เมื่อเปลือกไทเทเนียมถูกใช้เป็นเครื่องทำความร้อนสำหรับสตรีมเข้มข้นแบบรีเวอร์สออสโมซิสที่มีซิลิกาและคลอไรด์สูง การสะสมของตะกรันซิลิกาจะเปลี่ยนกลไกความล้มเหลวจากการกัดกร่อนเป็นความร้อนสูงเกินไปได้อย่างไร

การแลกเปลี่ยนขั้นพื้นฐาน-ในการออกแบบเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมในบริการ RO แบบเข้มข้น
ลำธารที่มีความเข้มข้นของ RO มีลักษณะเฉพาะคือมีคลอไรด์สูง (10,000–50,000 ppm) และซิลิกาที่สูงกว่า (50–200 ppm เป็น SiO2) ไทเทเนียมถูกเลือกเนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนของคลอไรด์ อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูงกว่า 70 องศา ซิลิกาจะเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์และตกตะกอนเป็นสเกลอสัณฐานบนพื้นผิวที่ได้รับความร้อน ตะกรันซิลิกานี้ส่งผลต่อกระบวนการล้มเหลวโดยสิ้นเชิง อายุการใช้งาน 3-5 ปีสำหรับไทเทเนียมที่ไม่มีตะกรันเนื่องจากมีคลอไรด์เป็นรูพรุน เครื่องชั่งทำหน้าที่เป็นสารเคลือบฉนวนและทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุด ส่งผลให้เปลือกไหม้อย่างรวดเร็วภายในเวลาหลายเดือน กลไกนี้ได้รับผลกระทบจากความหนาของผนัง: ผนังที่หนากว่าจะร้อนกว่าที่พื้นผิวเพื่อให้มีความหนาแน่นของพลังงานเท่าเดิม ดังนั้น จะเป็นการเพิ่มการเกิดพอลิเมอไรเซชันของซิลิกาและการสร้างตะกรัน การเปลี่ยนจากการกัดกร่อนไปสู่ความล้มเหลวแบบจำกัดขนาดเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบเครื่องทำความร้อนสำหรับการใช้งานที่มีความเข้มข้นของ RO

อิทธิพลต่อความสมบูรณ์ทางกล: จลนพลศาสตร์ของการก่อตัวของตะกรันซิลิกา
ความสามารถในการละลายของซิลิกาจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และเพิ่มขึ้นตามค่า pH ที่เพิ่มขึ้น RO เข้มข้นที่ pH 7-8 และ 70 องศา ความเข้มข้นของความอิ่มตัวประมาณ 120 ppm SiO2 หากอุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกไทเทเนียมสูงกว่า 80 องศา (เนื่องจากความต้านทานไฟฟ้าผ่านผนัง) ความสามารถในการละลายเฉพาะจุดจะลดลงต่ำกว่า 80 ppm และเกิดความอิ่มตัวยิ่งยวดและการเกิดพอลิเมอไรเซชัน ปฏิกิริยาคือ: Si(OH)4 (aq) SiO2 (อสัณฐาน) + 2H2O เวลาเหนี่ยวนำสำหรับการผลิตระดับซิลิกาเกี่ยวข้องกับ Arrhenius ที่อุณหภูมิพื้นผิว 80 องศา จะเกิดสเกลใน 48 ชั่วโมง ที่ 90 องศา จะก่อตัวภายใน 8 ชั่วโมง สำหรับผนังไทเทเนียม 1.0 มม. ในความเข้มข้น RO จำนวนมาก 70 องศาที่ทำงานที่ 2.5 วัตต์/ซม.² อุณหภูมิพื้นผิวจะอยู่ที่ประมาณ 78 องศา ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์การปรับมาตราส่วนอย่างรวดเร็วเล็กน้อย สำหรับความหนาของผนัง 1.8 มม. พื้นผิวจะสูงถึง 85 องศาและเข้าสู่โหมดการปรับสเกลอย่างรวดเร็ว เมื่อชั้นซิลิกาก่อตัวขึ้น (ค่าการนำไฟฟ้า=1 W/m·K เทียบกับ 17 W/m·K สำหรับไทเทเนียม) ความต้านทานความร้อนเพิ่มเติมจะเพิ่มอุณหภูมิพื้นผิว ส่งเสริมให้เกิดการสะสมของตะกรันมากขึ้น กลไกความล้มเหลวเปลี่ยนจากการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (ปี) ไปสู่การหนีความร้อน (เดือน)

ผลต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อน: ความร้อนสูงเกินไปและการเผาไหม้-
ชั้นซิลิกาบางๆ ที่มีความหนาเพียง 0.5 มม. มีความต้านทานความร้อน $\\Delta T_{scale}=q \\times t_{scale} /k_{scale}$ ที่ 2.5 วัตต์/ซม.² ชั้นซิลิกา 0.5 มม. ทำให้อุณหภูมิลดลง 12.5 องศาทั่วทั้งเครื่องชั่ง นั่นหมายความว่าพื้นผิวด้านนอกของไทเทเนียมจะต้องร้อนขึ้น 12.5 องศาจึงจะส่งฟลักซ์ความร้อนเท่าเดิม อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นหมายถึงการปรับขนาดที่รวดเร็วยิ่งขึ้น การป้อนกลับเชิงบวกจะดำเนินต่อไปจนกว่าลวดต้านทานภายในจะเกินขีดจำกัด 450C ทำให้เกิดความล้มเหลวของฉนวน MgO และเปลือกไหม้-ผ่าน ข้อมูลภาคสนามของเครื่องทำความร้อนเข้มข้น RO แสดงให้เห็นว่าผนังไทเทเนียม 1.2 มม. ที่มีอุณหภูมิพื้นผิวเริ่มต้น 80 องศา ก่อให้เกิดสเกลซิลิกา 0.3 มม. ภายใน 500 ชั่วโมง ยกระดับพื้นผิวเป็น 95 องศา การปรับขนาดจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณที่ 95 องศา ถึง 1.0 มม. ในอีก 500 ชั่วโมง เมื่ออุณหภูมิสายไฟมากกว่า 450 องศา และเครื่องทำความร้อนแตก ระยะเวลารวมตั้งแต่การเริ่มต้นทำความสะอาดจนถึงความล้มเหลวคือ 1,000-1,500 ชั่วโมง ในการเปรียบเทียบ การกัดกร่อนแบบรูพรุนจะใช้เวลา 8,000 ถึง 10,000 ชั่วโมงในการเจาะผนังเดียวกัน

การแลกเปลี่ยน-การสังเคราะห์: ความหนาของผนังและการจัดการขนาด
ความเข้มข้นของซิลิกาปริมาณมาก (ppm SiO2) ความหนาของผนังที่แนะนำ โหมดความล้มเหลวที่คาดหวัง อายุการใช้งาน (ชั่วโมง) เหตุผลทางวิศวกรรมหลัก < 50 ppm 1.0 มม. – 1.2 มม. การเจาะแบบเล็กน้อยเท่านั้น > 20,000 ไม่มีการปรับขนาดที่สำคัญ; ใช้การออกแบบการกัดกร่อนแบบเดิม
50 – 100 ppm 1.0 มม. (ผนังบาง-)ความร้อนสูงเกินไปเนื่องจากขนาด 3,000–5,000 ผนังบางจะทำให้อุณหภูมิพื้นผิวลดลงและทำให้การปรับขนาดช้าลง ทำความสะอาดได้ปกติ.
100 ถึง 150 ppmไม่แนะนำ (ทุกความหนา)ปรับขนาดได้รวดเร็ว เบิร์น-ถึง < 1,500 ไม่ว่าผนังจะหนาแค่ไหน ก็หลีกเลี่ยงการปีนไม่ได้ เพิ่มสารป้องกันตะกรันหรือเปลี่ยนขั้นตอน
การทำความสะอาดด้วยกรดรายสัปดาห์ โดยควบคุมการทำความสะอาด 1.2 มม. – 1.5 มม.- > 10,000 ครั้ง การทำความสะอาดบ่อยครั้งจะป้องกันไม่ให้ตะกรันทำให้เกิดความร้อนระบายออก ผนังที่หนาขึ้นสามารถทนต่อการกัดกร่อนของการทำความสะอาดได้
6 วิศวกรรมการป้องกันตะกรันและการทำความสะอาดนอกกำแพง
การเปลี่ยนกลไกความล้มเหลวจากการกัดกร่อนไปสู่ความร้อนสูงเกินไปที่เกิดจากการปรับขนาดซิลิกาทำให้การควบคุมอุณหภูมิพื้นผิวมีความสำคัญมากกว่าค่าเผื่อการกัดกร่อนในการกำหนดความหนาของผนัง วิธีที่ดีที่สุดในการจัดการกับ RO ที่มีความเข้มข้นของซิลิกาสูงคือการใช้ผนังบาง (1.0 มม.) และสารป้องกันตะกรันทางเคมี- (ฟอสโฟเนตซึ่งป้องกันการเกิดซิลิกาโพลิเมอไรเซชัน) หรือการทำความสะอาดกรดทุกสัปดาห์ (กรดซิตริก 2% ที่ 50 องศาเป็นเวลา 1 ชั่วโมง) สารต้านตะกรัน . 10-20 ppm - ppm จะเพิ่มเวลาการเหนี่ยวนำการปรับขนาดขึ้น 5-10 เท่า ทำให้ผนังที่มีความหนา 1.0 มม. มีอายุการใช้งานได้ 5000+ ชม. หากการเคลือบมีความหนาน้อยกว่า 0.2 มม. สถานะความร้อนจะถูกคืนสภาพโดยการทำความสะอาดด้วยกรด ซึ่งจะละลายซิลิกาอสัณฐาน ผนังหนา (1.8 มม.) ที่ไม่มีการทำความสะอาดจะล้มเหลวเร็วกว่าผนังบางที่มีการทำความสะอาด เนื่องจากอุณหภูมิพื้นผิวเริ่มต้นที่สูงขึ้นจะทำให้การปรับขนาดเร็วขึ้นเกินกว่าที่ความถี่ในการทำความสะอาดจะรักษาไว้ได้

สรุป: เมื่อเกิดตะกรัน การกัดกร่อนไม่ใช่กลไกความล้มเหลวที่สำคัญ
เครื่องทำความร้อนแบบเปลือกไทเทเนียมสำหรับ RO ที่มีความเข้มข้นสูงในซิลิกาและคลอไรด์จะเปลี่ยนกลไกความล้มเหลวจากการเกิดหลุมคลอไรด์ที่ล่าช้า (ปี) ไปสู่การเผาไหม้ที่ร้อนจัดอย่างรวดเร็ว-ตลอด (เดือน) เนื่องจากการสะสมของตะกรันซิลิกา ผนังที่หนาขึ้นจะทำให้สถานการณ์รุนแรงขึ้นโดยการเพิ่มอุณหภูมิพื้นผิวให้เข้าสู่บริเวณที่มีการขยายขนาดอย่างรวดเร็ว ควรจัดการกับความเข้มข้นของ RO ของซิลิกาที่สูงโดยใช้ผนังบาง (1.0 มม.) และการทำความสะอาดกรดทุกสัปดาห์หรือการฉีดสารป้องกันการสะเก็ด-อย่างต่อเนื่อง สิ่งสำคัญที่ควรทราบอีกประการหนึ่งคือ ยิ่งผนังที่ไม่ได้รับการทำความสะอาดมีความหนามากเท่าใด ผนังก็จะเสียหายได้เร็วยิ่งขึ้นเท่านั้น เมื่อเทียบกับผนังที่บางกว่าที่ได้รับการทำความสะอาด ดังนั้นความหนาของผนังจึงเป็นองค์ประกอบเสริมในการควบคุมตะกรัน เมื่อระบุเครื่องทำความร้อน ให้จัดหาความเข้มข้นของซิลิกาจำนวนมาก (ppm) และความเป็นไปได้ในการทำความสะอาดกรดแก่ผู้ผลิต และขอการประมาณอุณหภูมิพื้นผิวเพื่อตรวจสอบว่าการทำงานจะต่ำกว่า 80 องศา