100도, 마그네슘 불순물 2%의 30% 염화칼슘 염수에서 작동하는 티타늄 히트 로드의 경우 우선적인 수산화마그네슘 스케일링을 방지하기 위해 허용되는 최대 물 경도(CaCO₃)는 얼마입니까?

2% 마그네슘 불순물(MgCl 2 )을 포함하는 30% 염화칼슘(CaCl 2 ) 염수에서 100도에서 수산화마그네슘(Mg(OH) 2 ) 스케일은 탄산칼슘이나 황산칼슘보다 우선적으로 침전됩니다. 수산화마그네슘은 특히 고온에서 용해도가 낮으며 티타늄 히터 표면에 딱딱하고 달라붙는 스케일을 형성합니다. 스케일의 열전도율이 낮기 때문에(1{10}}2W/mK) 국부적인 과열이 발생합니다. 수산화마그네슘의 우선적인 스케일링을 방지하기 위해 허용되는 전체 경도(CaCO3)는 200ppm입니다. 이 설정에서 스케일 두께는 500시간 동안 0.2mm이고 열 전달은 30~50% 감소합니다.

우선적인 수산화마그네슘 스케일 형성 메커니즘

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. 이 반응은 흡열 반응이며 온도가 높을수록 더 빠르게 진행됩니다. 물의 환원은 가열된 티타늄 표면의 국소 pH를 촉진하여 Mg(OH)2의 침전을 촉진합니다. 칼슘 이온은 탄산칼슘과 황산칼슘 스케일을 침전시키지만 접착력이 떨어져 더 쉽게 제거할 수 있습니다. 물의 경도가 200ppm을 초과하면 마그네슘 불순물이 2%임에도 스케일은 주로 Mg(OH)2로 구성됩니다. 스케일이 확장됨에 따라 판-결정이 서로 맞물려 견고한 층을 만듭니다.

물의 경도에 따른 형성의 정량적 규모

다양한 총 경도(ppm CaCO3로 표시)를 사용하여 합성 염수(30% CaCl2, 2% MgCl2, 100도)에서 500시간 동안 제어된 테스트를 통해 다음이 확립되었습니다. 스케일 두께 10~30μm Mg(OH)가 최소인 스케일 탄산칼슘 2 산 세척으로 제거 가능 열 전달 감소 5~15% 경도 < 100ppm 100~200ppm 경도에서 스케일 두께는 30~70μm, 스케일은 탄산염과 Mg(OH)2가 혼합되어 있으며 제거는 브러싱과 산으로 이루어지며 열 전달 감소는 15~30%. 200-300ppm 임계 임계값 스케일 두께 60-120 µm 스케일 유형 Mg(OH)2 지배적, 높은 접착력 제거 기계적 긁기 열 전달 감소 25-45% 경도 300-500ppm에서 스케일 두께는 100-200 µm이고 단단한 수산화마그네슘이므로 제거가 매우 어려우며 열 전달 감소는 40-60%입니다. 농도가 500ppm 이상이면 스케일 두께가 200μm 이상이 되어 심각한 스케일링이 발생하며 열전달 감소율이 60% 이상이다.

마그네슘 농도와 온도가 경도 공차에 미치는 영향

최대 허용 물 경도는 마그네슘 농도가 증가함에 따라 감소합니다. 0.1mm 스케일과 1% 마그네슘 불순물의 경우 허용되는 경도는 300ppm입니다. 허용되는 경도는 2% 마그네슘에서 200ppm까지 내려갑니다. 3% 마그네슘에서 허용 경도는 150ppm으로 감소합니다. 5% 마그네슘에서 허용되는 경도는 80ppm에 불과합니다. 온도는 또한 2% 마그네슘의 허용 경도가 80도에서 350ppm인 임계값에 영향을 미칩니다. 100°C에서 허용되는 경도는 200ppm. 120ppm입니다. 압력 하에서 120°C에서 경도는 괜찮습니다. 140도에서의 허용 경도는 80ppm입니다.

마그네슘-오염된 염화칼슘 염수의 물 경도 제어: 가이드

다음 표는 100도에서 2% 마그네슘 불순물을 포함하는 30% CaCl2 염수에 대해 권장되는 최대 허용 물 경도를 보여줍니다. 권장 사항은 원하는 스케일 두께와 청소 빈도를 기준으로 합니다.

500시간 후 원하는 스케일 두께(μm) 최대 허용 물 경도(ppm CaCO₃) 스케일 구성 권장 세척 방법<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 경질 Mg(OH)² 권장되지 않음 물 경도 제어 이상의 엔지니어링

티타늄 등급은 스케일 발달에 거의 영향을 미치지 않습니다. 그럼에도 불구하고 7등급은 소규모 부식에 대한 탁월한 저항성을 나타냅니다.- 벽 두께는 열 전달 허용량을 제공합니다. 0.3mm 스케일의 2.0mm 벽은 줄어들었지만 여전히 사용 가능한 열 전달이 가능합니다. 전해연마 표면(Ra < 0.3 µm)은 스케일 부착을 최소화하고 제거를 용이하게 합니다. 폴리아크릴레이트와 포스포네이트는 탄산칼슘에 대한 효과적인 스케일 억제제이지만 수산화마그네슘에는 그다지 효과적이지 않습니다. 염수의 pH는 7.5 이하로 유지해야 합니다. pH가 높을수록 Mg(OH)₂의 침전이 촉진되기 때문입니다. 5% 염산으로 50도에서 2시간 주기적인 산 세척을 하면 탄산칼슘 스케일은 용해되지만 Mg(OH)2는 쉽게 용해되지 않습니다.

충분한 정보를 바탕으로-사양 작성

티타늄 열봉에 대한 수산화마그네슘의 우선적인 스케일링을 피하기 위해 물의 전체 경도는 2% 마그네슘 불순물을 포함하는 100도에서 30% 염화칼슘 염수에서 100ppm 미만이어야 합니다. 소금물을 만들 때는 연수를 사용하세요-. 매주 적정을 통해 경도를 확인합니다. 경도가 200ppm을 초과하는 경우 석회와 필터로 pH를 9.5로 올려 마그네슘을 침전시킨 후 다시 사용하십시오. Mg(OH)2 스케일이 있는 기존 히터의 경우 70도에서 4시간 동안 10% 구연산을 사용하고 기계적 브러싱을 수행합니다. 물의 경도를 200ppm 이하로 조절하여 열전달을 감소시키고 국부적인 과열을 일으키는 부착된 수산화마그네슘 스케일이 형성되지 않습니다.