2등급 티타늄 외장 히터가 부착된 규산염 스케일을 형성하지 않고 120도 지열 염수에서 견딜 수 있는 최대 총 경도(CaCO₃)는 얼마입니까?

지열 염수에는 칼슘, 마그네슘 및 기타 미네랄과 용해된 실리카(SiO2)가 풍부합니다. 실리카는 120도에서 중합하고{3}}탄산칼슘, 탄산마그네슘 및 규산염과 공침되어 티타늄 히터 표면에 끈질긴 스케일을 형성합니다. 산 세척으로 용해될 수 있는 탄산칼슘 스케일과 달리, 규산칼슘 및 규산마그네슘과 같은 규산염- 기반 스케일은 대부분의 산에 내성이 있으며 강력한 기계적 제거가 필요합니다. 규산염 스케일이 부착되지 않고 2등급 티타늄이 견딜 수 있는 최대 총 경도(CaCO3로 표시)는 실리카 수준과 칼슘-대-마그네슘 비율의 함수입니다. 200~400ppm SiO2를 함유한 평균 지열 염수의 경우 최대 전체 경도는 500ppm CaCO₃입니다. 이 온도 이상에서는 규산염 스케일이 500시간 이내에 부착되어 열 전달이 급격히 저하됩니다.

티타늄의 규산염 스케일 증착 메커니즘

120도에서 액체 실리카(H4SiO4)는 콜로이드 실리카로 중합되고 최종적으로는 비정질 실리카로 중합됩니다. 칼슘 및 마그네슘 이온이 존재하는 경우 규산염 스케일은 뜨거운 티타늄 표면에 직접 침전됩니다. 강수량은 온도와 전반적인 경도에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 스케일은 무정형이고 단단하며 산화티타늄 층에 화학적 결합을 통해 강력하게 부착됩니다. 탄산염 스케일과 달리 규산염 스케일은 안전한 양의 일반적인 무기산(HCl, H2SO4, HNO3)에 용해되지 않습니다. 불산(HF)만이 규산염 스케일을 제거할 수 있지만 HF는 티타늄을 강력하게 파괴하므로 화학적 세척이 불가능합니다. 규산염 스케일이 형성된 후에는 긁거나 고압 워터 제트를 사용하여 기계적으로 제거해야 하며, 이는 티타늄 표면을 손상시킬 수 있습니다.

총경도에 따른 정량적 척도의 형성과 고착

이들의 규모 특성은 500시간 동안 CaCO3ppm으로 정량화된 다양한 총 경도를 갖는 모의 지열 염수(250ppm SiO2, pH 7.5, 120C)에서 제어된 테스트를 통해 서로 다른 것으로 밝혀졌습니다. 총 경도가 200ppm 미만입니다. 스케일의 두께는 20-50μm입니다. 스케일은 가루 같고 접착되지 않습니다.- 물세척으로 제거할 수 있습니다. 경도가 200~400ppm인 경우 스케일 두께는 50~100μm이고 스케일은 끈기가 매우 강하며 제거에는 브러싱이 필요하며 스케일 아래에서 일부 표면 에칭이 감지됩니다. 400-600ppm 경도에서 스케일은 두께가 100~200μm이고 단단하며 접착력이 높아 제거하려면 기계적 긁기가 필요하며 500시간 후에 스케일 아래 10~30μm 부식이 발생합니다. 스케일 두께는 200~400μm이고, 부착된 규산염 스케일은 100시간 내에 형성되며, 스케일 아래 구멍은 50~100μm이며 열 전달 손실이 상당합니다. 경도 600-800ppm에서 스케일 형성은 800ppm 경도에서 빠르고 끈질깁니다. 1,000~2,000시간 내에 성능이 저하될 위험이 있습니다.

경도 허용차실리카 농도 및 Ca:Mg 비율의 영향

실리카가 많을수록 총 경도가 더 적게 허용됩니다. 실리카가 100ppm 미만인 경우. 비점착 스케일의 최대 경도는- 800ppm입니다. 스케일의 종류는 대부분 탄산칼슘으로 산 세척으로 제거할 수 있습니다. 최대 경도는 600ppm에 불과합니다. 실리카는 100~200ppm입니다. 스케일은 혼합탄산염-규산염이며 제거는 산 + 브러싱을 통해 이루어집니다. 실리카 200-300ppm 최대 경도 500ppm 스케일은 규산염이 풍부하고 적당히 접착됩니다. 제거에는 기계적인 브러싱만 필요합니다. 티타늄의 경우 최대 경도는 400ppm이고 실리카는 300-400ppm입니다. 단단한 규산염 스케일이 형성되므로 HF로 제거하는 것은 권장되지 않습니다. 400ppm 이상의 실리카는 300ppm의 최대 경도를 제공하며 튜브 손상 없이는 제거되지 않는 심각한 규산염 스케일 형성을 제공합니다. 칼슘과 마그네슘의 비율도 스케일 부착에 영향을 미치며, 마그네슘 함량이 높을수록 더 강한 규산마그네슘 스케일이 생성되고 허용 경도가 20~30%로 제한됩니다.

지열 브라인 히터의 경도 및 실리카 관리에 대한 가이드

다음 표는 총 경도와 실리카 농도의 함수로서 120도 지열 염수에서 2등급 티타늄 외장 히터의 스케일 형성을 제어하기 위한 권장 사항을 제공합니다.

총 경도(ppm CaCO3) 실리콘 농도(ppm) 스케일 유형 제거 방법 1,000시간 후 예상 스케일 두께(μm)<200 <200 Calcium carbonate Acid cleaning (5% HCl) <50
200–400 <200 Mixed carbonate-silicate Acid + brushing 50–100 200–400 200–300 Silicate-rich Mechanical brushing only 100–150 400–500 200–300 Hard silicate Mechanical (high-pressure water) 150–200 400–500 >300 Severe silicateNot detachable >200 >500 모두 2등급에 허용되지 않음 N/AN/A
경도와 실리카 제어를 뛰어넘는 엔지니어링

The grade of titanium does not effect the creation of the scale but influences the corrosion under the scale. Grade 7 (palladium-stabilized) is 2–3 times more resistant to under-scale pitting than Grade 2, meaning cleaning is not critical until a bit later in its service life. Wall thickness gives a corrosion allowance, 2.0 mm wall with mild under-scale pitting at 0.05 mm/year lasts 40 years. The tube surface finish affects scale adhesion, with electropolished surfaces (Ra < 0.3 µm) being easier to clean than as drawn surfaces. Mechanical scouring at flow velocities >1m/s는 스케일 축적을 감소시킵니다. 포스포네이트 또는 폴리아크릴레이트는 탄산염 스케일에 대한 효과적인 스케일 억제제이지만 규산염 스케일에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 전체 경도를 200ppm 미만으로 낮추는 업스트림 연화(이온 교환 또는 석회 연화)가 가장 신뢰할 수 있는 옵션입니다.

정보에 근거한 사양 공식화

예를 들어, 120도 지열 염수에 담긴 2등급 티타늄 외장 히터에는 CaCO₃ 및 실리카 농도와 같은 총 경도를 포함하여 염수에 대한 전체 분석이 필요합니다. 전체 경도가 > 400ppm이거나 실리카가 > 250ppm인 경우 업스트림 연화를 지정하여 경도를 < 200ppm으로 낮추십시오. 경도 200-400ppm 및 실리카용<200 ppm, indicate annual mechanical cleaning with nylon brush, never steel. Do not use HF or HCl to clean existing heaters with silicate scale, use a high pressure water jet at 5,000-10,000 psi to manually remove scale. Monitor heater power usage during operation; a 15% rise at constant flow shows scale accumulation and the need for cleaning. The engineer respects the limit of 500 ppm maximum total hardness for 250 ppm SiO₂ in order to avoid the formation of adherent silicate scale on Grade 2 titanium heaters in geothermal brine service.