Khi vỏ bọc titan được sử dụng làm thiết bị gia nhiệt cho dòng cô đặc thẩm thấu ngược có hàm lượng silic và clorua cao, sự lắng đọng cặn silic thay đổi cơ chế hư hỏng từ ăn mòn sang quá nhiệt như thế nào?

Sự cân bằng cơ bản-trong thiết kế bộ gia nhiệt bằng titan trong dịch vụ cô đặc RO
Dòng cô đặc RO được đặc trưng bởi hàm lượng clorua cao (10.000–50.000 ppm) và silica cao hơn (50–200 ppm dưới dạng SiO2). Titan được chọn vì khả năng chống ăn mòn clorua. Tuy nhiên, ở nhiệt độ trên 70 độ, silica polyme hóa và kết tủa dưới dạng cặn vô định hình trên bề mặt bị nung nóng. Cân silica này ảnh hưởng hoàn toàn đến quá trình hư hỏng. Tuổi thọ sử dụng là 3{14}}5 năm đối với titan không có cặn do bị rỗ bởi clorua. Cân đóng vai trò như một lớp phủ cách điện và gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ dẫn đến cháy lớp vỏ nhanh chóng trong nhiều tháng. Cơ chế này bị ảnh hưởng bởi độ dày của thành: thành dày hơn sẽ nóng hơn ở bề mặt với cùng mật độ năng lượng, do đó làm tăng quá trình trùng hợp của silica và tạo ra cặn. Quá trình chuyển đổi từ ăn mòn sang hỏng hóc hạn chế ở quy mô này rất quan trọng đối với việc thiết kế máy sưởi cho các ứng dụng cô đặc RO.

Ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cơ học: Động học của sự hình thành cặn silic
Độ hòa tan của silic giảm khi tăng nhiệt độ và tăng khi tăng pH. RO cô đặc ở pH 7-8 và 70 độ nồng độ bão hòa khoảng 120 ppm SiO2. Nếu nhiệt độ bề mặt vỏ bọc titan vượt quá 80 độ (do điện trở xuyên qua thành), độ hòa tan cục bộ giảm xuống dưới 80 ppm và xảy ra hiện tượng siêu bão hòa và trùng hợp. Phản ứng là: Si(OH)4 (aq) SiO2 (vô định hình) + 2H2O Thời gian cảm ứng để sản xuất cặn silica có liên quan đến Arrhenius. Ở nhiệt độ bề mặt 80 độ, cặn hình thành trong 48 giờ; ở 90 độ, nó hình thành trong 8 giờ. Đối với tường titan 1,0 mm ở dạng cô đặc RO số lượng lớn 70 độ hoạt động ở tốc độ 2,5 W/cm2, nhiệt độ bề mặt là khoảng 78 độ, ngay dưới ngưỡng co giãn nhanh. Đối với độ dày thành 1,8 mm, bề mặt đạt tới 85 độ và chuyển sang chế độ co giãn nhanh. Khi lớp silica đã hình thành (độ dẫn điện=1 W/m·K so với 17 W/m·K của titan), khả năng chịu nhiệt tăng thêm sẽ làm tăng thêm nhiệt độ bề mặt, khuyến khích sự lắng đọng cặn nhiều hơn. Cơ chế hư hỏng chuyển từ ăn mòn rỗ (năm) sang thoát nhiệt (tháng).

Ảnh hưởng đến hiệu suất tản nhiệt: Quá nóng và cháy-
Lớp vảy silica mỏng, chỉ dày 0,5 mm, góp phần tạo ra khả năng chịu nhiệt $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$. Ở mức 2,5 W/cm2, lớp silica dày 0,5 mm giúp giảm nhiệt độ 12,5 độ trên thang đo. Điều đó có nghĩa là bề mặt bên ngoài bằng titan phải nóng hơn 12,5 độ để cung cấp cùng một dòng nhiệt. Nhiệt độ tăng có nghĩa là quy mô nhanh hơn nhiều. Phản hồi tích cực tiếp tục xảy ra cho đến khi dây điện trở bên trong vượt quá giới hạn 450C, gây ra lỗi cách điện MgO và cháy{14}}vỏ bọc. Dữ liệu hiện trường của máy gia nhiệt cô đặc RO cho thấy rằng một bức tường titan 1,2 mm với nhiệt độ bề mặt ban đầu là 80 độ tạo thành cặn silica 0,3 mm trong vòng 500 giờ nâng bề mặt lên 95 độ. Tỉ lệ tăng theo cấp số nhân ở 95 độ, đạt 1,0mm trong 500 giờ nữa, khi nhiệt độ dây cao hơn 450 độ và bộ gia nhiệt bị hỏng. Tổng thời gian từ khi bắt đầu sạch cho đến khi hỏng là 1.000-1.500 giờ. Trong khi đó, ăn mòn rỗ mất 8.000 đến 10.000 giờ để đục lỗ trên cùng một bức tường.

Sự tổng hợp-đánh đổi: Quản lý quy mô và độ dày của tường
Nồng độ Silica số lượng lớn (ppm SiO2)Độ dày thành đề xuất Chế độ hư hỏng dự kiến ​​Tuổi thọ sử dụng (giờ) Cơ sở kỹ thuật cốt lõi < 50 ppm 1,0 mm – 1,2 mm Chỉ rỗ nhẹ > 20.000 Không có cặn đáng kể; thiết kế ăn mòn thông thường được áp dụng.
50 – 100 ppm 1,0 mm (tường{3}}mỏng)Quá nóng do thang đo 3.000–5.000 Tường mỏng làm giảm nhiệt độ bề mặt và làm chậm quá trình co giãn. Vệ sinh bình thường.
100 đến 150 ppmKhông khuyến nghị (tất cả các độ dày)Chia rộng nhanh Đốt cháy-đến < 1.500 Dù bức tường có dày bao nhiêu thì bạn cũng không thể tránh khỏi việc leo trèo. Thêm chất chống cặn hoặc thay đổi quy trình.
Làm sạch bằng axit hàng tuần, bất kỳ mức làm sạch 1,2 mm – 1,5 mm nào-được kiểm soát > 10.000. Làm sạch thường xuyên sẽ ngăn cặn bám gây thoát nhiệt. Tường dày hơn có thể chịu được sự xói mòn khi làm sạch.
6 Kỹ thuật ngăn ngừa và làm sạch cặn bám ngoài tường
Sự thay đổi cơ chế hư hỏng từ ăn mòn sang quá nhiệt do cặn silic gây ra khiến việc kiểm soát nhiệt độ bề mặt quan trọng hơn mức cho phép ăn mòn trong việc xác định độ dày thành. Cách tốt nhất để xử lý chất cô đặc RO có hàm lượng silic cao là sử dụng thành mỏng (1,0 mm) và chất chống cặn hóa học-(phosphonate ngăn chặn quá trình trùng hợp silica) hoặc làm sạch bằng axit hàng tuần (axit xitric 2% ở 50 độ trong 1 giờ) chất chống cặn. 10-20 ppm-làm tăng thời gian cảm ứng cặn lên hệ số 5-10, cho phép thành 1,0 mm tồn tại trong 5000+ giờ. Nếu lớp phủ dày dưới 0,2 mm, trạng thái nhiệt được phục hồi bằng cách làm sạch bằng axit, làm hòa tan silic vô định hình. Một bức tường dày (1,8 mm) không được làm sạch sẽ hỏng nhanh hơn một bức tường mỏng được làm sạch, vì nhiệt độ bề mặt ban đầu cao hơn sẽ đẩy nhanh quá trình đóng cặn nhanh hơn tần suất làm sạch có thể theo kịp.

Kết luận: Khi xảy ra cặn, ăn mòn không phải là cơ chế gây hư hỏng chủ yếu
Bộ gia nhiệt bằng vỏ titan dành cho RO cô đặc có hàm lượng silica và clorua cao sẽ biến đổi cơ chế hư hỏng từ hiện tượng rỗ clorua bị trì hoãn (năm) sang đốt cháy quá nhiệt nhanh chóng-trong (tháng) do lắng đọng cặn silic. Một bức tường dày hơn sẽ làm trầm trọng thêm tình hình bằng cách tăng nhiệt độ bề mặt vào khu vực đóng cặn nhanh chóng. Nên xử lý nồng độ silica RO cao bằng thành mỏng (1,0 mm) và làm sạch bằng axit hàng tuần hoặc phun chất chống{4}lăn cặn liên tục. Điều quan trọng cần lưu ý là tường càng dày chưa được làm sạch thì tốc độ hỏng càng nhanh so với tường mỏng hơn đã được làm sạch, do đó độ dày của tường là yếu tố bổ sung để kiểm soát cặn. Khi chỉ định máy sưởi, hãy cung cấp cho nhà sản xuất nồng độ silica số lượng lớn (ppm) và khả năng làm sạch bằng axit, đồng thời yêu cầu ước tính nhiệt độ bề mặt để xác minh rằng hoạt động sẽ dưới 80 độ.