Nồng độ độ cứng canxi tối đa ở nhiệt độ nước lớn 85 độ ngăn cản sự sôi-Sự bám dính cặn gây ra trên vỏ bọc lò sưởi bằng thép không gỉ 316

Giới hạn độ hòa tan của cặn thay đổi từ dạng bột sang dạng kết dính

Các phép tính độ hòa tan đơn giản không mang lại nồng độ độ cứng canxi tối đa (ppm CaCO3) ở nhiệt độ khối 85 độ, điều này sẽ không tạo ra cặn bám dính trên các ống gia nhiệt điện bọc thép không gỉ 316 ngâm trong nước cứng. Sản phẩm hòa tan của canxi cacbonat (CaCO3) giảm khi nhiệt độ tăng nhưng tiêu chí chính cho hiệu suất của lò sưởi là hình dạng và cường độ bám dính của cặn kết tủa. Ở 85 độ với nồng độ tương đương CaCO 3 khoảng 200-300 ppm kết tủa dưới dạng cặn bột mềm có thể dễ dàng loại bỏ bằng dòng chất lỏng hoặc chải vừa phải. Ở mức lớn hơn 400-500 ppm, sự bong tróc xảy ra dưới dạng aragonit hoặc canxit cứng, kết tinh bám chặt vào bề mặt kim loại. Điều này tạo ra một lớp cách nhiệt làm tăng nhiệt độ vỏ bọc và thúc đẩy sự co giãn bổ sung. Bài viết này ước tính mức độ cứng canxi để sản xuất cặn bám dính trên 316 vỏ bọc và đưa ra đề xuất xử lý nước để duy trì hiệu suất lâu dài của máy sưởi.

Độ bám dính cặn trên bề mặt kim loại được nung nóng: Cơ chế

Nếu nước cứng được đun nóng trên 60 độ thì độ hòa tan của canxi cacbonat giảm xuống và nó kết tủa. Lượng mưa chủ yếu xảy ra trên các bề mặt nóng, vì lớp ranh giới gần lớp vỏ quá bão hòa so với khối lượng nước. Sự khác biệt chính giữa vảy mềm không{3}}dính và cặn bám cứng là tốc độ kết tủa so với tốc độ phát triển tinh thể. Ở mức siêu bão hòa nhẹ (độ cứng canxi 200-300 ppm ở 85 độ ), lượng mưa kết tủa chậm, tạo ra nhiều tinh thể nhỏ, riêng biệt không liên kết chặt chẽ với nhau. Những tinh thể này dễ dàng bị cắt ra bởi các chu trình chất lỏng và nhiệt. Ở mức siêu bão hòa cao (trên 400-500 ppm), lượng mưa kết tủa nhanh, tạo thành các tinh thể khổng lồ lồng vào nhau tạo ra một lớp dày đặc liên tục. Độ bền bám dính của lớp này có thể lớn hơn 1-2 MPa nên không thể bị loại bỏ bởi vận tốc chất lỏng thấp hơn 2-3 m/s. Khi lớp cặn bám vào, khả năng chịu nhiệt tăng lên dẫn đến nhiệt độ vỏ bọc tăng lên, dẫn đến sự gia tăng độ bão hòa ở bề mặt kim loại, làm tăng tốc độ lắng đọng cặn trong chu kỳ tự xấu đi.

Định lượng ngưỡng hình thành vảy bám dính ở góc 85 độ

Các thử nghiệm bám bẩn có hệ thống trên vỏ bọc bằng thép không gỉ 316 (Ra=0.4 µm được đánh bóng hoàn thiện) trong nước cứng tổng hợp ở nhiệt độ khối 85 độ và dòng nhiệt 5 W/cm2 đã xác định ngưỡng độ cứng canxi cho sự phát triển cặn bám dính sau 1.000 giờ hoạt động liên tục.

Độ cứng Canxi (ppm dưới dạng CaCO3) Độ kiềm (ppm dưới dạng CaCO3) Thang đo pH Hình thái sau 1.000 giờ Độ bền bám dính (MPa, thử nghiệm cắt) Khả năng chịu nhiệt bổ sung (m2-K/W) Được khuyến nghị cho Dịch vụ 85C liên tục<100 100-200 7.5-8.5 <.0001 No apparent scale N/AYes 100-200 100-200 7.5-8.5 Powdery, easily wiped off <0.1 0.0001-0.0003 Yes 200-300 150-250 7.5-8.5 Soft crystalline, removed by brushing 0.1-0.3 0.0003-0.0008 Acceptable with frequent cleaning
300-400 200-300 7.5-8.5 Mixed soft/hard, partial adhesion 0.3-0.8 0.0008-0.002 Marginal, needs water softening 400-500 250-350 7.5-8.5 Hard aragonite, very adherent 0.8-1.5 0.002-0.005Not Recommended 500-700 300-400 7.5-8.5Hard calcite, dense Layer 1.5-2.5 0.005-0.010 Unacceptable >700 >400 >8.0 Rapid scaling, total coverage >2.5 >0,010 Không thể chấp nhận được
Các yếu tố hóa học nước khác ảnh hưởng đến độ cứng

Bảng , giới hạn độ cứng canxi bị ảnh hưởng bởi ba thông số hóa học khác của nước. Đầu tiên là độ kiềm (hàm lượng bicarbonate). Để hình thành cặn, cả canxi và kiềm đều cần thiết. Nước có hàm lượng canxi cao nhưng độ kiềm thấp (ví dụ: độ cứng canxi clorua không có bicarbonate) sẽ không tạo ra cặn cacbonat. Các giá trị ngưỡng dựa trên độ kiềm bicarbonate gần tương đương với độ cứng canxi (nước cân bằng). Độ kiềm thấp hơn một nửa độ cứng của canxi dẫn đến khả năng đóng cặn giảm 40-60%. Vấn đề thứ hai là độ pH. Canxi cacbonat hòa tan ở độ pH dưới 7,0 và cặn không phát triển cho dù nước có cứng đến đâu. Tiềm năng mở rộng tăng mạnh trên độ pH 8,5. Khía cạnh thứ ba là sự tồn tại của các chất ức chế cặn, chẳng hạn như polyphosphate, phosphonate hoặc polyme. Có thể ngăn chặn sự phát triển cặn bám ở mức lên tới 800-1.000 ppm bằng cách thêm 2-5 ppm chất ức chế cặn thương mại, làm tăng độ cứng canxi cho phép lên gấp 2-3.

Hướng dẫn thực hành xử lý nước cho máy sưởi 316 ở 85 độ

Các hướng dẫn xử lý nước sau đây sẽ giảm thiểu sự bám dính cặn và tối đa hóa hiệu suất nhiệt lâu dài cho máy sưởi có vỏ bọc 316 chạy ở nhiệt độ nước lớn 85 độ. Độ cứng canxi dưới 200 ppm không cần xử lý gì ngoài việc kiểm tra thường xuyên (6-12 tháng một lần). Đối với độ cứng 200-300 ppm, nên đánh răng hàng tháng hoặc làm sạch bằng hóa chất (xả axit loãng). Nên làm mềm nước (trao đổi ion) hoặc bổ sung chất ức chế cáu cặn cho độ cứng trong khoảng 300-400 ppm. Làm mềm nước là cần thiết để tránh mất hiệu suất nhanh chóng đối với độ cứng vượt quá 400 ppm. Ở bất kỳ mức độ cứng nào, xu hướng đóng cặn sẽ giảm khi độ pH được duy trì dưới 8,0 và tránh sôi cục bộ (thông lượng nhiệt giới hạn ở mức 5-6 W/cm2). Đối với máy sưởi cần chạy ở dòng nhiệt cao hơn (8-10 W/cm2) hoặc nhiệt độ khối cao hơn (90-95 độ), giá trị độ cứng cho phép trong bảng phải giảm 30-50 %.

Tỷ lệ-Chẩn đoán trường quá nóng

Ba dấu hiệu hiện trường cho chúng ta biết khi nào độ bám dính của cặn trở thành vấn đề đối với máy sưởi dùng trong dịch vụ nước cứng. Đầu tiên là sự gia tăng nhiệt độ bề mặt của lò sưởi đối với cùng một công suất đầu vào, điều này có thể được phát hiện bằng nhiệt kế hồng ngoại. Nhiệt độ tăng từ 10 đến 15 độ so với trạng thái sạch có nghĩa là lớp cặn khoảng 0,1 đến 0,2 mm. Chỉ báo thứ hai là thời gian dài hơn để đạt được nhiệt độ điểm đặt, vì thang đo cách nhiệt hạn chế truyền nhiệt sang khối nước. Chỉ báo thứ ba là có thể nghe thấy tiếng bốp hoặc tiếng rít, báo hiệu sự sôi cục bộ dưới cặn cặn khi nước bị mắc kẹt bốc hơi và thoát ra ngoài. Nếu có bất kỳ dấu hiệu nào trong số này, thì phải loại bỏ và làm sạch bộ gia nhiệt bằng cách tẩy cặn bằng hóa chất (bằng dung dịch axit citric hoặc sulfamic 5-10%) hoặc bằng bàn chải cơ học. Nếu quá trình làm sạch phục hồi hiệu suất nhưng lại bị bong tróc trong vòng 1-2 tháng thì cần phải làm mềm.

Kết luận: Giới hạn về độ cứng đối với hoạt động-không có cặn ở 85 độ

Trong nước số lượng lớn 85 độ, độ cứng canxi<200 ppm produces a soft, non-adherent scale on 316 stainless steel encased heaters that has no effect on performance. Hardness of 200-300 ppm is tolerable with periodic cleaning. When the hardness exceeds 400 ppm, hard adhering aragonite or calcite scale forms fast insulating the heater and promoting additional deposition. When specifying 316 sheaths for hot water service the engineers should get the calcium hardness and alkalinity analysis of the feed water and compare this to the thresholds in the table. If the hardness is greater than 400 ppm, water softening or addition of a scale inhibitor is essential to avoid loss of performance and premature failure of the heater. This framework relates calcium hardness to observable scale morphology and adhesion strength so that the buyer can design water treatment plans for maintaining thermal efficiency and life extension of the heater in a hard water application.