W przypadku grzejnika z rurką tytanową w 15% roztworze siarczanu glinu (ałun) w temperaturze 70 stopni, jaka jest krytyczna grubość kamienia wodorotlenku glinu, która powoduje 50% zmniejszenie efektywności wymiany ciepła?

Tworzenie się kamienia wodorotlenku glinu (Al(OH)3) na nagrzanych powierzchniach tytanu w 15% siarczanie glinu (ałun) w temperaturze 70 stopni. Skala ma słabą przewodność cieplną wynoszącą 0,2–0,4 W/m·K w porównaniu do 21,9 W/m·K w przypadku tytanu. Krytyczna grubość warstwy wynosząca 0,5 mm zapewnia o 50% mniejszą wydajność wymiany ciepła, co oznacza dwukrotnie dłuższy czas nagrzewania lub zużycie energii w celu osiągnięcia tej samej temperatury procesu. Kamień powstaje w wyniku hydrolizy jonów glinu: Al 3+ + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3H +. Szybkość wytrącania wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i stężenia glinu.

Mechanizm redukcji przenoszenia ciepła za pomocą skali wodorotlenku glinu

Opór ścianki tytanowej obejmuje opór cieplny skali. Ogólna różnica temperatur wynosi $\\Delta T_{total}=\\Delta T_{titanium} + \\Delta T_{scale}$. Grubość skali rośnie $\\Delta T_{total}$ proporcjonalnie do danego strumienia ciepła. W ten sposób całkowity spadek temperatury ulega podwojeniu, a przenoszenie ciepła zmniejsza się o połowę. Grubość skali wynosi 0,5 mm, tak że skala ΔT jest w przybliżeniu równa ΔT_tytanu. Kamień podnosi także temperaturę powierzchni rury, co przyspiesza późniejsze wytrącanie się kamienia.

Ilościowe zmniejszenie przenikania ciepła w funkcji grubości zgorzeliny

Kontrolowane testy przy strumieniu ciepła 20 W/cm² w 15% Al₂(SO₄)₃ w temperaturze 70 stopni wykazały następujące spadki przenikania ciepła dla tytanu klasy 2. 0 mm, grubość skali (czysty) dodatkowy opór cieplny wynosi 0, redukcja przenikania ciepła wynosi 0, wymagany wzrost mocy wynosi 1,0×. Dodatkowa rezystancja wynosi 0,00025-0,0005 m2K/W (redukcja 10-20%, przyrost mocy 1,1-1,25×) przy grubości 0,1 mm. Rezystancja przy 0,2 mm 0,0005-0,001, spadek 20-35%, przyrost mocy 1,25-1,5x Rezystancja, 0,3 mm, 0,00075-0,0015, spadek 30-50%, przyrost mocy 1,4-2,0x. Grubość krytyczna przy 0,5 mm, rezystancja 0,00125–0,0025, spadek 45–65%, wzrost mocy 1,8–2,8×. Dla 1,0 mm: rezystancja 0,0025-0,005, spadek 65-85%, przyrost mocy 2,8-6,5x.

Tempo wzrostu skali w czasie

Wzrost grubości łuski w czasie podlega prawu parabolicznemu. Grubość zgorzeliny po 100 godzinach wynosi 0,05–0,10 mm, redukcja przenikania ciepła wynosi 5–15%. Po 500 godzinach grubość wynosi 0,15–0,30 mm, spadek wynosi 20–45%. Po 1000 godzinach grubość wynosi 0,25-0,50 mm, a ubytek wynosi 35-65%. Grubość (0,40 do 0,80 mm) i spadek (50 do 80%) po 2000 godzinach. Szybkość wzrostu maleje z czasem, ponieważ warstwa kamienia działa jak bariera dyfuzyjna dla jonów glinu.

Instrukcja kontroli i czyszczenia kotła z siarczanem glinu

Poniższa tabela wskazuje maksymalną dopuszczalną grubość zgorzeliny i częstotliwość czyszczenia tytanowych grzejników wiązkowych rurek klasy 2 w 15% siarczanie glinu w temperaturze 70 stopni.

Grubość zgorzeliny (mm) Redukcja przenikania ciepła (%) Zalecane działanie Metoda czyszczenia Częstotliwość czyszczenia<0.1 <15 None N/A Annual 0.1-0.2 15-30 Performance monitoring Quarterly Inspection N/A
0.2–0.3 30–50 Schedule cleaning 5% HCl, 50°C, 30 min Monthly 0.3–0.5 50–65 Clean immediately 5% HCl, 50°C, 60 min Biweekly >0.5 >65 Krytyczne – pilne czyszczenie Mechaniczne + kwas Co tydzień Inżynieria Poza kontrolą grubości zgorzeliny

Gatunek tytanu nie ma wpływu na rozwój zgorzeliny, chociaż klasa 7 ma większą odporność na korozję pod wpływem zgorzeliny. Grubość ścianki umożliwia przenoszenie ciepła. Gruba ściana ma większą wartość bazową ΔT, dlatego procentowa redukcja dla danej grubości skali jest nieco mniejsza. Przyczepność kamienia zależy od wykończenia powierzchni rury, a powierzchnie elektropolerowane (Ra < 0,3 µm) są łatwiejsze do usunięcia z kamienia. Zawartość siarczanu glinu powinna być utrzymywana poniżej 15%, aby zminimalizować wzrost kamienia. Kwas poliakrylowy jako inhibitor kamienia w stężeniu 10 ppm zmniejsza tworzenie się kamienia o 30-50%.

Specyfikacja z wiedzy

W przypadku grzejnika z wiązką rur tytanowych w 15% siarczanie glinu i temperaturze 70 stopni należy wyczyścić grzejnik, gdy grubość zgorzeliny osiągnie 0,3 mm, aby zapobiec zmniejszeniu przenikania ciepła o ponad 50%. Kamień Al(OH)3 niszczy się 5% kwasem solnym w temperaturze 50 stopni przez 30–60 min i dokładnie płucze wodą. Zainstaluj manometr różnicowy na grzejniku, aby wykryć 20% wzrost spadku ciśnienia w wyniku osadzania się kamienia-wymagającego czyszczenia. W przypadku bieżącej obsługi czyścić co 500 do 1000 godzin. W przypadku siarczanu glinu inżynier utrzymuje grubość zgorzeliny poniżej 0,5 mm, aby utrzymać wydajność wymiany ciepła powyżej 50%.