जब एक टाइटेनियम शीथ को उच्च सिलिका और क्लोराइड के साथ रिवर्स ऑस्मोसिस कॉन्सेंट्रेट स्ट्रीम के लिए हीटर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो सिलिका स्केल जमाव विफलता तंत्र को संक्षारण से अति ताप में कैसे बदल देता है?

आरओ कॉन्संट्रेट सेवा में टाइटेनियम हीटर डिज़ाइन में बुनियादी बदलाव
आरओ सांद्रता धाराओं की विशेषता उच्च क्लोराइड (10,000-50,000 पीपीएम) और उच्च सिलिका (50-200 पीपीएम SiO2 के रूप में) है। टाइटेनियम को क्लोराइड संक्षारण के प्रतिरोध के लिए चुना गया था। हालाँकि, 70 डिग्री से ऊपर के तापमान पर सिलिका पोलीमराइज़ हो जाता है और गर्म सतहों पर अनाकार पैमाने के रूप में अवक्षेपित हो जाता है। यह सिलिका स्केल विफलता प्रक्रिया को पूरी तरह से प्रभावित करता है। क्लोराइड द्वारा गड्ढे के कारण स्केल के बिना टाइटेनियम के लिए सेवा जीवन 3 - 5 वर्ष। स्केल एक इन्सुलेटिंग कोटिंग के रूप में कार्य करता है और स्थानीयकृत ओवरहीटिंग का कारण बनता है जिससे महीनों में तेजी से शीथ जल जाता है। यह तंत्र दीवार की मोटाई से प्रभावित होता है: एक मोटी दीवार समान शक्ति घनत्व के लिए सतह पर अधिक गर्म चलेगी, इसलिए सिलिका के पोलीमराइजेशन और स्केल के निर्माण में वृद्धि होगी। संक्षारण से स्केल सीमित विफलता तक का यह संक्रमण आरओ केंद्रित अनुप्रयोगों के लिए हीटर डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है।

यांत्रिक अखंडता पर प्रभाव: सिलिका स्केल गठन की कैनेटीक्स
बढ़ते तापमान के साथ सिलिका की घुलनशीलता कम हो जाती है और पीएच बढ़ने के साथ बढ़ जाती है। पीएच 7-8 और 70 डिग्री पर आरओ सांद्रण संतृप्ति सांद्रण लगभग 120 पीपीएम SiO2 है। यदि टाइटेनियम शीथ की सतह का तापमान 80 डिग्री (दीवार के माध्यम से विद्युत प्रतिरोध के कारण) से अधिक हो जाता है, तो स्थानीय घुलनशीलता 80 पीपीएम से नीचे गिर जाती है और सुपरसैचुरेशन और पोलीमराइजेशन होता है। प्रतिक्रिया है: Si(OH)4 (aq) SiO2 (अनाकार) + 2H2O सिलिका स्केल उत्पादन के लिए प्रेरण समय अरहेनियस से संबंधित है। 80 डिग्री के सतही तापमान पर, स्केल 48 घंटों में बनता है; 90 डिग्री पर यह 8 घंटे में बनता है। 2.5 डब्लू/सेमी² पर काम करने वाले 70 डिग्री बल्क आरओ कंसंट्रेट में 1.0 मिमी टाइटेनियम दीवार के लिए, सतह का तापमान लगभग 78 डिग्री है, जो तीव्र स्केलिंग सीमा के ठीक नीचे है। 1.8 मिमी की दीवार की मोटाई के लिए सतह 85 डिग्री तक पहुंच जाती है और तेजी से स्केलिंग शासन में प्रवेश करती है। एक बार जब सिलिका परत बन जाती है (टाइटेनियम के लिए 17 W/m·K की तुलना में चालकता {{26%) W/m·K), तो अतिरिक्त तापीय प्रतिरोध सतह के तापमान को और बढ़ा देता है, जिससे अधिक पैमाने पर जमाव को बढ़ावा मिलता है। विफलता तंत्र गड्ढों के क्षरण (वर्षों) से तापीय अपवाह (महीनों) की ओर बढ़ता है।

थर्मल प्रदर्शन पर प्रभाव: अत्यधिक गरम होना और जलना
एक पतली सिलिका स्केल परत, जो केवल 0.5 मिमी मोटी है, एक थर्मल प्रतिरोध $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$ योगदान करती है। 2.5 डब्लू/सेमी² पर 0.5 मिमी सिलिका परत पूरे पैमाने पर 12.5 डिग्री तापमान की गिरावट देती है। इसका मतलब है कि समान ताप प्रवाह प्रदान करने के लिए टाइटेनियम की बाहरी सतह को 12.5 डिग्री अधिक गर्म होना चाहिए। बढ़े हुए तापमान का मतलब बहुत तेज़ स्केलिंग है। सकारात्मक प्रतिक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि आंतरिक प्रतिरोध तार अपनी 450C सीमा को पार नहीं कर लेता, जिससे MgO इन्सुलेशन विफलता और शीथ बर्न शुरू हो जाता है। आरओ कॉन्सन्ट्रेट हीटर के फील्ड डेटा से पता चलता है कि 80 डिग्री के प्रारंभिक सतह तापमान के साथ 1.2 मिमी टाइटेनियम की दीवार 500 घंटों के भीतर 0.3 मिमी सिलिका स्केल बनाती है जो सतह को 95 डिग्री तक बढ़ा देती है। स्केलिंग 95 डिग्री पर तेजी से बढ़ती है, अगले 500 घंटों में 1.0 मिमी तक पहुंच जाती है, जब तार का तापमान 450 डिग्री से अधिक होता है और हीटर टूट जाता है। साफ शुरुआत से विफलता तक की कुल अवधि 1,000-1,500 घंटे है। इसकी तुलना में, उसी दीवार में छेद करने में जंग लगने में 8,000 से 10,000 घंटे लगते हैं।

व्यापार से हटकर संश्लेषण: दीवार की मोटाई और स्केल प्रबंधन
बल्क सिलिका की सांद्रता (पीपीएम SiO2) सुझाई गई दीवार की मोटाई, अपेक्षित विफलता मोड सेवा जीवन (घंटे) कोर इंजीनियरिंग तर्क <50 पीपीएम 1.0 मिमी - 1.2 मिमी केवल हल्के गड्ढे > 20,000 कोई पर्याप्त स्केलिंग नहीं; पारंपरिक संक्षारण डिज़ाइन लागू होता है।
50 – 100 पीपीएम 1.0 मिमी (पतली - दीवार) स्केल 3,000-5,000 के कारण ज़्यादा गरम होना, पतली दीवार सतह के तापमान को कम करती है और स्केलिंग को धीमा कर देती है। सफ़ाई सामान्य.
100 से 150 पीपीएमअनुशंसित नहीं (सभी मोटाई)तेज स्केलिंग बर्न-से <1,500 इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि दीवार कितनी मोटी है, आप चढ़ने से बच नहीं सकते। एंटीस्केलेंट जोड़ें या प्रक्रिया बदलें।
साप्ताहिक एसिड सफाई, कोई भी 1.2 मिमी - 1.5 मिमी सफाई-नियंत्रित > 10,000 बार-बार सफाई स्केल को थर्मल रनवे से बचाती है। मोटी दीवार सफाई के क्षरण को सहन कर सकती है।
6 स्केल रोकथाम और दीवार से परे सफाई इंजीनियरिंग
सिलिका स्केलिंग के कारण विफलता तंत्र में संक्षारण से अति ताप की ओर बदलाव दीवार की मोटाई के निर्धारण में संक्षारण भत्ता की तुलना में सतह के तापमान के नियंत्रण को अधिक महत्वपूर्ण बनाता है। उच्च सिलिका आरओ सांद्रण से निपटने का सबसे अच्छा तरीका एक पतली दीवार (1.0 मिमी) और या तो रासायनिक एंटी-स्केलैंट्स (फॉस्फोनेट्स जो सिलिका पोलीमराइजेशन को रोकते हैं) या साप्ताहिक एसिड सफाई (1 घंटे के लिए 50 डिग्री पर 2% साइट्रिक एसिड) का उपयोग करना है। यदि कोटिंग 0.2 मिमी से कम मोटी है, तो थर्मल स्थिति को एसिड सफाई द्वारा बहाल किया जाता है, जो अनाकार सिलिका को घोलता है। सफाई के बिना एक मोटी दीवार (1.8 मिमी) सफाई के साथ एक पतली दीवार की तुलना में तेजी से विफल हो जाती है, क्योंकि उच्च प्रारंभिक सतह का तापमान सफाई की आवृत्ति की तुलना में स्केलिंग को तेजी से बढ़ा सकता है।

निष्कर्ष: जब स्केलिंग होती है तो संक्षारण प्रमुख विफलता तंत्र नहीं होता है
आरओ के लिए टाइटेनियम शीथ हीटर में सिलिका और क्लोराइड की मात्रा अधिक होती है जो सिलिका स्केल जमाव के कारण विफलता तंत्र को विलंबित क्लोराइड जमाव (वर्षों) से त्वरित अति तापित जलने (महीनों) में परिवर्तित कर देता है। एक मोटी दीवार तेजी से स्केलिंग क्षेत्र में सतह के तापमान को बढ़ाकर स्थिति को बढ़ा देती है। उच्च सिलिका आरओ सांद्रता को एक पतली दीवार (1.0 मिमी) और साप्ताहिक एसिड सफाई या निरंतर एंटी-स्केलेंट इंजेक्शन के साथ नियंत्रित किया जाना चाहिए। यह ध्यान रखना भी महत्वपूर्ण है कि जिस दीवार को साफ नहीं किया गया है वह जितनी मोटी होगी वह साफ की गई पतली दीवार की तुलना में उतनी ही तेजी से विफल होगी, इसलिए दीवार की मोटाई स्केल नियंत्रण के लिए एक पूरक तत्व है। हीटर निर्दिष्ट करते समय, निर्माता को थोक सिलिका सांद्रता (पीपीएम) और एसिड सफाई की संभावना प्रदान करें और यह सत्यापित करने के लिए सतह के तापमान का अनुमान लगाने का अनुरोध करें कि ऑपरेशन 80 डिग्री से नीचे होगा।