עבור מוט חום טיטניום הפועל במי מלח 30% סידן כלוריד ב-100 מעלות עם טומאת מגנזיום של 2%, מהי קשיות המים המרבית המותרת (כמו CaCO₃) כדי למנוע אבנית מועדפת של מגנזיום הידרוקסיד?

ב-100 מעלות במי מלח 30% סידן כלורי (CaCl 2) עם 2% טומאה מגנזיום (כמו MgCl 2), קשקשים של מגנזיום הידרוקסיד (Mg(OH) 2 ) מזרזים עדיפות על פני סידן פחמתי או סידן גופרתי. מגנזיום הידרוקסיד נמוך במיוחד במסיסות בטמפרטורות גבוהות ובונה אבנית קשיחה ונצמדת על משטחי מחמם הטיטניום. לסקאלה יש מוליכות תרמית נמוכה (1-2 W/mK) מה שגורם להתחממות יתר מקומית. הקשיות הכוללת (כ-CaCO3) המותרת למניעת אבנית מועדפת של מגנזיום הידרוקסיד היא 200 ppm. בהגדרה זו, עובי האבנית הוא 0.2 מ"מ ב-500 שעות והעברת החום מופחתת ב-30-50%.

מנגנון היווצרות אבנית של מגנזיום הידרוקסיד מועדף

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. תגובה זו היא אנדותרמית וככל שהטמפרטורה גבוהה יותר כך היא מתקדמת מהר יותר. הפחתת המים מקדמת את ה-pH המקומי במשטח הטיטניום המחומם, ומעודדת את המשקעים של Mg(OH)2. יוני סידן מזרזים אבנית של סידן פחמתי וסידן גופרתי אך אלה פחות נצמדים וניתן להסירם בקלות רבה יותר. אם קשיות המים היא יותר מ-200 ppm, האבנית מורכבת בעיקר מ-Mg(OH)2 אפילו עם 2% טומאה מגנזיום. כאשר קנה המידה מתרחב, לוחיות-כמו גבישים משתלבות, ויוצרות שכבה קשה.

קנה מידה כמותי של היווצרות מול קשיות מים

בדיקה מבוקרת בתמלחת סינטטית (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 מעלות) במשך 500 שעות עם קשיות כוללת מגוונת (מבוטאת כ-ppm CaCO3) קבעה את הדברים הבאים. עובי אבנית 10-30 מיקרון אבנית סידן פחמתי עם Mg(OH) מינימלית 2 הסרה אפשרית על ידי שטיפת חומצה הפחתת העברת חום 5-15% קשיות < 100 ppm ב-100-200 ppm קשיות עובי אבנית הוא 30-70 מיקרומטר, אבנית היא תערובת מעורבת (OH, קרבונט וחומצה) הפחתת העברת חום היא 15–30%. 200-300 ppm סף קריטי עובי אבנית 60-120 מיקרומטר סוג אבנית Mg(OH)2 דומיננטי, הידבקות גבוהה הסרה גרידה מכנית הפחתת העברת חום 25-45% בקשיות של 300–500 ppm מגנזיום עובי האבנית 0–200, זה הידרוקסי הוא 0-20m מגנזיום. קשה מאוד להסיר, הפחתת העברת החום היא 40-60%. אם הריכוז הוא מעל 500 ppm, עובי האבנית הוא יותר מ-200 מיקרומטר, מתרחשת אבנית חמורה והפחתת העברת החום היא יותר מ-60%.

השפעת ריכוז מגנזיום וטמפרטורה על סבילות קשיות

קשיות המים המרבית המותרת יורדת עם הגדלת ריכוז המגנזיום. עבור אבנית של 0.1 מ"מ ו-1% טומאה מגנזיום, הקשיות המקובלת היא 300 ppm. הקשיות המותרת יורדת ל-200 ppm ב-2% מגנזיום. ב-3% מגנזיום הקשיות המותרת יורדת ל-150 ppm. ב-5% מגנזיום הקשיות המותרת היא רק 80ppm. הטמפרטורה משפיעה גם על הסף כאשר קשיות מותרת ב-2% מגנזיום היא 350 ppm ב-80 מעלות. קשיות מותרת ב-100 מעלות צלזיוס היא 200 ppm. 120 ppm היא קשיות בסדר ב-120 מעלות צלזיוס בלחץ. הקשיות המותרת ב-140 מעלות היא 80 עמודים לדקה.

בקרת קשיות המים במגנזיום-תמיסת סידן כלוריד מזוהם: מדריך

הטבלה הבאה מציגה את קשיות המים המקסימלית המקובלת המומלצת עבור תמיסת 30% CaCl2 עם 2% טומאת מגנזיום ב-100 מעלות. ההמלצות מבוססות על עובי האבנית הרצוי ותדירות הניקוי.

עובי אבנית רצוי לאחר 500 שעות (מיקרומטר) קשיות מים מרבית המותרת (ppm CaCO₃) הרכב אבנית שיטת ניקוי מומלצת<30 (low scaling) <100 Calcium carbonate Acid cleaning (5% HCl) 30–70 (moderate) 100–200 Mixed carbonate/Mg(OH)₂ Acid + brushing 70–120 (high) 200–250 Mg(OH)₂ dominant Mechanical scraping >120 (severe) >250 Hard Mg(OH)₂ לא מומלץ הנדסה מעבר לבקרת קשיות מים

לדרגת טיטניום יש השפעה מועטה על התפתחות הסולם; עם זאת, דרגה 7 מציגה עמידות מעולה בפני קורוזיה מתחת ל-קנה מידה. עובי הקיר מציע קצבת העברת חום; קיר של 2.0 מ"מ עם קנה מידה של 0.3 מ"מ הצטמצם, אך עדיין ניתן לשימוש. משטחים מלוטשים אלקטרו (Ra < 0.3 מיקרומטר) ממזערים את היצמדות האבנית ומקלים על ההסרה. פוליאקרילטים ופוספונטים הם מעכבי אבנית יעילים עבור סידן פחמתי, אך אינם יעילים במיוחד עבור מגנזיום הידרוקסיד. יש לשמור על ה-pH של התמלחת מתחת ל-7.5, מכיוון ש-pH גבוה יותר מזרז את המשקעים של Mg(OH)₂. ניקוי חומצה תקופתי ב-5% חומצה הידרוכלורית ב-50 מעלות למשך שעתיים יכול להמיס אבנית סידן פחמתי, אך Mg(OH) 2 אינו מומס בקלות.

יצירת מפרט-מושכל היטב

הקשיות הכוללת של המים צריכה להיות פחות מ-100 עמודים לדקה במי מלח 30% סידן כלורי ב-100 מעלות עם 2% טומאת מגנזיום כדי למנוע אבנית מועדפת של מגנזיום הידרוקסיד עבור מוט חום טיטניום. השתמש במים מרוככים לאיפור מי מלח-. בדוק את הקשיות מדי שבוע על ידי טיטרציה. אם הקשיות היא מעל 200 ppm, לזרז את המגנזיום על ידי העלאת ה-pH ל-9.5 עם סיד ולסנן לפני החזרה לשירות. עבור תנורים קיימים עם אבנית Mg(OH)2, השתמשו ב-10% חומצת לימון ב-70 מעלות למשך 4 שעות ולאחר מכן צחצוח מכני. אבנית מגנזיום הידרוקסיד נדבקת אינה נוצרת כדי להפחית את העברת החום ולגרום להתחממות יתר מקומית על ידי שליטה בקשיות המים לפחות מ-200 ppm.