Ha titánhüvelyt használnak fűtőként a fordított ozmózisos koncentrátumáramhoz, magas szilícium-dioxiddal és kloriddal, hogyan változtatja meg a szilícium-dioxid lerakódás a meghibásodási mechanizmust korrózióról túlmelegedésre?

Az alapvető kompromisszum-a titán fűtőberendezés tervezésében az RO koncentrátum szolgáltatásban
Az RO koncentrátumáramokat magas kloridtartalom (10 000–50 000 ppm) és magasabb szilícium-dioxid (50–200 ppm SiO2 formájában) jellemzi. A titánt a kloridos korrózióval szembeni ellenállása miatt választották. 70 fok feletti hőmérsékleten azonban a szilícium-dioxid polimerizálódik és amorf vízkőként kicsapódik a felmelegített felületeken. Ez a szilícium-dioxid lerakódás teljes mértékben befolyásolja a meghibásodási folyamatot. A titán élettartama 3-5 év vízkő nélkül a kloridok által okozott lyukak miatt. A vízkő szigetelő bevonatként szolgál, és helyi túlmelegedést okoz, ami a hüvely hónapok alatti gyors átégéséhez vezet. Ezt a mechanizmust a falvastagság befolyásolja: a vastagabb fal azonos teljesítménysűrűség mellett felmelegszik a felületen, ezáltal fokozódik a szilícium-dioxid polimerizációja és vízkőképződés. Ez az átmenet a korrózióról a méretkorlátozott meghibásodásra fontos az RO koncentrátum alkalmazásokhoz való fűtőberendezések tervezésekor.

Befolyás a mechanikai integritásra: A szilícium-dioxid lerakódás képződésének kinetikája
A szilícium-dioxid oldhatósága csökken a hőmérséklet emelkedésével és növekszik a pH növekedésével. RO koncentrátum pH 7-8 és 70 fok mellett a telítési koncentráció körülbelül 120 ppm SiO2. Ha a titán köpeny felületének hőmérséklete meghaladja a 80 fokot (a falon áthaladó elektromos ellenállás miatt), a helyi oldhatóság 80 ppm alá csökken, és túltelítettség és polimerizáció következik be. A reakció a következő: Si(OH)4 (aq) SiO2 (amorf) + 2H2O A szilícium-dioxid léptékű termelés indukciós ideje Arrhenius-hoz köthető. 80 fokos felületi hőmérsékleten vízkő képződik 48 óra alatt; 90 fokon 8 óra alatt keletkezik. Egy 1,0 mm-es titánfal 70 fokos ömlesztett RO koncentrátumban, amely 2,5 W/cm²-en dolgozik, a felületi hőmérséklet körülbelül 78 fok, közvetlenül a gyors méretezési küszöb alatt. 1,8 mm-es falvastagság esetén a felület eléri a 85 fokot, és gyors léptékezési üzemmódba kerül. Miután kialakult a szilícium-dioxid réteg (vezetőképesség=1 W/m·K, szemben a titán 17 W/m·K értékével), az extra hőellenállás tovább növeli a felületi hőmérsékletet, és nagyobb vízkőlerakódást ösztönöz. A meghibásodási mechanizmus a lyukkorróziótól (év) a termikus kifutásig (hónapok) lép át.

Hatás a hőteljesítményre: túlmelegedés és átégés{0}}
Egy vékony, mindössze 0,5 mm vastag szilícium-dioxid réteg hozzájárul a $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$ hőellenálláshoz. 2,5 W/cm²-nél egy 0,5 mm-es szilícium-dioxid réteg 12,5 fokos hőmérsékletesést ad a skálán. Ez azt jelenti, hogy a titán külső felületének 12,5 fokkal melegebbnek kell lennie ahhoz, hogy ugyanazt a hőáramot biztosítsa. A megnövekedett hőmérséklet sokkal gyorsabb vízkőképződést jelent. A pozitív visszacsatolás mindaddig folytatódik, amíg a belső ellenállás vezeték túllépi a 450 C-os határértékét, ami MgO szigetelési meghibásodást és a burkolat átégését okozza. Az RO koncentrátumfűtők helyszíni adatai azt mutatják, hogy egy 1,2 mm-es titánfal 80 fokos kezdeti felületi hőmérséklettel 500 órán belül 0,3 mm-es szilikaréteget képez, ami 95 fokosra emeli a felületet. A méretezés exponenciálisan növekszik 95 foknál, és további 500 óra alatt eléri az 1,0 mm-t, amikor a vezeték hőmérséklete meghaladja a 450 fokot és a fűtőelem eltörik. A teljes időtartam a tiszta indítástól a meghibásodásig 1000-1500 óra. Összehasonlításképpen, a lyukkorróziónak 8000-10000 óra szükséges ugyanannak a falnak a perforálásához.

A csere{0}}szintézis: falvastagság és méretezés
Ömlesztett szilícium-dioxid koncentrációja (ppm SiO2) Javasolt falvastagság Várható meghibásodási mód élettartama (óra) Alap tervezési indoklás < 50 ppm 1,0 mm – 1,2 mm Csak enyhe lyukképződés > 20 000 Nincs jelentős vízkőképződés; a hagyományos korróziós kialakítás érvényes.
50 – 100 ppm 1,0 mm (vékony-fal) Túlmelegedés a skála miatt 3000–5000 A vékony fal csökkenti a felület hőmérsékletét és lassítja a vízkőképződést. Normál tisztítás.
100-150 ppmNem ajánlott (minden vastagság)Gyors skálázás Égés-<1500-ig Nem számít, milyen vastag a fal, nem kerülheti el a mászást. Adjon hozzá vízkőoldót, vagy változtassa meg az eljárást.
Heti savas tisztítás, bármilyen 1,2 mm – 1,5 mm Tisztítás-szabályozott > 10 000 A gyakori tisztítás megakadályozza, hogy a vízkő hőkitörést okozzon. A vastagabb fal ellenáll a tisztítási eróziónak.
6 Vízkőmegelőzési és -tisztítási tervezés a falon túl
A tönkremeneteli mechanizmus korrózióról a szilícium-dioxid lerakódás okozta túlmelegedésre való eltolódása a felületi hőmérséklet szabályozását fontosabbá teszi a falvastagság meghatározásánál a korróziós ráhagyásnál. A magas szilícium-dioxid-tartalmú RO koncentrátum kezelésének legjobb módja vékony falú (1,0 mm) és kémiai vízkőgátlók (foszfonátok, amelyek megakadályozzák a szilícium-dioxid polimerizációját) vagy heti savas tisztítás (2%-os citromsav 50 fokon 1 órán keresztül). utolsó 5000+ óra Ha a bevonat vastagsága kisebb, mint 0,2 mm, akkor a termikus állapotot savas tisztítással állítják helyre, amely feloldja az amorf szilícium-dioxidot. A vastag fal (1,8 mm) tisztítás nélkül gyorsabban tönkremegy, mint a vékony fal tisztítással, mivel a magasabb kezdeti felületi hőmérséklet gyorsabban gyorsítja a vízkőképződést, mint amennyit a tisztítási gyakoriság tartani tud.

Következtetések: Vízkőképződés esetén nem a korrózió a domináns hibamechanizmus
A magas szilícium-dioxid- és kloridtartalmú RO-koncentrátum titánhüvelyes melegítője átalakítja a meghibásodási mechanizmust a késleltetett klorid-pontosodásból (év) a szilícium-dioxid lerakódása miatti gyors túlhevült átégéssé{0}}(hónap). A vastagabb fal súlyosbítja a helyzetet azáltal, hogy a felületi hőmérsékletet a gyors skálázási tartományba emeli. A magas szilícium-dioxid RO koncentrációt vékony falú (1,0 mm) és hetente savas tisztítással vagy folyamatos vízkőmentesítő injekcióval kell kezelni. Fontos megjegyezni azt is, hogy minél vastagabb a meg nem tisztított fal, annál gyorsabban tönkremegy egy vékonyabb falhoz képest, amelyet megtisztítottak, ezért a falvastagság a vízkőszabályozás kiegészítő eleme. A fűtőberendezések megadásakor adja meg a gyártónak az ömlesztett szilícium-dioxid koncentrációt (ppm) és a savas tisztítási lehetőséget, és kérjen felületi hőmérséklet becslést annak ellenőrzésére, hogy a működés 80 fok alatt lesz.