 درجه گرمتر باشد تا شار حرارتی مشابهی را ارائه دهد. افزایش دما به معنای پوسته پوسته شدن بسیار سریعتر است. بازخورد مثبت تا زمانی ادامه می یابد که سیم مقاومت داخلی از حد 450 درجه سانتیگراد خود فراتر رود و باعث شکست عایق MgO و سوختن غلاف شود. داده‌های میدانی بخاری‌های کنسانتره RO نشان می‌دهد که یک دیوار تیتانیوم 1.2 میلی‌متری با دمای سطح اولیه 80 درجه، 0.3 میلی‌متر مقیاس سیلیس را در عرض 500 ساعت تشکیل می‌دهد و سطح را تا 95 درجه بالا می‌برد. پوسته پوسته شدن به طور تصاعدی در 95 درجه افزایش می یابد و در 500 ساعت دیگر، زمانی که دمای سیم بیش از 450 درجه است و بخاری می شکند، به 1.0 میلی متر می رسد. مدت زمان کل از شروع تمیز تا شکست 1000 تا 1500 ساعت است در مقایسه، خوردگی حفره ای برای سوراخ کردن همان دیوار بین 8000 تا 10000 ساعت طول می کشد.

سنتز{0}خروج: مدیریت ضخامت و مقیاس دیوار
غلظت سیلیس حجیم (ppm SiO2) ضخامت دیوار پیشنهادی حالت شکست مورد انتظار عمر سرویس (ساعت) منطق مهندسی هسته < 50 ppm 1.0 میلی متر – 1.2 میلی متر فقط حفره خفیف > 20000 بدون پوسته پوسته شدن قابل توجه. طراحی خوردگی معمولی اعمال می شود.
50 - 100 ppm 1.0 میلی متر (دیوار نازک-) گرم شدن بیش از حد به دلیل مقیاس 3,000-5,000 دیواره نازک دمای سطح را کاهش می دهد و پوسته پوسته شدن را کند می کند. تمیز کردن معمولی
100 تا 150 ppm توصیه نمی شود (همه ضخامت ها) پوسته پوسته شدن سریع سوزاندن-تا کمتر از 1500 مهم نیست دیوار چقدر ضخیم باشد، نمی توانید از بالا رفتن اجتناب کنید. آنتی اسکالانت یا روش تغییر را اضافه کنید.
تمیز کردن هفتگی اسیدی، هر 1.2 میلی متر تا 1.5 میلی متر تمیز کردن-کنترل شده > 10000 تمیز کردن مکرر از ایجاد رسوب باعث فرار حرارتی نمی شود. دیوار ضخیم تر می تواند فرسایش تمیز کردن را تحمل کند.
6 پیشگیری از مقیاس و مهندسی تمیز کردن آن سوی دیوار
تغییر مکانیسم شکست از خوردگی به گرمای بیش از حد ناشی از پوسته شدن سیلیس، کنترل دمای سطح را مهمتر از حد مجاز خوردگی در تعیین ضخامت دیواره می کند. بهترین راه برای مقابله با کنسانتره RO سیلیس بالا، استفاده از دیواره نازک (1.0 میلی متر) و ضد اسکالانت های شیمیایی (فسفونات هایی که از پلیمریزاسیون سیلیس جلوگیری می کنند) یا تمیز کردن هفتگی اسید (اسید سیتریک 2% در دمای 50 درجه به مدت 1 ساعت) استفاده کنید. یک دیوار 1.0 میلی متری برای دوام 5000+ ساعت. اگر پوشش کمتر از 0.2 میلی متر ضخامت داشته باشد، حالت حرارتی با تمیز کردن اسیدی که سیلیس آمورف را حل می کند، بازیابی می شود. یک دیوار ضخیم (1.8 میلی متر) بدون تمیز کردن سریعتر از یک دیوار نازک با تمیز کردن خراب می شود، زیرا دمای اولیه سطح بالاتر سرعت پوسته شدن را سریعتر از فرکانس تمیز کردن می کند.

نتیجه گیری: زمانی که پوسته پوسته شدن رخ می دهد، خوردگی مکانیسم شکست غالب نیست
بخاری غلاف تیتانیوم برای کنسانتره RO با سیلیس و کلرید بالا، مکانیسم خرابی را از حفره‌های کلرید تاخیری (سال‌ها) به سوختگی سریع بیش از حد-در طول (ماه‌ها) تبدیل می‌کند. دیواره ضخیم تر با افزایش دمای سطح در ناحیه پوسته پوسته شدن سریع وضعیت را تشدید می کند. غلظت بالای RO سیلیس باید با دیواره نازک (1.0 میلی متر) و تمیز کردن هفتگی اسید یا تزریق مداوم ضد اسکالانت انجام شود. همچنین توجه به این نکته مهم است که هر چه دیوار تمیز نشده ضخیم تر باشد در مقایسه با دیوار نازک تر که تمیز شده است سریعتر خراب می شود، بنابراین ضخامت دیوار عنصری مکمل برای کنترل مقیاس است. هنگام مشخص کردن بخاری ها، غلظت سیلیس فله (ppm) و امکان تمیز کردن اسید را به سازنده ارائه دهید و برای تأیید اینکه عملکرد زیر 80 درجه است، تخمین دمای سطح را درخواست کنید.