Untuk Pemanas Bundle Tiub Titanium dalam Penyelesaian Aluminium Sulfat (Alum) 15% pada 70 darjah, Apakah Ketebalan Skala Aluminium Hidroksida Kritikal Yang Menyebabkan Pengurangan 50% Kecekapan Pemindahan Haba?

Pembentukan skala aluminium hidroksida (Al(OH)3) pada permukaan titanium yang dipanaskan dalam 15% aluminium sulfat (alum) pada 70 darjah . Skala mempunyai kekonduksian terma yang lemah iaitu 0.2–0.4 W/m·K berbanding 21.9 W/m·K untuk titanium. Ketebalan skala kritikal 0.5 mm menghasilkan kecekapan pemindahan haba 50% kurang, yang bermaksud dua kali ganda masa pemanasan atau penggunaan kuasa untuk mencapai suhu proses yang sama. Skala terbentuk melalui hidrolisis ion aluminium: Al 3+ + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3H +. Kadar kerpasan meningkat dengan suhu dan kepekatan aluminium.

Mekanisme Pengurangan Pemindahan Haba oleh Skala Aluminium Hidroksida

Rintangan dinding titanium termasuk rintangan haba skala. Perbezaan suhu keseluruhan ialah $\\Delta T_{total}=\\Delta T_{titanium} + \\Delta T_{scale}$. Ketebalan skala meningkat $\\Delta T_{total}$ dalam perkadaran untuk fluks haba tertentu. Oleh itu penurunan suhu keseluruhan adalah dua kali ganda dan pemindahan haba menjadi separuh. Ketebalan skala ialah 0.5 mm, sehingga skala ΔT_kira-kira bersamaan dengan ΔT_titanium. Skala juga meningkatkan suhu permukaan tiub, yang mempercepatkan kerpasan skala berikutnya.

Pengurangan kuantitatif pemindahan haba sebagai fungsi ketebalan skala

Ujian terkawal pada fluks haba 20 W/cm² dalam 15% Al₂(SO₄)₃ pada 70 darjah telah menunjukkan penurunan berikut dalam pemindahan haba untuk ketebalan skala Gred 2 titanium. 0 mm (bersih) rintangan haba tambahan ialah 0, pengurangan pemindahan haba ialah 0, Peningkatan kuasa diperlukan ialah 1.0×. Rintangan tambahan ialah 0.00025-0.0005 m2K/W (pengurangan 10-20%, keuntungan kuasa 1.1-1.25×) pada ketebalan 0.1mm. Rintangan pada 0.2 mm 0.0005-0.001, penurunan 20-35%, keuntungan kuasa 1.25-1.5x Rintangan, 0.3 mm, 0.00075-0.0015, penurunan, 30-50%, keuntungan kuasa, 1.4-2.0x. Ketebalan kritikal pada 0.5 mm, rintangan 0.00125–0.0025, berkurangan 45–65%, peningkatan kuasa 1.8–2.8×. Untuk 1.0 mm: rintangan 0.0025-0.005, menurun 65-85%, keuntungan kuasa 2.8-6.5x.

Kadar pertumbuhan skala dari semasa ke semasa

Peningkatan ketebalan skala dengan masa mengikut undang-undang parabola. Ketebalan skala pada 100 jam ialah 0.05–0.10 mm, pengurangan pemindahan haba ialah 5–15%. Pada 500 jam, ketebalan ialah 0.15-0.30 mm, penurunan ialah 20-45%. Pada 1,000 jam ketebalan adalah 0.25-0.50 mm dan pengurangan adalah 35-65%. Ketebalan (0.40 hingga 0.80 mm) dan berkurangan (50 hingga 80%) pada 2000 jam. Kadar pertumbuhan berkurangan dengan masa, kerana lapisan skala bertindak sebagai penghalang resapan untuk ion aluminium.

Manual Kawalan dan Pembersihan Skala Dandang Aluminium Sulfat

Jadual berikut menunjukkan ketebalan skala maksimum yang dibenarkan dan kekerapan pembersihan untuk pemanas berkas tiub titanium Gred 2 dalam 15% aluminium sulfat pada 70 darjah .

Ketebalan Skala (mm) Pengurangan Pemindahan Haba (%) Kaedah Pembersihan Disyorkan Kekerapan Pembersihan<0.1 <15 None N/A Annual 0.1-0.2 15-30 Performance monitoring Quarterly Inspection N/A
0.2–0.3 30–50 Schedule 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 Kritikal – pembersihan segera Mekanikal + asid Kejuruteraan Mingguan Melampaui Kawalan Ketebalan Skala

Perkembangan skala tidak dipengaruhi oleh gred titanium walaupun Gred 7 mempunyai rintangan kakisan yang lebih besar di bawah skala. Ketebalan dinding membolehkan haba dipindahkan. Dinding tebal mempunyai garis dasar ΔT yang lebih besar, oleh itu peratusan pengurangan untuk ketebalan skala tertentu adalah sedikit lebih kecil. Lekatan skala adalah fungsi kemasan permukaan tiub dan permukaan yang digilap elektrik (Ra < 0.3 µm) lebih mudah dinyah kerak. Kandungan aluminium sulfat harus dikekalkan di bawah 15% untuk meminimumkan pertumbuhan skala. Asid poliakrilik sebagai perencat skala pada 10 ppm mengurangkan pembentukan skala sebanyak 30-50%.

Spesifikasi daripada pengetahuan

Untuk pemanas berkas tiub titanium dalam 15% aluminium sulfat dan 70 darjah, bersihkan pemanas apabila ketebalan skala mencapai 0.3 mm untuk mengelakkan pengurangan pemindahan haba melebihi 50%. Skala Al(OH)3 diserang dengan asid hidroklorik 5% pada 50 darjah selama 30–60 minit dan dibilas dengan air. Pasang tolok tekanan pembezaan merentasi pemanas untuk mengesan peningkatan penurunan tekanan sebanyak 20% disebabkan binaan skala-yang memerlukan pembersihan. Bersihkan setiap 500 hingga 1,000 jam untuk perkhidmatan berterusan. Dalam perkhidmatan aluminium sulfat, jurutera mengekalkan ketebalan skala di bawah 0.5 mm untuk mengekalkan kecekapan pemindahan haba melebihi 50%.