Kun titaanivaippaa käytetään lämmittimenä käänteisosmoosikonsentraattivirralle, jossa on paljon piidioksidia ja kloridia, kuinka piidioksidikerrostus muuttaa vikamekanismin korroosiosta ylikuumenemiseen?

Peruskauppa-titaanilämmittimen suunnittelussa RO-tiivistepalvelussa
RO-rikastevirroille on ominaista korkea kloridipitoisuus (10 000–50 000 ppm) ja korkeampi piidioksidipitoisuus (50–200 ppm SiO2:na). Titaani valittiin sen kestävyyden vuoksi kloridikorroosiota vastaan. Kuitenkin yli 70 asteen lämpötiloissa piidioksidi polymeroituu ja saostuu amorfisena hilseenä kuumennetuille pinnoille. Tämä piidioksidiasteikko vaikuttaa täysin vikaprosessiin. Titaanin käyttöikä 3-5 vuotta ilman kalkkia kloridien aiheuttaman kuoppaisuuden vuoksi. Vaaka toimii eristävänä pinnoitteena ja aiheuttaa paikallista ylikuumenemista, mikä johtaa nopeaan vaipan läpipalamiseen kuukausissa. Tähän mekanismiin vaikuttaa seinämän paksuus: paksumpi seinä kuumenee pinnalla samalla tehotiheydellä, mikä lisää piidioksidin polymeroitumista ja kalkkikiven muodostumista. Tämä siirtyminen korroosiosta skaalautumiseen on tärkeää suunniteltaessa lämmittimiä RO-rikastesovelluksiin.

Vaikutus mekaaniseen eheyteen: piidioksidikiven muodostumisen kinetiikka
Piidioksidin liukoisuus vähenee lämpötilan noustessa ja kasvaa pH:n noustessa. RO-konsentraatti pH:ssa 7-8 ja 70 asteessa kyllästyskonsentraatio on noin 120 ppm SiO2. Jos titaanivaipan pintalämpötila ylittää 80 astetta (seinän läpi kulkevan sähkövastuksen vuoksi), paikallinen liukoisuus laskee alle 80 ppm:n ja tapahtuu ylikyllästystä ja polymeroitumista. Reaktio on: Si(OH)4 (aq) SiO2 (amorfinen) + 2H2O Piidioksidimittakaavan tuotannon induktioaika liittyy Arrheniukseen. Pintalämpötilassa 80 astetta kalkki muodostuu 48 tunnissa; 90 asteessa se muodostuu 8 tunnissa. 1,0 mm:n titaaniseinässä 70 asteen bulkkitiivisteessä, joka toimii 2,5 W/cm²:n teholla, pintalämpötila on noin 78 astetta, juuri nopean skaalauskynnyksen alapuolella. Kun seinämän paksuus on 1,8 mm, pinta saavuttaa 85 astetta ja siirtyy nopeaan skaalaustilaan. Kun piidioksidikerros on muodostunut (johtavuus=1 W/m·K verrattuna titaanin arvoon 17 W/m·K), ylimääräinen lämpövastus nostaa pintalämpötilaa entisestään, mikä edistää kalkkikerrostumaa. Vikamekanismi siirtyy pistekorroosiosta (vuosia) lämpökarkaamiseen (kuukautta).

Vaikutus lämpösuorituskykyyn: ylikuumeneminen ja{0}}läpipalaminen
Ohut piidioksidikerros, vain 0,5 mm paksu, lisää lämpövastusta $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$. Teholla 2,5 W/cm² 0,5 mm:n piidioksidikerros antaa 12,5 asteen lämpötilan pudotuksen asteikolla. Tämä tarkoittaa, että titaanin ulkopinnan on oltava 12,5 astetta kuumempi, jotta se tuottaa saman lämpövirran. Korkeampi lämpötila tarkoittaa paljon nopeampaa hilseilyä. Positiivinen palaute jatkuu, kunnes sisäinen resistanssijohdin ylittää 450 C:n rajansa, mikä laukaisee MgO-eristysvaurion ja vaipan läpipalamisen. RO-rikastelämmittimien kenttätiedot osoittavat, että 1,2 mm:n titaaniseinä, jonka pintalämpötila on 80 astetta, muodostaa 0,3 mm piidioksidia 500 tunnissa ja nostaa pinnan 95 asteeseen. Skaalaus lisääntyy eksponentiaalisesti 95 asteessa ja saavuttaa 1,0 mm:n toisessa 500 tunnissa, kun langan lämpötila on yli 450 astetta ja lämmitin rikkoutuu. Kokonaiskesto puhtaasta käynnistyksestä vaurioitumiseen on 1 000-1 500 tuntia. Vertailun vuoksi pistekorroosiolla kestää 8 000 - 10 000 tuntia saman seinän rei'ittämiseen.

Kauppa{0}}synteesi: seinän paksuus ja mittakaavan hallinta
Bulkkipiidioksidin pitoisuus (ppm SiO2) Suositeltu seinämän paksuusOdotettu vikatilan käyttöikä (tuntia) Ydintekninen perustelu < 50 ppm 1,0 mm – 1,2 mm Vain lievä pistemäisyys > 20 000 Ei merkittävää hilseilyä; pätee perinteinen korroosiorakenne.
50 – 100 ppm 1,0 mm (ohut-seinä) Ylikuumeneminen skaalan takia 3 000–5 000 Ohut seinämä alentaa pintalämpötilaa ja hidastaa hilseilyä. Siivous normaali.
100–150 ppmEi suositella (kaikki paksuudet) Nopea skaalaus Palaminen-< 1 500 asti Seinän paksuus ei ole väliä, et voi välttää kiipeilyä. Lisää likanestettä tai muuta menettelyä.
Viikoittainen happopuhdistus, kaikki 1,2 mm – 1,5 mm Puhdistus-ohjattu > 10 000 Toistuva puhdistus estää kalkkia aiheuttamasta lämpökarkaamista. Paksumpi seinä kestää puhdistuksen eroosion.
6 Kalkkikiven ehkäisy- ja puhdistustekniikka muurin takana
Vikamekanismin siirtyminen korroosiosta piidioksidihilseilyn aiheuttamaan ylikuumenemiseen tekee pinnan lämpötilan hallinnasta tärkeämpää kuin korroosionvaran seinämän paksuuden määrittämisessä. Paras tapa käsitellä runsaasti piidioksidia sisältävää RO-konsentraattia on käyttää ohutseinämää (1,0 mm) ja joko kemiallisia anti-scalantteja (fosfonaatteja, jotka estävät piidioksidin polymeroitumisen) tai viikoittaista happopuhdistusta (2 % sitruunahappoa 50 asteessa 1 tunnin ajan) . 10-20 ppm anti-skalantit lisäävät skaalauskerrointa 0 mm:llä induktioaikaa 1:llä. viimeiset 5000+ tuntia Jos pinnoitteen paksuus on alle 0,2 mm, lämpötila palautetaan happopuhdistuksella, joka liuottaa amorfisen piidioksidin. Paksu seinä (1,8 mm) ilman puhdistusta epäonnistuu nopeammin kuin ohut seinä puhdistettuna, koska korkeampi pinnan alkulämpötila nopeuttaa hilseilyä nopeammin kuin puhdistustaajuus kestää.

Johtopäätökset: Kun hilseilyä tapahtuu, korroosio ei ole hallitseva vikamekanismi
Runsaasti piidioksidia ja kloridia sisältävän RO-konsentraatin titaanivaippalämmitin muuttaa vikamekanismin viivästetystä kloridipisteestä (vuosia) nopeaan ylikuumentuneeseen palamiseen-(kk) piidioksidisaostuman vuoksi. Paksumpi seinä pahentaa tilannetta nostamalla pintalämpötilaa nopeasti hilseilevälle alueelle. Korkea piidioksidipitoisuus RO tulee käsitellä ohuella seinämällä (1,0 mm) ja viikoittainen happopuhdistuksella tai jatkuvalla anti-scalant-injektiolla. On myös tärkeää huomata, että mitä paksumpi seinä, jota ei ole puhdistettu, sitä nopeammin se vaurioituu verrattuna ohuempaan seinään, joka on puhdistettu, joten seinämän paksuus on lisäelementti skaalan hallinnassa. Kun määrität lämmittimiä, ilmoita valmistajalle silikan bulkkipitoisuus (ppm) ja happopuhdistusmahdollisuus ja pyydä pintalämpötila-arvio varmistaaksesi, että toiminta on alle 80 astetta.