Pentru un încălzitor cu pachet de tuburi de titan într-o soluție de 15% sulfat de aluminiu (alu) la 70 de grade, care este grosimea critică a scării de hidroxid de aluminiu care determină o reducere cu 50% a eficienței transferului de căldură?

Precipitation of aluminium hydroxide (Al(OH)3) scale on heated titanium surfaces in 15% aluminium sulphate (alum) at 70°C. The scale has a poor thermal conductivity (0.2–0.4 W/m·K) compared with 21.9 W/m·K for titanium. For a critical scale thickness of 0.5 mm the heat transfer efficiency is reduced to 50% and the heating time or power consumption to attain the same process temperature is increased by a factor of two. The scale is due to hydrolysis of aluminium ions: Al3+ + 3H2O ->Al(OH)3 + 3H+ S-a demonstrat că rata precipitațiilor crește odată cu temperatura și concentrația de aluminiu.

Mecanism de reducere a transferului de căldură prin scară de hidroxid de aluminiu

La rezistența termică a scalei se adaugă rezistența peretelui de titan. Diferența totală de temperatură este ΔT_total=ΔT_titan + ΔT_scale. Grosimea scării crește diferența totală de temperatură pentru un anumit flux de căldură. Pentru o grosime a scării de 0,5 mm, $\\Delta T_{scale}$ este aproape egală cu $\\Delta T_{titan}$, dublând scăderea totală a temperaturii și reducând transmiterea căldurii cu un factor de 2. Scara crește, de asemenea, temperatura suprafeței tubului, ceea ce, la rândul său, accelerează precipitațiile mai mari.

Reducerea cantitativă a transferului de căldură versus grosimea scării

Următoarele scăderi ale transferului de căldură au fost determinate prin teste controlate la un flux de căldură de 20 W/cm^2 în 15% Al_2(SO_4)_3 la 70^circ C pentru titanul de gradul 2. La o grosime a scării de 0 mm (curat), rezistența termică suplimentară este 0, reducerea transferului de căldură este 0 și creșterea puterii necesară este de 1,0×. Rezistența suplimentară la o grosime de 0,1 mm este de 0,00025–0,0005 m²·K/W, reducerea este de 10–20%, iar creșterea puterii este de 1,1–1,25×. Rezistenta: 0,0005-0,001 la 0,2 mm. Reducere: 20-35%. Creșterea puterii: 1,25-1,5*. 0.3 mm 0.00075-0.0015 30-50% 1,4-2,0×. Grosimea critică este de 0,5 mm, rezistența este de 0,00125–0,0025, scăderea este de 45–65%, creșterea puterii este de 1,8–2,8×. La 1,0 mm, rezistența este de 0,0025-0,005, scăderea este de 65-85% și creșterea puterii este de 2,8-6,5X.

Rata de creștere a scalei în timp

Grosimea scării crește cu timpul conform unei legi parabolice. După 100 de ore grosimea scării este de 0,05–0,10 mm, iar scăderea transferului de căldură este de 5–15 %. După 500 de ore grosimea este de 0,15–0,30 mm și scade cu 20–45 %. 1,000 ore 0,25–0,50 mm Reducere 35–65 % Grosime: 0,40 până la 0,80 mm Reducere: 50 până la 80 % La 2.000 de ore, viteza de creștere a stratului acționează ca scădere a gradului de difuzie. bariera pentru ionii de aluminiu.

Încălzitoare cu sulfat de aluminiu: un ghid pentru gestionarea scalei și curățare

Grosimea maximă admisă a scării și frecvența de curățare pentru încălzitoarele cu fascicule de tuburi de titan de gradul 2 în sulfat de aluminiu 15% la 70 de grade sunt prezentate în tabelul însoțitor.

Grosimea scării (mm) Reducerea transferului de căldură (%) Metoda de acțiune recomandată de curățare Frecvența de curățare<0.1 <15 None N/A Annual 0.1–0.2 15–30Performance monitoring Quarterly review N/A
0.2-0.3 30-50 Plan 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 Curățare urgentă - critică Mecanică + acid Inginerie săptămânală Dincolo de controlul grosimii scalei

Calitatea de titan nu are niciun efect asupra formării calcarului, în timp ce gradul 7 are o rezistență superioară la coroziune sub-scara. Grosimea peretelui oferă o marjă de transmisie a căldurii, iar un perete gros are o linie de bază mai mare ΔT, prin urmare, reducerea procentuală pentru o anumită grosime a scării este puțin mai mică. Finisajul suprafeței tubului influențează aderența scalei, iar suprafețele electrolustruite (Ra < 0,3 µm) promovează îndepărtarea calcarului. Pentru a reduce creșterea calcarului, mențineți conținutul de sulfat de aluminiu sub 15 %. Generarea de calcar este redusă de un inhibitor de calcar, cum ar fi acidul poliacrilic în 10 ppm cu 30-50 %.

Specificați cu certitudine

Când grosimea scării ajunge la 0,3 mm, încălzitorul fasciculului de tuburi de titan trebuie curățat în sulfat de aluminiu 15% la 70 de grade pentru a evita o scădere a transferului de căldură de peste 50%. Pentru a îndepărta depunerile de Al(OH)3, utilizați 30 min până la 1 oră de acid clorhidric 5% la 50 de grade, apoi clătiți bine cu apă. Puneți un manometru de presiune diferențială peste încălzitor. Dacă scăderea de presiune crește cu 20%, scara s-a acumulat și încălzitorul trebuie curățat. La fiecare 500 până la 1000 de ore pentru serviciul continuu. Inginerul menține eficiența transferului de căldură peste 50% în serviciul cu sulfat de aluminiu prin reglarea grosimii scalei sub 0,5 mm.