Kai titano apvalkalas naudojamas kaip šildytuvas atvirkštinio osmoso koncentrato srautui, kuriame yra daug silicio dioksido ir chlorido, kaip silicio nuosėdų nusodinimas pakeičia gedimo mechanizmą nuo korozijos iki perkaitimo?

Pagrindinis{0}}titano šildytuvo dizaino RO koncentrato paslaugų kompromisas
RO koncentrato srautams būdingas didelis chloridų kiekis (10 000–50 000 ppm) ir didesnis silicio dioksidas (50–200 ppm kaip SiO2). Titanas buvo pasirinktas dėl jo atsparumo chlorido korozijai. Tačiau aukštesnėje nei 70 laipsnių temperatūroje silicio dioksidas polimerizuojasi ir nusėda ant įkaitusių paviršių kaip amorfinis apnašas. Ši silicio dioksido skalė visiškai paveikia gedimo procesą. Titano tarnavimo laikas 3-5 metai be nuosėdų dėl chloridų atsiradimo. Svarstyklės tarnauja kaip izoliacinė danga ir sukelia vietinį perkaitimą, dėl kurio apvalkalas greitai perdega per kelis mėnesius. Šį mechanizmą įtakoja sienelės storis: storesnė siena paviršiuje įkaista, esant tokiam pat galios tankiui, todėl padidėja silicio dioksido polimerizacija ir susidaro apnašos. Šis perėjimas nuo korozijos prie riboto masto gedimo yra svarbus projektuojant RO koncentrato šildytuvus.

Įtaka mechaniniam vientisumui: silicio dioksido nuosėdų susidarymo kinetika
Silicio dioksido tirpumas mažėja didėjant temperatūrai ir didėja didėjant pH. RO koncentrato pH 7-8 ir 70 laipsnių soties koncentracija yra apie 120 ppm SiO2. Jei titano apvalkalo paviršiaus temperatūra viršija 80 laipsnių (dėl elektros varžos per sieną), vietinis tirpumas nukrenta žemiau 80 ppm ir įvyksta persotinimas bei polimerizacija. Reakcija yra: Si(OH)4 (aq) SiO2 (amorfinis) + 2H2O Silicio dioksido masto gamybos indukcijos laikas yra susijęs su Arrhenius'u. Esant 80 laipsnių paviršiaus temperatūrai, apnašos susidaro per 48 valandas; esant 90 laipsnių, susidaro per 8 valandas. 1,0 mm titano sienelės 70 laipsnių RO koncentrato, veikiančio 2,5 W/cm², paviršiaus temperatūra yra maždaug 78 laipsniai, kiek žemiau greito mastelio slenksčio. Kai sienelės storis 1,8 mm, paviršius pasiekia 85 laipsnius ir patenka į greito mastelio keitimo režimą. Susidarius silicio dioksido sluoksniui (laidumas=1 W/m·K, palyginti su 17 W/m·K titano), papildoma šiluminė varža dar labiau padidina paviršiaus temperatūrą ir skatina didesnį nuosėdų nusėdimą. Gedimo mechanizmas pereina nuo taškinės korozijos (metai) iki terminio pabėgimo (mėnesiais).

Poveikis šiluminiam našumui: perkaitimas ir perdegimas{0}}
Plonas silicio dioksido sluoksnis, tik 0,5 mm storio, padidina šiluminę varžą $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$. Esant 2,5 W/cm² 0,5 mm silicio dioksido sluoksniui, temperatūra skalėje nukrenta 12,5 laipsnių. Tai reiškia, kad titano išorinis paviršius turi būti 12,5 laipsnių karštesnis, kad būtų tiekiamas toks pat šilumos srautas. Padidėjusi temperatūra reiškia daug greitesnį mastelį. Teigiamas grįžtamasis ryšys tęsiasi tol, kol vidinės varžos laidas viršija 450C ribą, sukeldamas MgO izoliacijos gedimą ir apvalkalo perdegimą{14}}. RO koncentrato šildytuvų lauko duomenys rodo, kad 1,2 mm titano sienelė, kurios pradinė paviršiaus temperatūra yra 80 laipsnių, per 500 valandų suformuoja 0,3 mm silicio dioksido apnašą, pakeldama paviršių iki 95 laipsnių. Mastelis didėja eksponentiškai 95 laipsnių kampu ir per kitas 500 valandų pasiekia 1,0 mm, kai laido temperatūra yra aukštesnė nei 450 laipsnių ir šildytuvas nutrūksta. Bendra trukmė nuo švarios pradžios iki gedimo yra 1 000–1 500 valandų. Palyginimui, tašinė korozija užtrunka nuo 8 000 iki 10 000 valandų, kad perforuotų tą pačią sieną.

Kompetencijos{0}}sintezė: sienos storis ir mastelio valdymas
Tūrinio silicio dioksido koncentracija (ppm SiO2) Siūlomas sienelės storis Numatomas gedimo režimas Eksploatavimo laikas (valandomis) Pagrindinis inžinerinis pagrindas < 50 ppm 1,0 mm – 1,2 mm Tik silpnas įdubimas > 20 000 Didelio mastelio nėra; taikoma įprastinė korozijos konstrukcija.
50–100 ppm 1,0 mm (plona -siena) Perkaitimas dėl masto 3 000–5 000 Plonos sienelės sumažina paviršiaus temperatūrą ir lėtina nuosėdų susidarymą. Normalus valymas.
Nuo 100 iki 150 ppmNerekomenduojama (visiems storiams)Greitas pleiskanojimas Deg-iki < 1500 Nesvarbu, kokia stora siena, negalima išvengti laipiojimo. Pridėkite antikalanto arba pakeiskite procedūrą.
Kassavaitinis valymas rūgštimi, bet koks 1,2–1,5 mm Valymas-kontroliuojamas > 10 000 Dažnas valymas apsaugo nuo nuosėdų, sukeliančių terminį nutekėjimą. Storesnė siena gali ištverti valymo eroziją.
6 Apnašų prevencijos ir valymo inžinerija už sienos
Dėl gedimo mechanizmo poslinkio nuo korozijos prie perkaitimo, kurį sukelia silicio dioksidas, paviršiaus temperatūros kontrolė yra svarbesnė už korozijos normą nustatant sienelės storį. Geriausias būdas susidoroti su dideliu silicio dioksido RO koncentratu yra naudoti plonasienę (1,0 mm) ir cheminius anti-skalantus (fosfonatus, kurie neleidžia silicio dioksidui polimerizuotis) arba kas savaitę valyti rūgštimi (2% citrinos rūgštis 50 laipsnių temperatūroje 1 valandą). pastarosios 5000+ val. Jei dangos storis mažesnis nei 0,2 mm, šiluminė būsena atkuriama valant rūgštimi, kuri ištirpdo amorfinį silicio dioksidą. Stora sienelė (1,8 mm) be valymo sugenda greičiau nei plona sienelė valant, nes aukštesnė pradinė paviršiaus temperatūra pagreitina nuosėdų susidarymą greičiau, nei gali išlaikyti valymo dažnumą.

Išvados: kai atsiranda mastelių, korozija nėra dominuojantis gedimo mechanizmas
Titano apvalkalo šildytuvas, skirtas RO koncentratui, kuriame yra daug silicio dioksido ir chlorido, gedimo mechanizmą paverčia iš uždelsto chlorido duobių susidarymo (metais) į greitą perkaitimo -perkaitimą (mėnesiais) dėl silicio dioksido nuosėdų nusėdimo. Storesnė sienelė pablogina situaciją, nes paviršiaus temperatūra greitai didėja. Didelės koncentracijos silicio dioksidas RO turėtų būti tvarkomas plona sienele (1,0 mm) ir kas savaitę valant rūgštimi arba nuolatine anti-skalanto injekcija. Taip pat svarbu pažymėti, kad kuo storesnė nevalyta siena, tuo greičiau ji suges, palyginti su plonesne nuvalyta siena, todėl sienelės storis yra papildomas masto kontrolės elementas. Nurodydami šildytuvus, pateikite gamintojui tūrinę silicio dioksido koncentraciją (ppm) ir valymo rūgštimi galimybę bei paprašykite paviršiaus temperatūros įvertinimo, kad įsitikintumėte, jog veikimas bus žemesnis nei 80 laipsnių.