2% मैग्नीशियम अशुद्धता के साथ 100 डिग्री पर 30% कैल्शियम क्लोराइड ब्राइन में संचालित होने वाली टाइटेनियम हीट रॉड के लिए, अधिमान्य मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड स्केलिंग को रोकने के लिए अधिकतम स्वीकार्य जल कठोरता (CaCO₃ के रूप में) क्या है?

30% कैल्शियम क्लोराइड (CaCl 2) नमकीन में 100 डिग्री पर 2% मैग्नीशियम अशुद्धता (MgCl 2 के रूप में), मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड (Mg(OH) 2) स्केल कैल्शियम कार्बोनेट या कैल्शियम सल्फेट पर अधिमानतः अवक्षेपित होते हैं। ऊंचे तापमान पर मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड घुलनशीलता में विशेष रूप से कम होता है और टाइटेनियम हीटर सतहों पर एक कठोर, चिपकने वाला स्केल बनाता है। स्केल में कम तापीय चालकता (1-2 W/mK) है जिसके परिणामस्वरूप स्थानीय अति-ताप होता है। मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड की अधिमान्य स्केलिंग को रोकने के लिए स्वीकार्य समग्र कठोरता (CaCO3 के रूप में) 200 पीपीएम है। इस सेटिंग पर, स्केल की मोटाई 500 घंटों में 0.2 मिमी है और गर्मी हस्तांतरण 30-50% कम हो जाता है।

अधिमान्य मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड स्केल निर्माण तंत्र

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. यह प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है और तापमान जितना अधिक होगा यह उतनी ही तेजी से आगे बढ़ती है। पानी की कमी गर्म टाइटेनियम सतह पर स्थानीय pH को बढ़ावा देती है, जिससे Mg(OH)2 की वर्षा होती है। कैल्शियम आयन कैल्शियम कार्बोनेट और कैल्शियम सल्फेट स्केल को अवक्षेपित करते हैं लेकिन ये कम चिपकते हैं और इन्हें आसानी से हटाया जा सकता है। यदि पानी की कठोरता 200 पीपीएम से अधिक है, तो स्केल मुख्य रूप से 2% मैग्नीशियम अशुद्धता के साथ भी एमजी (ओएच) 2 से बना है। जैसे-जैसे स्केल फैलता है, क्रिस्टल की तरह प्लेटें आपस में जुड़ जाती हैं, जिससे एक सख्त परत बन जाती है।

गठन बनाम पानी की कठोरता का मात्रात्मक पैमाना

विभिन्न कुल कठोरता (पीपीएम CaCO3 के रूप में व्यक्त) के साथ 500 घंटों से अधिक सिंथेटिक नमकीन पानी (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 डिग्री) में नियंत्रित परीक्षण ने निम्नलिखित स्थापित किया है। स्केल की मोटाई 10-30 µm स्केल कैल्शियम कार्बोनेट न्यूनतम Mg(OH) 2 के साथ एसिड धोने से प्राप्त निष्कासन हीट ट्रांसफर में कमी 5-15% कठोरता <100 पीपीएम 100-200 पीपीएम कठोरता पर स्केल की मोटाई 30-70 µm है, स्केल मिश्रित कार्बोनेट और Mg(OH)₂ है, निष्कासन ब्रश प्लस एसिड द्वारा होता है, और हीट ट्रांसफर में कमी होती है 15-30%. 200-300 पीपीएम क्रिटिकल थ्रेशोल्ड स्केल की मोटाई 60-120 µm स्केल प्रकार Mg(OH)2 प्रमुख, उच्च पालन निष्कासन यांत्रिक स्क्रैपिंग गर्मी हस्तांतरण में कमी 25-45% 300-500 पीपीएम की कठोरता पर स्केल की मोटाई 100-200 µm है, यह कठोर मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड है, इसे निकालना बहुत मुश्किल है, गर्मी संचरण में कमी 40-60% है। यदि सांद्रता 500 पीपीएम से ऊपर है, स्केल की मोटाई 200 μm से अधिक है, गंभीर स्केलिंग होती है, और गर्मी हस्तांतरण में कमी 60% से अधिक है।

कठोरता सहनशीलता पर मैग्नीशियम सांद्रता और तापमान का प्रभाव

मैग्नीशियम की सांद्रता बढ़ने के साथ पानी की अधिकतम स्वीकार्य कठोरता कम हो जाती है। 0.1 मिमी स्केल और 1% मैग्नीशियम अशुद्धता के लिए, स्वीकार्य कठोरता 300 पीपीएम है। 2% मैग्नीशियम पर अनुमत कठोरता 200 पीपीएम तक कम हो जाती है। 3% मैग्नीशियम पर स्वीकार्य कठोरता घटकर 150 पीपीएम हो जाती है। 5% मैग्नीशियम पर अनुमत कठोरता केवल 80ppm है। तापमान 2% मैग्नीशियम पर अनुमेय कठोरता के साथ 80 डिग्री पर 350 पीपीएम होने की सीमा को भी प्रभावित करता है। 100 डिग्री सेल्सियस पर स्वीकार्य कठोरता 200 पीपीएम है . 120 पीपीएम दबाव में 120 डिग्री सेल्सियस पर ठीक कठोरता है। 140 डिग्री पर अनुमेय कठोरता 80 पीपीएम है।

मैग्नीशियम में पानी की कठोरता का नियंत्रण-दूषित कैल्शियम क्लोराइड ब्राइन: एक गाइड

निम्न तालिका 100 डिग्री पर 2% मैग्नीशियम अशुद्धता के साथ 30% CaCl2 नमकीन पानी के लिए अनुशंसित अधिकतम स्वीकार्य पानी की कठोरता को दर्शाती है। सिफ़ारिशें वांछित पैमाने की मोटाई और सफाई आवृत्ति पर आधारित हैं।

500 घंटों के बाद वांछित स्केल मोटाई (µm) अधिकतम स्वीकार्य जल कठोरता (पीपीएम CaCO₃) स्केल संरचना अनुशंसित सफाई विधि<30 (low scaling) <100 Calcium carbonate Acid cleaning (5% HCl) 30–70 (moderate) 100–200 Mixed carbonate/Mg(OH)₂ Acid + brushing 70–120 (high) 200–250 Mg(OH)₂ dominant Mechanical scraping >120 (severe) >250 हार्ड एमजी(ओएच)₂ जल कठोरता नियंत्रण से परे इंजीनियरिंग की अनुशंसा नहीं की जाती है

पैमाने के विकास पर टाइटेनियम ग्रेड का बहुत कम प्रभाव पड़ता है; फिर भी, ग्रेड 7 छोटे पैमाने पर संक्षारण के प्रति बेहतर प्रतिरोध प्रदर्शित करता है। दीवार की मोटाई गर्मी हस्तांतरण भत्ता प्रदान करती है; 0.3 मिमी पैमाने के साथ 2.0 मिमी की दीवार कम हो गई है लेकिन अभी भी उपयोग योग्य ताप संचरण है। इलेक्ट्रोपॉलिश सतहें (आरए <0.3 µm) स्केल पालन को कम करती हैं और हटाने की सुविधा प्रदान करती हैं। पॉलीएक्रिलेट्स और फॉस्फोनेट्स कैल्शियम कार्बोनेट के लिए प्रभावी स्केल अवरोधक हैं, लेकिन मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड के लिए बहुत प्रभावी नहीं हैं। नमकीन पानी का pH 7.5 से नीचे रखा जाना चाहिए, क्योंकि उच्च pH Mg(OH)₂ के अवक्षेपण को तेज कर देता है। 2 घंटे के लिए 50 डिग्री पर 5% हाइड्रोक्लोरिक एसिड द्वारा आवधिक एसिड सफाई से कैल्शियम कार्बोनेट स्केल घुल सकता है, लेकिन एमजी(ओएच) 2 आसानी से नहीं घुलता है।

एक अच्छी तरह से जानकारीयुक्त विशिष्टता बनाना

टाइटेनियम हीट रॉड के लिए मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड की तरजीही स्केलिंग से बचने के लिए पानी की समग्र कठोरता 2% मैग्नीशियम अशुद्धता के साथ 100 डिग्री पर 30% कैल्शियम क्लोराइड ब्राइन में 100 पीपीएम से कम होनी चाहिए। नमकीन पानी बनाने के लिए नरम पानी का उपयोग करें। अनुमापन द्वारा कठोरता की साप्ताहिक जाँच करें। यदि कठोरता 200 पीपीएम से ऊपर है, तो सेवा पर लौटने से पहले चूने और फिल्टर के साथ पीएच को 9.5 तक बढ़ाकर मैग्नीशियम को अवक्षेपित करें। एमजी(ओएच)2 स्केल वाले मौजूदा हीटरों के लिए, 4 घंटे के लिए 70 डिग्री पर 10% साइट्रिक एसिड का उपयोग करें और उसके बाद यांत्रिक ब्रशिंग करें। गर्मी हस्तांतरण को कम करने और पानी की कठोरता को 200 पीपीएम से कम तक नियंत्रित करके स्थानीयकृत ओवरहीटिंग का कारण बनने के लिए अनुवर्ती मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड स्केल नहीं बनाया गया है।