En salmorra de clorur de calci (CaCl₂) al 30% a 100 graus que conté una impuresa de magnesi al 2% (com MgCl₂), l'escala d'hidròxid de magnesi (Mg(OH)₂) precipita preferentment sobre el carbonat de calci o el sulfat de calci. L'hidròxid de magnesi té una solubilitat molt baixa a altes temperatures i forma una escala dura i adherent a les superfícies de l'escalfador de titani. L'escala té una conductivitat tèrmica baixa (1–2 W/m·K) i provoca un sobreescalfament localitzat. La duresa total de l'aigua màxima permesa (com CaCO₃) per evitar l'escalada preferent d'hidròxid de magnesi és de 200 ppm. Per sobre d'aquest nivell, el gruix de l'escala supera els 0,2 mm en 500 hores, provocant una reducció del 30-50% de la transferència de calor.

El mecanisme d'escala preferent d'hidròxid de magnesi

En salmorra-alta temperatura, els ions magnesi hidrolitzen: Mg²⁺ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2H⁺. Aquesta reacció és endotèrmica i s'accelera amb l'augment de la temperatura. El pH local a la superfície calenta del titani augmenta a causa de la reducció de l'aigua, afavorint encara més la precipitació de Mg(OH)₂. Els ions de calci formen escates de carbonat i sulfat, però aquestes són menys adherents i s'eliminen més fàcilment. La presència de magnesi fins i tot amb un 2% d'impuresa fa que la composició de l'escala estigui dominada per Mg(OH)₂ quan la duresa de l'aigua supera les 200 ppm. L'escala creix com a plaques-com cristalls que s'entrellacen formant una capa tenaç.

Formació d'escala quantitativa en funció de la duresa de l'aigua

Les proves controlades en salmorra sintètica (30% CaCl₂, 2% MgCl₂, 100 graus) amb duresa total variable (expressada com a ppm CaCO₃) durant 500 hores han establert el següent. A una duresa inferior a 100 ppm, el gruix de l'escala és de 10-30 µm, l'escala és de carbonat de calci amb Mg(OH)₂ menor, l'eliminació és possible mitjançant una neteja àcida i la reducció de la transferència de calor és del 5-15%. A una duresa de 100-200 ppm, el gruix de l'escala arriba als 30-70 µm, l'escala es barreja amb carbonat i Mg(OH)₂, l'eliminació requereix raspallat més àcid i la reducció de la transferència de calor és del 15-30%. A una duresa de 200–300 ppm, el llindar crític, el gruix de l'escala és de 60–120 µm, l'escala esdevé dominant amb Mg(OH)₂ amb una alta adherència, l'eliminació requereix un raspat mecànic i la reducció de la transferència de calor és del 25–45%. Amb una duresa de 300-500 ppm, el gruix de l'escala és de 100-200 µm, l'escala és d'hidròxid de magnesi dur, l'eliminació és molt difícil i la reducció de la transferència de calor és del 40-60%. Per sobre de 500 ppm, el gruix de l'escala supera els 200 µm, es produeix una escala severa i la reducció de la transferència de calor supera el 60%.

Influència de la concentració i la temperatura de magnesi en la tolerància a la duresa

La duresa màxima permesa de l'aigua disminueix a mesura que augmenta la concentració de magnesi. A l'1% d'impuresa de magnesi, la duresa permesa per<0.1 mm scale is 300 ppm. At 2% magnesium, the allowable hardness drops to 200 ppm. At 3% magnesium, the allowable hardness falls to 150 ppm. At 5% magnesium, the allowable hardness is only 80 ppm. Temperature also affects the threshold; at 80°C, the allowable hardness at 2% magnesium is 350 ppm. At 100°C, the allowable hardness is 200 ppm. At 120°C under pressure, the allowable hardness is 120 ppm. At 140°C, the allowable hardness is 80 ppm.

Guia de control de la duresa de l'aigua per a salmorra de clorur de calci contaminat-de magnesi

La taula següent ofereix recomanacions per a la duresa màxima de l'aigua admissible en salmorra al 30% de CaCl₂ amb un 2% d'impuresa de magnesi a 100 graus, segons el gruix de l'escala desitjat i la freqüència de neteja.

Enginyeria més enllà del control de la duresa de l'aigua

El grau de titani no afecta la formació d'escala, però el grau 7 té una millor resistència a la corrosió a -escala. El gruix de la paret proporciona una capacitat de transferència de calor; una paret de 2,0 mm amb escala de 0,3 mm té una transferència de calor reduïda, però encara funcional. Les superfícies electropoliades (Ra per sota de 0,3 µm) redueixen l'adhesió de les escates i permeten una eliminació més fàcil. Els inhibidors d'escala com els poliacrilats o els fosfonats són efectius per al carbonat de calci, però tenen un efecte limitat sobre l'hidròxid de magnesi. El pH de la salmorra s'ha de mantenir per sota de 7,5; pH més alt accelera la precipitació de Mg(OH)₂. La neteja periòdica d'àcid amb àcid clorhídric al 5% a 50 graus durant 2 hores dissol l'escala de carbonat de calci, però és menys eficaç sobre el Mg(OH)₂.

Elaboració d'una especificació informada

Per a una barra de calor de titani que funcioni en salmorra de clorur de calci al 30% amb impuresa de magnesi al 2% a 100 graus, mantingueu la duresa total de l'aigua per sota de 100 ppm per evitar l'escalada preferent d'hidròxid de magnesi. Utilitzeu aigua suavitzada per preparar la salmorra-i controleu la duresa setmanalment mitjançant la valoració. Si la duresa supera les 200 ppm, precipitar el magnesi augmentant el pH a 9,5 amb calç i després filtrar abans de tornar al servei. Per als escalfadors existents amb escala de Mg(OH)₂, utilitzeu àcid cítric al 10% a 70 graus durant 4 hores, seguit d'un raspallat mecànic. En controlar la duresa de l'aigua per sota de 200 ppm, l'enginyer evita la formació d'escala d'hidròxid de magnesi adherent que redueix la transferència de calor i provoca un sobreescalfament localitzat.