V 30-odstotni raztopini kalcijevega klorida (CaCl₂) pri 100 stopinjah, ki vsebuje 2 % magnezijeve nečistoče (kot MgCl₂), se obarja vodni kamen magnezijevega hidroksida (Mg(OH)₂) prednostno kot kalcijev karbonat ali kalcijev sulfat. Magnezijev hidroksid je pri visokih temperaturah zelo slabo topen in na površinah titanovega grelnika tvori trdo oprijemo lusko. Vodni kamen ima nizko toplotno prevodnost (1–2 W/m·K) in povzroča lokalno pregrevanje. Največja dovoljena skupna trdota vode (kot CaCO₃) za preprečevanje prednostnega nabiranja vodnega kamna magnezijevega hidroksida je 200 ppm. Nad to ravnjo debelina luske preseže 0,2 mm v 500 urah, kar povzroči 30–50 % zmanjšanje prenosa toplote.

Mehanizem prednostnega luščenja magnezijevega hidroksida

V visoko{0}}temperaturni slanici hidrolizirajo magnezijevi ioni: Mg²⁺ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2H⁺. Ta reakcija je endotermna in se pospešuje z naraščanjem temperature. Lokalni pH na vroči površini titana se dvigne zaradi zmanjšanja količine vode, kar dodatno spodbuja obarjanje Mg(OH)₂. Kalcijevi ioni tvorijo karbonatne in sulfatne luske, vendar so te slabše oprijemljive in jih je lažje odstraniti. Prisotnost magnezija že pri 2 % nečistoč povzroči, da v sestavi vodnega kamna prevladuje Mg(OH)₂, ko trdota vode preseže 200 ppm. Luska raste kot plošča-kot kristali, ki se združijo in tvorijo trdno plast.

Kvantitativno nastajanje vodnega kamna kot funkcija trdote vode

Kontrolirano testiranje v sintetični slanici (30 % CaCl₂, 2 % MgCl₂, 100 stopinj) z različno skupno trdoto (izraženo kot ppm CaCO3) v 500 urah je pokazalo naslednje. Pri trdoti pod 100 ppm je debelina luske 10–30 µm, lestvica je kalcijev karbonat z manjšo količino Mg(OH)₂, odstranitev je mogoča s čiščenjem s kislino, zmanjšanje prenosa toplote pa je 5–15 %. Pri trdoti 100–200 ppm debelina lestvice doseže 30–70 µm, lestvica je mešanica karbonata in Mg(OH)₂, odstranitev zahteva ščetkanje in kislino, zmanjšanje prenosa toplote pa je 15–30 %. Pri trdoti 200–300 ppm, kritičnem pragu, je debelina luske 60–120 µm, lestvica postane prevladujoča Mg(OH)₂ z visoko oprijemljivostjo, odstranitev zahteva mehansko strganje in zmanjšanje prenosa toplote je 25–45 %. Pri trdoti 300–500 ppm je debelina lestvice 100–200 µm, lestvica je trd magnezijev hidroksid, odstranitev je zelo težavna in zmanjšanje prenosa toplote je 40–60 %. Nad 500 ppm debelina luske preseže 200 µm, pride do močnega luščenja in zmanjšanje prenosa toplote preseže 60 %.

Vpliv koncentracije magnezija in temperature na toleranco trdote

Največja dovoljena trdota vode se zmanjšuje z večanjem koncentracije magnezija. Pri 1% primesi magnezija je dovoljena trdota za<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.

Priročnik za nadzor trdote vode za slanico s kalcijevim kloridom, onesnaženo-z magnezijem

Naslednja tabela podaja priporočila za največjo dovoljeno trdoto vode v 30-odstotni raztopini CaCl₂ z 2-odstotno nečistočo magnezija pri 100 stopinjah glede na želeno debelino luske in pogostost čiščenja.

Inženiring, ki presega nadzor trdote vode

Razred titana ne vpliva na nastajanje vodnega kamna, vendar je razred 7 bolj odporen na korozijo pod-vodnega kamna. Debelina stene zagotavlja dodatek za prenos toplote; 2,0 mm stena z 0,3 mm skale ima zmanjšan, a še vedno funkcionalen prenos toplote. Elektropolirane površine (Ra pod 0,3 µm) zmanjšajo oprijem vodnega kamna in omogočajo lažje odstranjevanje. Zaviralci vodnega kamna, kot so poliakrilati ali fosfonati, so učinkoviti za kalcijev karbonat, vendar imajo omejen učinek na magnezijev hidroksid. pH slanice je treba vzdrževati pod 7,5; višji pH pospeši obarjanje Mg(OH)₂. Čiščenje s periodično kislino s 5 % klorovodikovo kislino pri 50 stopinjah 2 uri raztopi vodni kamen kalcijevega karbonata, vendar je manj učinkovito pri Mg(OH)₂.

Izdelava informirane specifikacije

Za titanovo grelno palico, ki deluje v 30 % slanici kalcijevega klorida z 2 % nečistoč magnezija pri 100 stopinjah, vzdržujte skupno trdoto vode pod 100 ppm, da preprečite prednostno nabiranje vodnega kamna magnezijevega hidroksida. Za pripravo-slanice uporabite zmehčano vodo in tedensko spremljajte trdoto s titracijo. Če trdota preseže 200 ppm, oborite magnezij tako, da povišate pH na 9,5 z apnom, nato pa filtrirajte, preden ponovno uporabite. Za obstoječe grelnike z vodnim kamnom Mg(OH)₂ uporabite 10 % citronsko kislino pri 70 stopinjah 4 ure, čemur sledi mehansko krtačenje. Z nadzorom trdote vode pod 200 ppm inženir prepreči nastajanje oprijetega vodnega kamna magnezijevega hidroksida, ki zmanjša prenos toplote in povzroči lokalno pregrevanje.