Ko se titanov plašč uporablja kot grelec za tok koncentrata reverzne osmoze z visoko vsebnostjo silicijevega dioksida in klorida, kako odlaganje silicijevega dioksida spremeni mehanizem okvare od korozije do pregrevanja?

Osnovni kompromis-pri zasnovi titanovega grelnika pri servisiranju RO koncentrata
Za tokove koncentrata RO je značilna visoka vsebnost kloridov (10.000–50.000 ppm) in večja vsebnost silicijevega dioksida (50–200 ppm kot SiO2). Titan je bil izbran zaradi njegove odpornosti na kloridno korozijo. Vendar pri temperaturah nad 70 stopinj silicijev dioksid polimerizira in se obori kot amorfna lestvica na segretih površinah. Ta kremenčeva lestvica popolnoma vpliva na proces okvare. Življenjska doba 3-5 let za titan brez vodnega kamna zaradi luknjičaste luknjice s kloridi. Lestvica služi kot izolacijska prevleka in povzroča lokalizirano pregrevanje, ki povzroči hitro prežganje ovoja v mesecih. Na ta mehanizem vpliva debelina stene: debelejša stena bo bolj vroča na površini pri enaki gostoti moči, s čimer se poveča polimerizacija silicijevega dioksida in ustvarjanje lestvice. Ta prehod od korozije do okvare z omejenim obsegom je pomemben za načrtovanje grelnikov za aplikacije RO koncentrata.

Vpliv na mehansko celovitost: Kinetika nastajanja silicijevega dioksida
Topnost silicijevega dioksida se zmanjšuje z naraščajočo temperaturo in povečuje z naraščajočim pH. Koncentrat RO pri pH 7-8 in 70 stopinjah je koncentracija nasičenosti približno 120 ppm SiO2. Če temperatura površine titanovega plašča preseže 80 stopinj (zaradi električnega upora skozi steno), lokalna topnost pade pod 80 ppm in pride do prenasičenja in polimerizacije. Reakcija je: Si(OH)4 (aq) SiO2 (amorfen) + 2H2O Indukcijski čas za nastajanje kamna silicijevega dioksida je povezan z Arrheniusom. Pri površinski temperaturi 80 stopinj se vodni kamen oblikuje v 48 urah; pri 90 stopinjah se oblikuje v 8 urah. Za 1,0 mm steno iz titana v 70-stopinjskem koncentratu RO v razsutem stanju, ki deluje pri 2,5 W/cm², je površinska temperatura približno 78 stopinj, tik pod pragom hitrega skaliranja. Pri debelini stene 1,8 mm površina doseže 85 stopinj in preide v režim hitrega skaliranja. Ko se oblikuje plast silicijevega dioksida (prevodnost=1 W/m·K v primerjavi s 17 W/m·K za titan), dodatni toplotni upor dodatno poveča površinsko temperaturo, kar spodbuja večje odlaganje vodnega kamna. Mehanizem okvare se premika od luknjičaste korozije (leta) do toplotnega bega (meseci).

Vpliv na toplotno učinkovitost: pregrevanje in prežganje-
Tanka plast silicijevega dioksida, debela le 0,5 mm, prispeva toplotni upor $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$. Pri 2,5 W/cm² plast kremena debeline 0,5 mm povzroči padec temperature za 12,5 stopinj na lestvici. To pomeni, da mora biti titanova zunanja površina za 12,5 stopinj toplejša, da zagotovi enak toplotni tok. Povišana temperatura pomeni veliko hitrejše nastajanje vodnega kamna. Pozitivne povratne informacije se nadaljujejo, dokler žica notranjega upora ne preseže svoje meje 450C, kar povzroči okvaro izolacije MgO in prežganje-plašča. Terenski podatki o grelnikih RO koncentrata kažejo, da 1,2 mm stena iz titana z začetno površinsko temperaturo 80 stopinj v 500 urah tvori 0,3 mm silicijevega dioksida, ki dvigne površino na 95 stopinj. Lestvica se eksponentno poveča pri 95 stopinjah in doseže 1,0 mm v nadaljnjih 500 urah, ko je temperatura žice več kot 450 stopinj in grelec poči. Skupno trajanje od čistega začetka do okvare je 1.000–1.500 ur. Za primerjavo, luknjičasta korozija traja od 8.000 do 10.000 ur, da perforira isto steno.

Sinteza kompromisov-: Debelina stene in upravljanje velikosti
Koncentracija silicijevega dioksida v razsutem stanju (ppm SiO2) Predlagana debelina stene Pričakovana življenjska doba v načinu okvare (ure) Osnovna inženirska utemeljitev < 50 ppm 1,0 mm – 1,2 mm Samo blaga luknjičasta luknjica > 20.000 Brez bistvenega skaliranja; uporablja se običajna zasnova proti koroziji.
50 – 100 ppm 1,0 mm (tanka-stena) Pregrevanje zaradi vodnega kamna 3.000–5.000 Tanka stena zniža površinsko temperaturo in upočasni nastajanje vodnega kamna. Čiščenje normalno.
100 do 150 ppm. Ni priporočljivo (vse debeline) Hitro skaliranje Burn{2}} skozi < 1.500 Ni pomembno, kako debela je stena, plezanju se ne morete izogniti. Dodajte sredstvo proti vodnemu kamnu ali spremenite postopek.
Tedensko kislinsko čiščenje, poljubno 1,2 mm – 1,5 mm Čiščenje-nadzorovano > 10.000 Pogosto čiščenje preprečuje, da bi vodni kamen povzročil toplotni umik. Debelejša stena lahko prenese erozijo čiščenja.
6 Preprečevanje vodnega kamna in čistilni inženiring onstran zidu
Premik v mehanizmu okvare od korozije do pregretja, ki ga povzroči luščenje silicijevega dioksida, naredi nadzor površinske temperature pomembnejši od dodatka za korozijo pri določanju debeline stene. Najboljši način za reševanje RO koncentrata z visoko vsebnostjo silicijevega dioksida je uporaba tanke stene (1,0 mm) in kemičnih sredstev proti -nabiranju lusk (fosfonati, ki preprečujejo polimerizacijo silicijevega dioksida) ali tedenskega čiščenja s kislino (2 % citronske kisline pri 50 stopinjah za 1 uro). 10-20 ppm sredstva proti-nabiranju lusk povečajo čas indukcije lusk za faktor 5-10, kar omogoča steno debeline 1,0 mm traja 5000+ ur. Če je prevleka debela manj kot 0,2 mm, se toplotno stanje vzpostavi s čiščenjem s kislino, ki raztopi amorfni silicijev dioksid. Debela stena (1,8 mm) brez čiščenja pokvari hitreje kot tanka stena s čiščenjem, saj višja začetna površinska temperatura pospeši nastajanje vodnega kamna hitreje, kot lahko sledi pogostost čiščenja.

Zaključki: ko pride do nabiranja vodnega kamna, korozija ni prevladujoč mehanizem okvare
Grelec iz titanovega plašča za RO koncentrat z visoko vsebnostjo silicijevega dioksida in klorida preoblikuje mehanizem odpovedi iz zakasnjenega kloridnega pitinga (leta) v hitro pregreto opeklino -skozi (meseci) zaradi odlaganja silicijevega dioksida. Debelejša stena poslabša situacijo s povečanjem površinske temperature v območju hitrega skaliranja. Z visoko koncentracijo RO silicijevega dioksida je treba ravnati s tanko steno (1,0 mm) in tedenskim čiščenjem s kislino ali neprekinjenim vbrizgavanjem proti-skalanta. Pomembno je tudi upoštevati, da debelejša ko je stena, ki ni bila očiščena, hitreje bo odpovedala v primerjavi s tanjšo steno, ki je bila očiščena, zato je debelina stene dopolnilni element za nadzor obsega. Ko določate grelnike, proizvajalcu posredujte koncentracijo silicijevega dioksida (ppm) in možnost čiščenja s kislino ter zahtevajte oceno površinske temperature, da preverite, ali bo delovanje pod 80 stopinj.