V 25 % natrijevem hidroksidu pri 90 stopinjah silicijev dioksid (SiO₂) reagira s titanom, da nastane natrijev titanat (Na₂TiO₃) in natrijev silikat. Te lestvice imajo zelo nizko toplotno prevodnost 0,5–1,5 W/m·K v primerjavi z 21,9 W/m·K za titan. Največja dovoljena koncentracija silicijevega dioksida za preprečevanje nastajanja izolacijskega kamna je 50 ppm. Nad 50 ppm debelina luske preseže 0,1 mm v 500 urah, kar povzroči znatno izgubo toplote. Vodni kamen nastane z reakcijo: TiO₂ + 2NaOH + SiO₂ → Na₂TiO₃ + Na₂SiO3 + H₂O.

Mehanizem nastajanja vodnega kamna natrijevega titanata

Pri 90 stopinjah v jedki raztopini titan tvori tanko pasivno plast TiO₂. Kremen se raztopi kot silikatni ioni (SiO₃²⁻). Silikat in titanat reagirata in tvorita mešano natrijev titanat-silikatno lestvico. Lestvica raste z difuzijo Ti⁴⁺ in Si4⁺ skozi obstoječo lestvico. Ko je luska enkrat oblikovana, je trda, lepljiva in izolirna. Vodnega kamna ni mogoče odstraniti s čiščenjem s kislino, ne da bi napadli osnovno kovino titana.

Kvantitativna tvorba lestvice kot funkcija koncentracije silicijevega dioksida

Kontrolirano testiranje v 25 % NaOH pri 90 stopinjah v 500 urah je pokazalo naslednje za titan stopnje 2. Pri 0 ppm silicijevega dioksida je debelina lestvice 0 µm, sestava lestvice ni nobena in zmanjšanje prenosa toplote je 0 %. Pri 10 ppm kremena je debelina skale 5–15 µm, sestava je natrijev silikat, zmanjšanje prenosa toplote pa 2–5 %. Pri 25 ppm je debelina 15–40 µm, sestava je mešana silikat/titanat, redukcija pa 5–15 %. Pri 50 ppm, kritičnem pragu, je debelina 40–80 µm, v sestavi prevladuje natrijev titanat, redukcija pa je 15–30 %. Pri 100 ppm je debelina 80–150 µm, sestava je gost titanat, redukcija pa 30–50 %. Pri 250 ppm je debelina 150–300 µm, sestava je težka lestvica, redukcija pa 50–70 %.

Vpliv temperature in koncentracije NaOH na toleranco silicijevega dioksida

Največja dovoljena koncentracija silicijevega dioksida se zmanjšuje z naraščanjem temperature in koncentracije NaOH. Pri 70 stopinjah in 25 % NaOH je dovoljen silicijev dioksid za<0.1 mm scale is 100 ppm, and the recommended maximum is 75 ppm. At 80°C, the allowable is 75 ppm, and the recommended is 50 ppm. At 90°C, the allowable is 50 ppm, and the recommended is 30 ppm. At 100°C, the allowable is 30 ppm, and the recommended is 20 ppm. At 110°C, the allowable is 20 ppm, and the recommended is 10 ppm. At 50% NaOH and 90°C, the allowable silica is 25 ppm.

Priročnik za nadzor silicijevega dioksida in preprečevanje vodnega kamna

Naslednja tabela podaja priporočila za največjo dovoljeno koncentracijo silicijevega dioksida in ukrepe za titanove grelnike stopnje 2 v 25 % NaOH pri 90 stopinjah.

Inženiring zunaj nadzora koncentracije silicijevega dioksida

Razred titana ne preprečuje nastajanja vodnega kamna, vendar ima razred 7 boljšo odpornost proti-koroziji. Debelina stene zagotavlja dodatek za prenos toplote; debelejša stena ima višjo osnovno linijo ΔT, zato je odstotek zmanjšanja za določeno debelino skale nekoliko nižji. Površinska obdelava cevi vpliva na oprijem lusk; elektropolirane površine (Ra pod 0,3 µm) omogočajo lažje odstranjevanje vodnega kamna. Za jedko dopolnjevanje je treba uporabiti deionizirano vodo,-da preprečite kontaminacijo s kremenčevim dioksidom. Mehčalec kationske izmenjave odstrani silicijev dioksid. Jedko raztopino je treba filtrirati skozi 1 µm filter, da odstranimo suspendirane delce kremena.

Izdelava informirane specifikacije

Za titanov grelnik stopnje 2 v 25 % NaOH pri 90 stopinjah vzdržujte koncentracijo silicijevega dioksida pod 20 ppm, da zagotovite varnostno mejo pod pragom skaliranja 50 ppm. Za ličenje uporabljajte deionizirano vodo-in tedensko spremljajte silicijev dioksid s kolorimetrično analizo. Če kremen preseže 30 ppm, jedko raztopino razredčite z deionizirano vodo ali jo v celoti zamenjajte. Pri obstoječih grelnikih s kremenčevim kamnom ga odstranite mehansko z najlonsko krtačo; za čiščenje ne uporabljajte HF ali HCl. Z nadzorovanjem koncentracije silicijevega dioksida pod 30 ppm inženir prepreči nastajanje izolacijskega natrijevega titanata pri vročem jedkem.