Mikä maksimi kalsiumin kovuuspitoisuus 85 asteen bulkkiveden lämpötilassa estää kiehumisen-indusoidun kalkkikiinnityksen 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettuun lämmittimen vaippaan

Liukoisuusraja, joka muuttuu jauhemaisesta tarttuvaksi

Yksinkertaiset liukoisuuslaskelmat eivät anna maksimi kalsiumin kovuuskonsentraatiota (ppm CaCO3) 85 asteen bulkkilämpötilassa, mikä ei johda tarttuvan kalkin muodostumiseen kovaan veteen upotettuihin 316 ruostumattomaan teräkseen käärittyyn sähkölämmitysputkeen. Kalsiumkarbonaatin (CaCO3) liukoisuustuote pienenee lämpötilan noustessa, mutta lämmittimen suorituskyvyn avainkriteeri on saostuneen kalkin muoto ja adheesiolujuus. 85 asteessa CaCO 3 -ekvivalenttipitoisuuksilla noin 200{14}}300 ppm hilsettä saostuu pehmeänä jauheena, joka voidaan helposti poistaa nestevirtauksella tai kohtuullisella harjauksella. Yli 400-500 ppm:ssä hilseilyä tapahtuu kovana, kiteisenä aragoniittina tai kalsiittina, joka kiinnittyy tiukasti metallipintaan. Tämä luo eristävän kerroksen, joka nostaa vaipan lämpötilaa ja edistää hilseilyä. Tässä artikkelissa arvioidaan kalsiumin kovuustasot tarttuvan hilseen valmistukseen 316 vaipan päällä ja annetaan ehdotuksia vedenkäsittelystä lämmittimen pitkän aikavälin tehokkuuden ylläpitämiseksi.

Kalkkikiinnitys lämmitetyillä metallipinnoilla: mekanismi

Jos kovaa vettä kuumennetaan yli 60 astetta, kalsiumkarbonaatin liukoisuus laskee ja se saostuu. Sade on pääosin kuumilla pinnoilla, koska vaipan lähellä oleva rajakerros on ylikyllästynyt bulkkiveteen nähden. Keskeinen ero pehmeän ei--kiinnittyvän ja kovaan tarttuvan asteikon välillä on saostumisnopeus verrattuna kiteen kehittymisnopeuteen. Lievässä ylikyllästymisessä (kalsiumin kovuus 200-300 ppm 85 asteessa) saostuminen on hidasta ja tuottaa lukuisia pieniä, erillisiä kiteitä, jotka eivät lukitu voimakkaasti toisiinsa. Nämä kiteet irtoavat helposti neste- ja lämpökiertojen vaikutuksesta. Korkealla ylikyllästymisellä (yli 400-500 ppm) sade on nopeaa ja muodostaa massiivisia toisiinsa kiinnittyviä kiteitä, jotka muodostavat jatkuvan tiheän kerroksen. Tämän kerroksen adheesion lujuus voi olla yli 1-2 MPa, joten sitä ei voida poistaa alle 2-3 m/s nesteen nopeuksilla. Kun kalkkikerros tarttuu, kohonnut lämpövastus johtaa vaipan lämpötilan nousuun, mikä johtaa ylikyllästymisen lisääntymiseen metallipinnalla, mikä nopeuttaa kalkkikerroksen muodostumista itsestään huononevassa jaksossa.

Kiinnittyvien asteikkojen muodostumisen kynnysten kvantifiointi 85 asteessa

Systemaattiset likaantumistestit 316 ruostumattomasta teräksestä (Ra=0.4 µm kiillotettu pinta) synteettisessä kovassa vedessä 85 asteen bulkkilämpötilassa ja 5 W/cm²:n lämpövirrassa ovat määrittäneet kalsiumin kovuuden kynnysarvot tarttuvan kalkin muodostumiselle 1 000 tunnin jatkuvan käytön jälkeen.

Kalsiumin kovuus (ppm CaCO3:na) Alkalisuus (ppm CaCO3:na) pH-asteikko Morfologia 1 000 tunnin jälkeen Tarttumislujuus (MPa, leikkaustesti) Lisätty lämmönkestävyys (m2-K/W) Suositellaan jatkuvaan 85C-huoltoon<100 100-200 7.5-8.5 <.0001 No apparent scale N/AYes 100-200 100-200 7.5-8.5 Powdery, easily wiped off <0.1 0.0001-0.0003 Yes 200-300 150-250 7.5-8.5 Soft crystalline, removed by brushing 0.1-0.3 0.0003-0.0008 Acceptable with frequent cleaning
300-400 200-300 7.5-8.5 Mixed soft/hard, partial adhesion 0.3-0.8 0.0008-0.002 Marginal, needs water softening 400-500 250-350 7.5-8.5 Hard aragonite, very adherent 0.8-1.5 0.002-0.005Not Recommended 500-700 300-400 7.5-8.5Hard calcite, dense Layer 1.5-2.5 0.005-0.010 Unacceptable >700 >400 >8.0 Rapid scaling, total coverage >2.5 >0.010 Ei hyväksyttävää
Muut veden kemialliset tekijät, jotka vaikuttavat kovuuteen

Taulukko , kalsiumin kovuusrajoihin vaikuttaa kolme muuta veden kemiallista parametria. Ensimmäinen on alkalisuus (bikarbonaattipitoisuus). Kalkkikiven muodostumiseen tarvitaan sekä kalsiumia että alkalisuutta. Vesi, jossa on paljon kalsiumia mutta alhainen alkalisuus (esim. kalsiumkloridin kovuus ilman bikarbonaattia), ei muodosta karbonaattihilsettä. Kynnysarvot perustuvat bikarbonaattiemäksisyyteen, joka vastaa lähes kalsiumin kovuutta (tasapainotettu vesi). Emäksisyys, joka on alle puolet kalsiumin kovuudesta, vähentää hilseilypotentiaalia 40-60 %. Toinen ongelma on pH. Kalsiumkarbonaatti liukenee pH:ssa alle 7,0, eikä hilsettä muodostu, vaikka vesi olisi kuinka kovaa. Skaalautuvuuspotentiaali nousee jyrkästi yli pH 8,5:n. Kolmas näkökohta on kattilakiven estäjien, kuten polyfosfaattien, fosfonaattien tai polymeerien, olemassaolo. Kiinnittyvä kalkkikiven muodostuminen voidaan estää tasoilla 800-1000 ppm asti lisäämällä 2-5 ppm kaupallisen mittakaavan inhibiittoria, joka lisää sallittua kalsiumin kovuutta kertoimella 2-3.

Käytännön ohjeita 316 lämmittimien vedenkäsittelyyn 85 asteessa

Seuraavat vedenkäsittelyohjeet minimoivat kalkkikiven tarttumisen ja maksimoivat pitkän aikavälin lämpöhyötysuhteen 316 vaippaisessa lämmittimessä, jotka toimivat 85 asteen bulkkiveden lämpötilassa. Kalsiumin kovuus alle 200 ppm ei vaadi muuta hoitoa kuin säännöllistä tarkastusta (6-12 kuukauden välein). Jos kovuus on 200-300 ppm, kuukausittaista harjausta tai kemiallista puhdistusta (laimea happohuuhtelu) suositellaan. Veden pehmennys (ioninvaihto) tai kalkkikiven estäjän lisääminen on erittäin suositeltavaa, jos kovuus on 300-400 ppm. Vedenpehmennys on välttämätöntä, jotta vältytään nopealta suorituskyvyn heikkenemiseltä, jos kovuus ylittää 400 ppm. Millä tahansa kovuustasolla hilseilytaipumus vähenee, kun pH pidetään alle 8,0:ssa ja paikallista kiehumista vältetään (lämpövirta rajoitettu 5-6 W/cm2). Lämmittimille, joiden on toimittava suuremmalla lämpövirralla (8-10 W/cm2) tai korkeammalla bulkkilämpötilalla (90-95 astetta), taulukon sallittuja kovuusarvoja tulee laskea 30-50 %.

Asteiko-Aiheuttaneen ylikuumenemisen kenttädiagnoosi

Kolme kenttämerkkiä kertovat, milloin kalkin tarttumisesta on tullut ongelma kovan veden lämmittimille. Ensimmäinen on lämmittimen pintalämpötilan nousu samalla tehotulolla, joka voidaan havaita infrapunalämpömittarilla. Lämpötilan nousu 10-15 astetta puhtaan tilan yläpuolelle tarkoittaa noin 0,1-0,2 mm:n hilseilykerrosta. Toinen ilmaisin on pidempi aika asetuslämpötilan saavuttamiseen, koska eristävä asteikko rajoittaa lämmön siirtymistä bulkkiveteen. Kolmas ilmaisin on kuuluva poksahdus tai suhina, joka ilmaisee paikallista kiehumista kalkkikerrostumien alla, kun loukkuun jäänyt vesi höyrystyy ja karkaa. Jos jokin näistä ilmaisimista näkyy, lämmitin tulee poistaa ja puhdistaa kemiallisella kalkinpoistolla (5-10 % sitruuna- tai sulfamiinihappoliuoksella) tai mekaanisella harjalla. Jos puhdistus palauttaa suorituskyvyn, mutta hilseily palautuu 1-2 kuukauden kuluessa, pehmennys on tarpeen.

Johtopäätös: Kovuuden rajoitukset asteikkovapaalle-käytölle 85 asteessa

85-asteisessa bulkkivedessä, kalsiumkovuus<200 ppm produces a soft, non-adherent scale on 316 stainless steel encased heaters that has no effect on performance. Hardness of 200-300 ppm is tolerable with periodic cleaning. When the hardness exceeds 400 ppm, hard adhering aragonite or calcite scale forms fast insulating the heater and promoting additional deposition. When specifying 316 sheaths for hot water service the engineers should get the calcium hardness and alkalinity analysis of the feed water and compare this to the thresholds in the table. If the hardness is greater than 400 ppm, water softening or addition of a scale inhibitor is essential to avoid loss of performance and premature failure of the heater. This framework relates calcium hardness to observable scale morphology and adhesion strength so that the buyer can design water treatment plans for maintaining thermal efficiency and life extension of the heater in a hard water application.