في هيدروكسيد الصوديوم 25٪ عند 90 درجة، تتفاعل السيليكا (SiO₂) مع التيتانيوم لتكوين تيتانات الصوديوم (Na₂TiO₃) وقشور سيليكات الصوديوم. تتميز هذه المقاييس بموصلية حرارية منخفضة للغاية تبلغ 0.5-1.5 واط/م·ك، مقارنة بـ 21.9 واط/م·ك للتيتانيوم. الحد الأقصى المسموح به لتركيز السيليكا لمنع تكوين القشور العازلة هو 50 جزء في المليون. فوق 50 جزء في المليون، يتجاوز سمك القشور 0.1 مم خلال 500 ساعة، مما يتسبب في فقدان كبير في نقل الحرارة. يتشكل المقياس من خلال التفاعل: TiO₂ + 2NaOH + SiO₂ → Na₂TiO₃ + Na₂SiO₃ + H₂O.

آلية تكوين مقياس تيتانات الصوديوم

عند 90 درجة في المحلول الكاوي، يشكل التيتانيوم طبقة سلبية رقيقة من TiO₂. يذوب السيليكا على شكل أيونات سيليكات (SiO₃²⁻). تتفاعل السيليكات والتيتانات لتكوين مقياس سيليكات مختلط من تيتانات الصوديوم-. ينمو المقياس عن طريق انتشار Ti⁴⁺ وSi⁴⁺ من خلال المقياس الموجود. بمجرد تشكيله، يصبح المقياس صلبًا وملتصقًا وعازلًا. لا يمكن إزالة المقياس عن طريق التنظيف الحمضي دون مهاجمة المعدن الأساسي للتيتانيوم.

تشكيل المقياس الكمي كدالة لتركيز السيليكا

أثبت الاختبار الخاضع للرقابة في 25% من هيدروكسيد الصوديوم عند 90 درجة على مدى 500 ساعة ما يلي بالنسبة للتيتانيوم من الدرجة الثانية. عند 0 جزء في المليون من السيليكا، يكون سُمك المقياس 0 ميكرومتر، وتكون تركيبة المقياس معدومة، ويكون تقليل انتقال الحرارة 0%. عند 10 جزء في المليون من السيليكا، يكون سمك القشور 5-15 ميكرومتر، والتركيب هو سيليكات الصوديوم، وتقليل انتقال الحرارة هو 2-5%. عند 25 جزء في المليون، يكون السمك 15-40 ميكرومتر، وتكون التركيبة عبارة عن سيليكات/تيتانات مختلطة، ويكون الاختزال 5-15%. عند 50 جزء في المليون، تكون العتبة الحرجة، ويبلغ السمك 40-80 ميكرومتر، ويكون التركيب هو تيتانات الصوديوم السائدة، ويكون التخفيض 15-30٪. عند 100 جزء في المليون، يكون السمك 80-150 ميكرومتر، وتكون التركيبة عبارة عن تيتانات سميكة، ويكون التخفيض 30-50%. عند 250 جزء في المليون، يكون السمك 150-300 ميكرومتر، ويكون التركيب ثقيل الحجم، ويكون التخفيض 50-70%.

تأثير درجة الحرارة وتركيز NaOH على تحمل السيليكا

يتناقص الحد الأقصى المسموح به لتركيز السيليكا مع زيادة درجة الحرارة وتركيز NaOH. عند 70 درجة و 25% NaOH، السيليكا المسموح بها<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.

دليل التحكم في السيليكا والوقاية منها

يقدم الجدول التالي توصيات بشأن الحد الأقصى المسموح به لتركيز وإجراءات السيليكا لسخانات التيتانيوم من الدرجة الثانية في 25% NaOH عند 90 درجة.

الهندسة ما بعد التحكم في تركيز السيليكا

لا تمنع درجة التيتانيوم تكوين القشور ولكن الدرجة 7 تتمتع بمقاومة أفضل للتآكل تحت-الحجم. سمك الجدار يوفر بدل نقل الحرارة. يحتوي الجدار الأكثر سمكًا على خط أساس أعلى ΔT، وبالتالي فإن نسبة التخفيض لسمك مقياس معين تكون أقل قليلاً. يؤثر تشطيب سطح الأنبوب على التصاق المقياس؛ تسمح الأسطح المصقولة كهربائيًا (Ra أقل من 0.3 ميكرومتر) بإزالة المقياس بشكل أسهل. يجب استخدام الماء منزوع الأيونات في صناعة المواد الكاوية-لتجنب تلوث السيليكا. منقي التبادل الكاتيوني يزيل السيليكا. يجب ترشيح محلول الكاوية من خلال مرشح 1 ميكرومتر لإزالة جزيئات السيليكا العالقة.

صنع مواصفات مستنيرة

بالنسبة لسخان التيتانيوم من الدرجة الثانية بنسبة 25% من هيدروكسيد الصوديوم عند 90 درجة، حافظ على تركيز السيليكا أقل من 20 جزء في المليون لتوفير هامش أمان أقل من عتبة القياس البالغة 50 جزء في المليون. استخدم الماء منزوع الأيونات-لتحضير السيليكا ومراقبة السيليكا أسبوعيًا عن طريق التحليل اللوني. إذا تجاوزت نسبة السيليكا 30 جزءًا في المليون، قم بتخفيف محلول الكاوية بالماء منزوع الأيونات أو استبداله بالكامل. بالنسبة للسخانات الموجودة التي تحتوي على قشور السيليكا، قم بإزالة القشور ميكانيكيًا باستخدام فرشاة من النايلون؛ لا تستخدم HF أو حمض الهيدروكلوريك للتنظيف. من خلال التحكم في تركيز السيليكا أقل من 30 جزء في المليون، يمنع المهندس تكوين مقياس تيتانات الصوديوم العازل في الخدمة الكاوية الساخنة.