グレード 2 チタン ヒーター チューブを絶縁するチタン酸ナトリウム スケールの形成を防ぐための、90 度の 25% 水酸化ナトリウム溶液中の最大許容シリカ濃度 (ppm) はどれくらいですか?
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90 度の 25% 水酸化ナトリウム中で、シリカ (SiO2) はチタンと反応してチタン酸ナトリウム (Na2TiO3) とケイ酸ナトリウムのスケールを形成します。これらのスケールの熱伝導率は、チタンの 21.9 W/m・K と比較して、0.5 ～ 1.5 W/m・K と非常に低くなります。絶縁スケールの形成を防止するための最大許容シリカ濃度は 50 ppm です。 50 ppm を超えると、スケールの厚さが 500 時間以内に 0.1 mm を超え、重大な熱伝達損失が発生します。スケールは、TiO2 + 2NaOH + SiO2 → Na2TiO3 + Na2SiO3 + H2O という反応によって形成されます。
チタン酸ナトリウムスケールの生成メカニズム
90 度の苛性溶液中で、チタンは薄い TiO2 不動態層を形成します。シリカはケイ酸イオン（SiO₃²⁻）として溶解します。ケイ酸塩とチタン酸塩が反応して混合チタン酸ナトリウム-ケイ酸塩スケールを形成します。スケールは、既存のスケールを介して Ti⁴⁺ および Si⁴⁺ が拡散することによって成長します。スケールが形成されると、硬く、付着性があり、絶縁性になります。酸洗浄ではチタンのベース金属を侵さずにスケールを除去することはできません。
シリカ濃度の関数としての定量的スケール形成
25% NaOH 中で 90 度で 500 時間にわたる制御されたテストにより、グレード 2 チタンについて次のことが確立されました。シリカが 0 ppm の場合、スケールの厚さは 0 μm、スケールの組成はなく、熱伝達の減少は 0% です。シリカが 10 ppm の場合、スケールの厚さは 5 ～ 15 μm、組成はケイ酸ナトリウムで、熱伝達の減少は 2 ～ 5% です。 25 ppm では、厚さは 15 ～ 40 μm、組成はケイ酸塩とチタン酸塩の混合物で、減少率は 5 ～ 15% です。臨界閾値である 50 ppm では、厚さは 40 ～ 80 μm、組成はチタン酸ナトリウムが主で、減少率は 15 ～ 30% です。 100 ppm では、厚さは 80 ～ 150 μm、組成は厚いチタン酸塩で、減少率は 30 ～ 50% です。 250 ppm では、厚さは 150 ～ 300 μm、組成は重スケールで、削減率は 50 ～ 70% になります。
シリカ耐性に対する温度とNaOH濃度の影響
最大許容シリカ濃度は、温度と NaOH 濃度が増加するにつれて減少します。 70 度、25% NaOH で許容されるシリカは、<0.1 mm scale is 100 ppm, and the recommended maximum is 75 ppm. At 80°C, the allowable is 75 ppm, and the recommended is 50 ppm. At 90°C, the allowable is 50 ppm, and the recommended is 30 ppm. At 100°C, the allowable is 30 ppm, and the recommended is 20 ppm. At 110°C, the allowable is 20 ppm, and the recommended is 10 ppm. At 50% NaOH and 90°C, the allowable silica is 25 ppm.
シリカ制御およびスケール防止ガイド
The following table provides recommendations for maximum allowable silica concentration and actions for Grade 2 titanium heaters in 25% NaOH at 90℃.
| 測定されたシリカ濃度 (ppm) | 500時間後の予想スケール厚さ（μm） | 熱伝達の減少 (%) | 推奨されるアクション |
|---|---|---|---|
| <20 | <20 | <5 | なし |
| 20–30 | 20–40 | 5–10 | 毎月監視する |
| 30–50 | 40–80 | 10–20 | 希釈または濾過溶液 |
| 50–75 | 80–120 | 20–35 | 溶液を交換する |
| 75–100 | 120–180 | 35–50 | 緊急交換 |
| >100 | >180 | >50 | 受け入れられない |
シリカ濃度制御を超えたエンジニアリング
チタン グレードはスケールの形成を防止しませんが、グレード 7 はスケール下の耐食性に優れています。-壁の厚さによって熱伝達が許容されます。壁が厚いほどベースライン ΔT が高くなるため、特定のスケール厚さに対する減少率はわずかに低くなります。チューブの表面仕上げはスケールの付着に影響します。電解研磨された表面 (Ra 0.3 μm 未満) により、スケールを簡単に除去できます。シリカ汚染を避けるため、苛性アルカリの補給には脱イオン水を使用する必要があります。-陽イオン交換軟化剤がシリカを除去します。苛性溶液を 1 µm フィルターでろ過して、浮遊シリカ粒子を除去する必要があります。
情報に基づいた仕様の作成
90 度、25% NaOH 中のグレード 2 チタン ヒーターの場合、50 ppm のスケーリングしきい値を下回る安全マージンを提供するために、シリカ濃度を 20 ppm 未満に維持します。メイクアップには脱イオン水を使用し、比色分析によってシリカを毎週監視します。{6}}シリカが 30 ppm を超える場合は、苛性溶液を脱イオン水で希釈するか、完全に交換してください。シリカスケールが付いた既存のヒーターの場合は、ナイロンブラシを使用して機械的にスケールを除去します。洗浄にはHFやHClを使用しないでください。シリカ濃度を 30 ppm 以下に制御することで、エンジニアは高温苛性環境での絶縁チタン酸ナトリウム スケールの形成を防ぎます。
