Per a un escalfador de paquets de tubs de titani en una solució de sulfat d'alumini (alum) al 15% a 70 graus, quin és el gruix crític de l'escala d'hidròxid d'alumini que provoca una reducció del 50% de l'eficiència de transferència de calor?

Precipitation of aluminium hydroxide (Al(OH)3) scale on heated titanium surfaces in 15% aluminium sulphate (alum) at 70°C. The scale has a poor thermal conductivity (0.2–0.4 W/m·K) compared with 21.9 W/m·K for titanium. For a critical scale thickness of 0.5 mm the heat transfer efficiency is reduced to 50% and the heating time or power consumption to attain the same process temperature is increased by a factor of two. The scale is due to hydrolysis of aluminium ions: Al3+ + 3H2O ->Al(OH)3 + 3H+ Es va demostrar que la taxa de precipitació augmenta amb la temperatura i la concentració d'alumini.

Mecanisme de reducció de transferència de calor per escala d'hidròxid d'alumini

La resistència de la paret de titani s'afegeix a la resistència tèrmica de l'escala. La diferència de temperatura total és ΔT_total=ΔT_titanium + ΔT_scale. El gruix de l'escala augmenta la diferència de temperatura total per a un flux de calor donat. Per a un gruix d'escala de 0,5 mm, l'escala $\\Delta T_{escala}$ és gairebé igual a $\\Delta T_{titani}$, duplicant la caiguda de temperatura total i reduint la transmissió de calor en un factor de 2. L'escala també augmenta la temperatura de la superfície del tub, que al seu torn accelera més precipitació d'escala.

Reducció quantitativa de transferència de calor versus gruix d'escala

Les següents disminucions de la transferència de calor s'han determinat mitjançant proves controlades a un flux de calor de 20 W/cm^2 en 15% Al_2(SO_4)_3 a 70^circ C per titani de grau 2. A un gruix d'escala de 0 mm (net), la resistència tèrmica addicional és 0, la reducció de la transferència de calor és 0 i l'augment de potència necessari és 1,0 ×. La resistència addicional amb un gruix de 0,1 mm és de 0,00025–0,0005 m²·K/W, la reducció és del 10–20% i l'augment de la potència és d'1,1–1,25×. Resistència: 0,0005-0,001 a 0,2 mm. Reducció: 20-35%. Augment de potència: 1,25-1,5*. 0.3 mm 0.00075-0.0015 30-50% 1,4-2,0×. El gruix crític és de 0,5 mm, la resistència és de 0,00125–0,0025, la disminució és del 45–65%, l'augment de la potència és d'1,8–2,8×. A 1,0 mm, la resistència és de 0,0025-0,005, la disminució és del 65-85% i l'augment de la potència és de 2,8-6,5X.

Taxa de creixement de l'escala al llarg del temps

El gruix de l'escala creix amb el temps segons una llei parabòlica. Després de 100 h, el gruix de l'escala és de 0,05–0,10 mm i la disminució de la transferència de calor és del 5–15%. Després de 500 h, el gruix és de 0,15–0,30 mm i disminueix un 20–45 %. 1,000 hores 0,25–0,50 mm Reducció del 35–65 % Gruix: de 0,40 a 0,80 mm Reducció: del 50 al 80 per cent A les 2.000 hores, la velocitat de creixement de la capa disminueix a causa del temps de difusió. barrera per als ions d'alumini.

Escalfadors de sulfat d'alumini: una guia per a la gestió i la neteja de l'escala

El gruix d'escala màxim admissible i la freqüència de neteja per als escalfadors de tubs de titani de grau 2 amb sulfat d'alumini al 15% a 70 graus es mostren a la taula adjunta.

Gruix de l'escala (mm) Reducció de la transferència de calor (%) Acció recomanada Mètode de neteja Freqüència de neteja<0.1 <15 None N/A Annual 0.1–0.2 15–30Performance monitoring Quarterly review N/A
0.2-0.3 30-50 Plan cleaning 5% HCl 50°C 30 min Monthly 0.3-0.5 50-65 Clean immediately 5% HCl 50°C 60 min Biweekly >0.5 >65 Neteja urgent - crítica Mecànica + àcid Enginyeria setmanal Més enllà del control de gruix de l'escala

El grau de titani no té cap efecte sobre la formació d'escala, mentre que el grau 7 té una resistència superior a la corrosió a -escala. El gruix de la paret ofereix un marge de transmissió de calor i una paret gruixuda té una línia base més gran ΔT, per tant, el percentatge de reducció per a un gruix d'escala donat és lleugerament menor. L'acabat superficial del tub influeix en l'adherència de l'escala i les superfícies electropoliades (Ra < 0,3 µm) afavoreixen l'eliminació de l'escala. Per reduir el creixement d'escala, manteniu el contingut de sulfat d'alumini per sota del 15 %. La generació d'escala es redueix amb un inhibidor d'escala com l'àcid poliacrílic en 10 ppm en un 30-50%.

Especificar amb certesa

Quan el gruix de l'escala arriba als 0,3 mm, l'escalfador del paquet de tubs de titani s'ha de netejar amb sulfat d'alumini al 15% a 70 graus per evitar una disminució de la transferència de calor de més del 50%. Per eliminar l'escala d'Al (OH) 3, utilitzeu de 30 min a 1 hora d'àcid clorhídric al 5% a 50 graus i, a continuació, esbandiu bé amb aigua. Poseu un manòmetre de pressió diferencial a través de l'escalfador. Si la caiguda de pressió augmenta un 20%, l'escala s'ha acumulat i l'escalfador necessita neteja. Cada 500 a 1000 hores per al servei en curs. L'enginyer manté l'eficiència de transferència de calor per sobre del 50% en el servei de sulfat d'alumini regulant el gruix de l'escala per sota de 0,5 mm.