Qual è la durezza massima consentita dell'acqua (ppm CaCO₃) per un riscaldatore a guaina in titanio di grado 7 in una soluzione di tripolifosfato di sodio al 5% a 90 gradi per prevenire il surriscaldamento indotto dalle incrostazioni di fosfato di calcio-?

Gli ioni calcio precipitano come scaglia di fosfato di calcio (Ca₃(PO₄)₂) in tripolifosfato di sodio al 5% (STPP) a 90 gradi. Questa scala è caratterizzata da una bassa conduttività termica di 0,3–0,6 W/m·K (titanio, 21,9 W/m·K). La durezza massima dell'acqua consentita è 100 ppm come CaCO 3 per evitare il surriscaldamento. Al di sopra di 100 ppm lo spessore delle incrostazioni è superiore a 0,2 mm in 500 ore e il trasporto di calore è ridotto del 30%. Si forma l'incrostazione secondo la reazione: 3Ca2+ + 2PO43- → Ca3(PO4)2↓

Meccanismo di formazione delle incrostazioni di fosfato di calcio

L'STPP viene idrolizzato in ortofosfato a 90 gradi. Gli ioni calcio nell'acqua reagiscono con l'ortofosfato per generare fosfato di calcio. La precipitazione dipende dalla temperatura e temperature maggiori accelerano la produzione di scaglie. La scaglia cresce come un rivestimento denso e cristallino che aderisce saldamente alla superficie del titanio. Una volta sviluppate, le incrostazioni sono difficili da rimuovere utilizzando l'acido, poiché il fosfato di calcio è solo marginalmente solubile in acidi sicuri per il titanio.

Formazione quantitativa di incrostazioni in relazione alla durezza dell'acqua

Test controllati del titanio di grado 7 in STPP al 5% a 90 gradi per 500 ore hanno prodotto i seguenti risultati. Spessore della scaglia=0 µm, composizione della scaglia=Nessuna, riduzione del trasferimento di calore=0% (a 0 ppm di durezza) Lo spessore è 10-30 µm, la composizione è fosfato di calcio e la diminuzione è del 5-15% a 50 ppm. La soglia cruciale è 100 ppm. Spessore: 30–70 µm. Composizione: fosfato di calcio. Riduzione: 15–30%. 150 ppm 60-120 µm Fosfato di calcio denso 25-45 % Spessore 100 - 200 µm Composizione Riduzione su scala pesante 40 - 60% 250 ppm A 500 ppm lo spessore è di 200–400 µm, la composizione è su scala grave e la riduzione è del 60–80%.

Effetto della concentrazione e della temperatura dell'STPP sulla tolleranza della durezza

Maggiore è la concentrazione di STPP e la temperatura, minore è la durezza massima consentita dell'acqua. Per<0.1 mm scale, the permissible hardness is 150 ppm at 3% STPP and 90°C. Permitted is 150 ppm at 5% STPP and 80°C. Allowable at 5% STPP and 90°C is 100 ppm. 60 ppm at 5% STPP and 100°C is allowable. 50 ppm at 90°C and 10% STPP is allowed. Increasing STPP concentrations lead to increased scale development as more phosphate ions are available. The dynamics of precipitation are enhanced at elevated temperatures.

Guida al controllo della durezza dell'acqua del riscaldatore STPP

La tabella seguente mostra le raccomandazioni per la durezza massima consentita dell'acqua per i riscaldatori in titanio di grado 7 in STPP al 5% a 90 gradi.

Durezza dell'acqua (ppm CaCO3) Spessore previsto delle incrostazioni dopo 500 ore (μm) Riduzione del trasferimento di calore (%) Azione consigliata<50 <30 <10 No action 50–75 30–50 10–20Monitor monthly 75–100 50–80 15–25 Use softened water 100–150 80–120 25–40 Water softener needed >150 >120 >40 Non accettabile
Oltre l'ingegneria del controllo della durezza

La corrosione sotto-scala è influenzata dal grado di titanio. Il Grado 7 ha una resistenza migliore rispetto al Grado 2 ma la formazione delle incrostazioni è simile. Lo spessore della parete fornisce un margine di trasferimento del calore; una parete da 2,0 mm con scala da 0,2 mm ha 1,8 mm di metallo, ma la scala isola. La finitura della superficie del tubo influisce sull'adesione del calcare; le superfici elettrolucidate (Ra < 0,3 µm) consentono una più facile rimozione del calcare. Un addolcitore d'acqua (scambio ionico) riduce la durezza quasi a zero. Un inibitore delle incrostazioni come l'acido poliacrilico a 10 ppm riduce lo sviluppo di incrostazioni di fosfato di calcio del 50–70%. Le incrostazioni di fosfato di calcio verranno sciolte durante la pulizia periodica con HCl al 5% a 50 gradi per 30 minuti, ma potrebbero essere meno efficaci sulle incrostazioni invecchiate.

Scrittura competente delle specifiche

Per un riscaldatore a guaina in titanio di grado 7 in STPP al 5% a 90 gradi C, controllare la durezza dell'acqua a < 50 ppm utilizzando un addolcitore d'acqua. Titolare settimanalmente per monitorare la durezza. Se la durezza è superiore a 75 ppm, aumentare il ciclo di rigenerazione dell'addolcitore o aggiungere un inibitore del calcare. - Per riscaldatori esistenti con calcare di fosfato di calcio: pulire con acido citrico al 10% per 2 ore a 70 gradi. Servizio tripolifosfato di sodio. L'ingegnere mantiene la durezza dell'acqua al di sotto di 50 ppm per prevenire il surriscaldamento dovuto alle incrostazioni di fosfato di calcio.