¿Cuál es la dureza máxima permitida del agua (ppm CaCO₃) para un calentador de vaina de titanio de grado 7 en una solución de tripolifosfato de sodio al 5 % a 90 grados para evitar el sobrecalentamiento inducido por incrustaciones de fosfato de calcio-?

Los iones de calcio precipitan en forma de incrustaciones de fosfato de calcio (Ca₃(PO₄)₂) en tripolifosfato de sodio (STPP) al 5% a 90 grados. Esta escala se caracteriza por una baja conductividad térmica de 0,3 a 0,6 W/m·K (titanio, 21,9 W/m·K). La dureza máxima del agua permitida es de 100 ppm como CaCO 3 para evitar el sobrecalentamiento. Por encima de 100 ppm, el espesor de las incrustaciones es superior a 0,2 mm en 500 h y el transporte de calor se reduce en un 30 %. La incrustación se forma según la reacción: 3Ca2+ + 2PO43- → Ca3(PO4)2↓

Mecanismo de formación de incrustaciones de fosfato de calcio

STPP se hidroliza a ortofosfato a 90 grados. Los iones de calcio en el agua reaccionan con el ortofosfato para generar fosfato de calcio. La precipitación depende de la temperatura y las temperaturas mayores aceleran la producción de escamas. Las incrustaciones crecen como una capa densa y cristalina que se adhiere firmemente a la superficie del titanio. Una vez desarrollada, la incrustación es difícil de eliminar usando ácido, ya que el fosfato de calcio es marginalmente soluble en ácidos que son seguros para el titanio.

Formación de escala cuantitativa en relación con la dureza del agua

Las pruebas controladas de titanio de grado 7 en STPP al 5% a 90 grados durante 500 horas arrojaron los siguientes resultados. Espesor de la escala=0 µm, Composición de la escala=Ninguna, Reducción de la transferencia de calor=0% (a 0 ppm de dureza) El espesor es de 10 a 30 µm, la composición es fosfato de calcio y la disminución es del 5 al 15 % a 50 ppm. El umbral crucial es 100 ppm. Espesor: 30–70 µm. Composición: fosfato cálcico. Reducción: 15–30%. 150 ppm 60-120 µm Fosfato de calcio denso 25-45 % Espesor 100 - 200 µm Composición Incrustaciones pesadas Reducción 40 - 60% 250 ppm A 500 ppm el espesor es de 200–400 µm, la composición es incrustación severa y la reducción es de 60–80%.

Efecto de la concentración y la temperatura de STPP sobre la tolerancia a la dureza

Cuanto mayor sea la concentración de STPP y la temperatura, menor será la dureza máxima permitida del agua. Para<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.

Guía para el control de la dureza del agua del calentador STPP

La siguiente tabla muestra recomendaciones para la dureza máxima permitida del agua para calentadores de titanio de grado 7 en 5% STPP a 90 grados.

Dureza del agua (ppm CaCO3) Espesor de escala esperado después de 500 horas (μm) Reducción de la transferencia de calor (%) Acción recomendada<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 No aceptable
Más allá de la ingeniería de control de dureza

La corrosión bajo-escala está influenciada por el grado del titanio. El grado 7 tiene mejor resistencia que el grado 2, pero la formación de incrustaciones es similar. El espesor de la pared proporciona un margen de transferencia de calor; una pared de 2,0 mm con una escala de 0,2 mm tiene 1,8 mm de metal, pero la escala aísla. El acabado de la superficie del tubo afecta la adhesión de incrustaciones; Las superficies electropulidas (Ra < 0,3 µm) permiten una eliminación más sencilla de las incrustaciones. Un descalcificador de agua (intercambio iónico) reduce la dureza a casi cero. Un inhibidor de incrustaciones, como 10 ppm de ácido poliacrílico, disminuye la formación de incrustaciones de fosfato de calcio entre un 50% y un 70%. Las incrustaciones de fosfato de calcio se disolverán durante la limpieza periódica con HCl al 5% a 50 grados durante 30 minutos, pero pueden ser menos efectivas en incrustaciones envejecidas.

Redacción de especificaciones bien informada

Para un calentador de funda de titanio de grado 7 en STPP al 5 % a 90 grados C, controle la dureza del agua a < 50 ppm usando un ablandador de agua. Valorar semanalmente para controlar la dureza. Si la dureza es superior a 75 ppm, aumente el ciclo de regeneración del suavizante o agregue un inhibidor de incrustaciones.. - Para calentadores existentes con incrustaciones de fosfato de calcio: limpie con ácido cítrico al 10% durante 2 horas a 70 grados. Servicio de tripolifosfato de sodio. El ingeniero mantiene la dureza del agua por debajo de 50 ppm para evitar el sobrecalentamiento debido a las incrustaciones de fosfato de calcio.