Mikä on oikea likaantumisvastuskerroin (Rf), joka lisätään titaanilämmittimeen, kun rakennetta skaalataan kovan veden palvelua varten 25 astetta 85 asteeseen?

Prosessinsinöörin, joka skaalaa titaanista uppolämmitintä kovaa vettä varten (korkea kalsium- ja magnesiumpitoisuus) 85 asteessa, suunnittelussa on oltava oikea likaantumisvastuskerroin (Rf), jotta voidaan ottaa huomioon lämmittimen pinnalle kertynyt kalkki. Veden lämpötilan noustessa pääosin kalsiumkarbonaatista (CaCO3) ja kalsiumsulfaatista (CaSO4) koostuvaa kalkkia saostuu titaanin pinnalle muodostaen eristävän kerroksen, joka vähentää lämmönsiirtoa ja nostaa vaipan lämpötilaa. Vaadittu Rf-arvo on veden kovuuden, maksimilämpötilan ja odotetun puhdistustiheyden funktio. Tyypillisen kovan veden (200–300 ppm CaCO₃-ekvivalenttia) 25 asteesta 85 asteeseen lämmitetyn likaantumiskestävyyskerroin on 0,0005–0,0010 m²·K/W, mikä vastaa lämmittimen pinta-alan ylimitoitusta 5–10 % tehon ylläpitämiseksi puhdistusten välisen käyttöajan.

Titaanin kerrostumisen mekanismi kovassa vedessä
Kalsiumkarbonaatin liukoisuus heikkenee lämpötilan myötä. Tätä kutsutaan käänteisliukoisuudeksi. Kovan veden kuumentaminen 25 astetta 85 asteeseen vähentää CaCO 3:n liukoisuutta noin 50 %. Ylimääräinen kalsium saostuu suoraan titaanilämmittimen pinnalle ja muodostaa kovan, sitkeän hilsekerroksen. Kalsiumkarbonaatin lämmönjohtavuus on noin 2.0 - 2.5 W/m . K, joka on paljon pienempi kuin titaanin 7,5 W/m. K. Jopa ohut kalkkipinnoite tarjoaa merkittävän lämmönkestävyyden. 0,2 mm paksu hilsekerros (Rf=0.0002/2.2≈0,00009 m2·K/W) nostaa kiukaan pintalämpötilaa 5–10 astetta tasaisella teholla ja edistää kalkin muodostumista.

Kovan veden syöttöön säännöllisellä puhdistuksella (kuukausittain tai neljännesvuosittain) kohtalainen Rf 0,0005 m²·K/W on riittävä. Jos puhdistus on harvinaista (harvemmin kuin kerran vuodessa), Rf on nostettava arvoon 0,0010–0,0015 m²·K/W.

Vaaditun likaantumiskestävyyden määrittäminen veden kovuuden ja lämpötilan perusteella
Veden kovuus (ppm CaCO3) Max Lämpötila ( aste ) Odotettu asteikon paksuus 6 kuukaudessa (mm) Laskettu Rf (m²·K/W) Suositeltu rakenne Rf Vaadittu pinta-alan lisäys 50–100 (pehmeä) 85 < 0,05 < 0,00002 %10,001 (kohtalainen) 85 0.05–0.10 0.00002–0.00005 0.0002 2% 150–250 (kova) 85 0.10–0.25 0.00005–0.00011 0.0005 5% 250–350 (erittäin kova) 85 0.25-0.50 0.00011-0.00023 0.0010 10% 350–500 (vaikea) (vaikea) > 15,0 8}% . 0,00045Ei suositella Käytä pehmennettyä vettä
Sovelluksissa, joissa veden lämpötila on yli 85 astetta (esim. . 95 astetta), skaalausnopeus on 2-3 kertaa suurempi. Jos ajetaan yli 90 C:n lämpötilassa, Rf tulee kaksinkertaistaa annetulla kovuudella. Tapauksissa, joissa veden lämpötila on alhaisempi (60–70 astetta), hilseily vähenee huomattavasti ja Rf-arvot voivat pudota puoleen.

Skenaario{0}}Perustuva opas Rf:n valintaan puhdistustiheyden perusteella
Veden kovuus ja maksimilämpötila Odotettu puhdistustaajuusDesign Rf (m2K/W) Suositeltu syy
Kova (200 ppm), 85 astetta Kuukausittain (happopuhdistus) 0,0003-0,0005 Kalkki poistetaan ennen raskaan kerroksen muodostumista. Minimi ylimitta tarvitaan.
Kova (200 ppm), 85 astetta Neljännesvuosittain 0,0008–0,0010 Puhdistukset vaaditaan 0,3–0,5 mm:n paksuudella. Se on ylimitoitettu 10% offsetilla.
Kova (200 ppm), 85oC Vuosittain > 0,0020 (ei realistista) Mittakaava > 1 mm. Lämmittimestä tulee liian kuuma. Käytä mietoa vettä tai automaattipesua.
Erittäin kova (350 ppm), 85 astetta Kuukausittain 0,0010-0,0015 Nopea skaalaus vaatii 15 % ylimitoitusta jopa kuukausittaisella puhdistuksella.
Erittäin kova (350 ppm) 70 astetta Neljännesvuosittain 0,0008-0,0010Alempi lämpötila vähentää hilseilynopeutta. Samanlainen kuin kova vesi 85 asteessa.
Mikä tahansa kovuus kemiallisella käsittelyllä (anti-hilseily) Muuttuva Pienennä Rf 50 % Anti-kalantit estävät kiteiden kehittymisen ja vähentävät hilseilyn paksuutta.
Likaantumisvastuskertoimen soveltaminen suunnittelussa
Titaanilämmittimelle kovassa vedessä tarvittava pinta-ala on A_required=Q / (U × ΔT_logmean), jossa U on kokonaislämmönsiirtokerroin sisältäen Rf: 1/U=1/h_vesi + (t_ti / k_ti) + Rf + 1/h_höyry (tai muu lämmönlähde). Esimerkiksi, jos Q ​​= 10 kW, perusviiva U=2,000 W/m2.K (puhdas ei likaantumista), ΔT=30 aste, niin A_perustaso=10,000 / (2000 x 30)=0.167 m2. Rf=0.0010 m2K/W. 1/Uusi=1/2000 + 0.0010=0.0005 + 0.0010=0.0015 Uusi=667 W/m2K. Areq=10000/667 × 30=0.500 m2, kolme kertaa perusviivan pinta-ala. Tämä suuri lisäys selittää, miksi kovan veden palvelu nostaa suuresti lämmittimen kokoa.

Toinen tapa lisätä pinta-alaa: vähentää wattitiheyttä. 0,5 m2 lämmitin on sama kuin 10 kW:n lämmitin, mutta 5 W/cm2, paljon alle normaalin kriittisen lämpövirtatason ja siten vakaa mittakaavakehityksen kanssa. Vaakarakenteen myötä lämmittimen vaipan lämpötila nousee, mutta alhainen wattitiheys antaa turvamarginaalin.

Johtopäätös Suositeltu Rf: 0,0005-0,0010 85 asteen kovalla vedellä
For hard water service (200–350 ppm CaCO₃) at 85°C, the correct fouling resistance to add for scaling up the design of a titanium heater is 0.0005–0.0010 m²·K/W, depending on the cleaning frequency. This Rf corresponds to an expected scale thickness of 0.1-0.5 mm between cleanings and necessitates an increase in the heater surface area of 5-15% over a clean-water design. For excessively hard water (>350 ppm) tai yli 90 asteen lämpötiloissa Rf-vaatimus on > 0,0015 ja pehmeää vettä tai säännöllisempää puhdistusta suositellaan. Määritettäessä titaanilämmitintä mihin tahansa kovaan veteen käytettäväksi veden kovuus (ppm CaCO 3 ), maksimi käyttölämpötila ja odotettu puhdistusväli on ilmoitettava toimittajalle, jotta voidaan valita tarkka Rf ja sopiva lämmittimen koko, jotta lämpöteho säilyy aiotun käyttöiän ajan.