2% 마그네슘 불순물(MgCl2)을 함유한 100도 30% 염화칼슘(CaCl2) 염수에서는 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 스케일이 탄산칼슘이나 황산칼슘보다 우선적으로 침전됩니다. 수산화마그네슘은 고온에서 용해도가 매우 낮으며 티타늄 히터 표면에 단단하고 접착성 있는 스케일을 형성합니다. 스케일은 열전도율이 낮고(1~2W/m·K) 국부적인 과열을 유발합니다. 우선적인 수산화마그네슘 스케일링을 방지하기 위해 허용되는 최대 총 물 경도(CaCO₃)는 200ppm입니다. 이 수준 이상에서는 500시간 이내에 스케일 두께가 0.2mm를 초과하여 열 전달이 30~50% 감소합니다.

우선적인 수산화마그네슘 스케일링 메커니즘

고온-염수에서 마그네슘 이온은 Mg²⁺ + 2H2O → Mg(OH)2 + 2H⁺로 가수분해됩니다. 이 반응은 흡열반응이며 온도가 증가함에 따라 가속화됩니다. 뜨거운 티타늄 표면의 국부적인 pH는 수분 환원으로 인해 상승하여 Mg(OH)2 침전을 더욱 촉진합니다. 칼슘 이온은 탄산염과 황산염 비늘을 형성하지만 접착력이 덜하고 쉽게 제거됩니다. 2% 불순물에도 마그네슘이 존재하기 때문에 물 경도가 200ppm을 초과하면 스케일 구성이 Mg(OH)2에 의해 지배됩니다. 인설은 서로 맞물려 있는 판형 결정-으로 성장하여 끈질긴 층을 형성합니다.

물 경도에 따른 정량적 규모 형성

다양한 총 경도(ppm CaCO₃로 표시)를 갖는 합성 염수(30% CaCl2, 2% MgCl2, 100도)에서 500시간 동안 제어된 테스트를 통해 다음이 확립되었습니다. 경도 100ppm 이하에서는 스케일의 두께가 10~30μm이고, 스케일은 Mg(OH)가 미량 함유된 탄산칼슘이며, 산세정으로 제거가 가능하고, 열전달 감소율은 5~15%이다. 경도 100~200ppm에서 스케일 두께는 30~70μm에 이르고 스케일은 탄산염과 Mg(OH)2가 혼합되어 있으며 제거하려면 브러싱과 산이 필요하며 열 전달 감소는 15~30%입니다. 임계 임계값인 경도 200~300ppm에서는 스케일 두께가 60~120μm이고, 스케일이 높은 접착력으로 Mg(OH)2를 지배하게 되며, 제거하려면 기계적인 스크래핑이 필요하며 열 전달 감소는 25~45%입니다. 경도 300~500ppm에서는 스케일 두께가 100~200μm, 스케일은 단단한 수산화마그네슘으로 제거가 매우 어렵고 열전달 감소율은 40~60%입니다. 500ppm을 초과하면 스케일 두께가 200μm를 초과하고 심각한 스케일링이 발생하며 열 전달 감소가 60%를 초과합니다.

경도 공차에 대한 마그네슘 농도와 온도의 영향

최대 허용 물 경도는 마그네슘 농도가 증가함에 따라 감소합니다. 1% 마그네슘 불순물에서 허용 경도는<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.

마그네슘-오염된 염화칼슘 염수의 물 경도 관리 가이드

다음 표는 원하는 스케일 두께와 청소 빈도를 기준으로 100도에서 2% 마그네슘 불순물을 함유한 30% CaCl2 염수에서 허용되는 최대 물 경도에 대한 권장 사항을 제공합니다.

물 경도 제어를 넘어서는 엔지니어링

티타늄 등급은 스케일 형성에 영향을 미치지 않지만 등급 7은 언더스케일 부식에 대한 저항성이 더 뛰어납니다.- 벽 두께는 열 전달 허용량을 제공합니다. 0.3mm 크기의 2.0mm 벽은 감소했지만 여전히 기능적인 열 전달이 가능합니다. 전해연마된 표면(Ra 0.3μm 미만)은 스케일 부착을 줄이고 제거를 더 쉽게 해줍니다. 폴리아크릴레이트나 포스포네이트와 같은 스케일 억제제는 탄산칼슘에는 효과적이지만 수산화마그네슘에는 효과가 제한적입니다. 염수 pH는 7.5 미만으로 유지되어야 합니다. pH가 높을수록 Mg(OH)₂ 침전이 가속화됩니다. 5% 염산으로 50도에서 2시간 주기적인 산 세척을 하면 탄산칼슘 스케일은 용해되지만 Mg(OH)2에는 효과가 떨어집니다.

정보에 근거한 사양 작성

100도에서 2% 마그네슘 불순물과 30% 염화칼슘 염수에서 작동하는 티타늄 열봉의 경우 우선적인 수산화마그네슘 스케일링을 방지하기 위해 총 물 경도를 100ppm 미만으로 유지하십시오. 소금물 구성에 연수를 사용하고-매주 적정을 통해 경도를 모니터링합니다. 경도가 200ppm을 초과하는 경우 석회로 pH를 9.5로 올려 마그네슘을 침전시킨 후 여과한 후 다시 사용하십시오. Mg(OH)2 스케일이 있는 기존 히터의 경우 10% 구연산을 70도에서 4시간 동안 사용하고 기계적 브러싱을 합니다. 엔지니어는 물 경도를 200ppm 미만으로 제어함으로써 열 전달을 감소시키고 국부적인 과열을 유발하는 수산화마그네슘 스케일이 부착되는 것을 방지합니다.