Qual é a dureza máxima permitida da água (ppm CaCO₃) para um aquecedor de bainha de titânio grau 7 em uma solução de tripolifosfato de sódio a 5% a 90 graus para evitar superaquecimento induzido por incrustações de fosfato de cálcio-?

Os íons de cálcio precipitam como escala de fosfato de cálcio (Ca₃(PO₄)₂) em tripolifosfato de sódio a 5% (STPP) a 90 graus. Esta escala é caracterizada por uma baixa condutividade térmica de 0,3–0,6 W/m·K (titânio, 21,9 W/m·K). A dureza máxima permitida da água é de 100 ppm como CaCO 3 para evitar superaquecimento. Acima de 100 ppm a espessura da incrustação é superior a 0,2 mm em 500 horas e o transporte de calor é reduzido em 30%. A incrustação é formada conforme a reação: 3Ca2+ + 2PO43- → Ca3(PO4)2↓

Mecanismo de formação de incrustações de fosfato de cálcio

STPP é hidrolisado em ortofosfato a 90 graus. Os íons de cálcio na água reagem com o ortofosfato para gerar fosfato de cálcio. A precipitação depende da temperatura, e temperaturas maiores aceleram a produção de escamas. A incrustação cresce como um revestimento denso e cristalino que adere com segurança à superfície do titânio. Uma vez desenvolvida, a incrustação é difícil de remover com ácido, uma vez que o fosfato de cálcio é pouco solúvel em ácidos que são seguros para o titânio.

Formação de incrustações quantitativas relacionadas à dureza da água

Testes controlados de titânio Grau 7 em 5% STPP a 90 graus por 500 horas produziram os seguintes resultados. Espessura da incrustação=0 µm, Composição da incrustação=Nenhuma, Redução da transferência de calor=0% (a 0 ppm de dureza) A espessura é de 10-30 µm, a composição é fosfato de cálcio e a diminuição é de 5-15% a 50 ppm. O limite crucial é 100 ppm. Espessura: 30–70 µm. Composição: fosfato de cálcio. Redução: 15–30%. 150 ppm 60-120 µm Fosfato de cálcio denso 25-45% Espessura 100 - 200 µm Composição Redução de incrustação pesada 40 - 60% 250 ppm A 500 ppm a espessura é de 200–400 µm, a composição é de escala severa e a redução é de 60–80%.

Efeito da concentração e temperatura de STPP na tolerância à dureza

Quanto maior a concentração de STPP e a temperatura, menor será a dureza máxima permitida da água. 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.

Guia para controle de dureza da água do aquecedor STPP

A tabela abaixo mostra recomendações para a dureza máxima permitida da água para aquecedores de titânio Grau 7 em 5% STPP a 90 graus.

Dureza da água (ppm CaCO3) Espessura de incrustação esperada após 500 horas (µm) Redução da transferência de calor (%) Ação 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 Não aceitável
Além da engenharia de controle de dureza

A corrosão em-escala é influenciada pelo grau de titânio. O Grau 7 tem melhor resistência que o Grau 2, mas a formação de escamas é semelhante. A espessura da parede proporciona tolerância à transferência de calor; uma parede de 2,0 mm com escala de 0,2 mm possui 1,8 mm de metal, mas a escala isola. O acabamento da superfície do tubo afeta a adesão das incrustações; superfícies eletropolidas (Ra < 0,3 µm) permitem uma remoção mais fácil de incrustações. Um amaciante de água (troca iônica) reduz a dureza a quase zero. Um inibidor de incrustações, como 10 ppm de ácido poliacrílico, diminui o desenvolvimento de incrustações de fosfato de cálcio em 50–70%. A incrustação de fosfato de cálcio será dissolvida durante a limpeza periódica com HCl a 5% a 50 graus por 30 minutos, mas pode ser menos eficaz em incrustações envelhecidas.

Redação de especificações com conhecimento

Para um aquecedor com bainha de titânio Grau 7 em 5% STPP a 90 graus C, controle a dureza da água para < 50 ppm usando um amaciante de água. Titule semanalmente para monitorar a dureza. Se a dureza for superior a 75 ppm, aumente o ciclo de regeneração do amaciante ou adicione um inibidor de incrustações. - Para aquecedores existentes com incrustações de fosfato de cálcio: limpe com ácido cítrico a 10% por 2 horas a 70 graus. Serviço de tripolifosfato de sódio. O engenheiro mantém a dureza da água abaixo de 50 ppm para evitar superaquecimento devido à incrustação de fosfato de cálcio.