V 25% hydroxide sodnom pri 90 stupňoch reaguje oxid kremičitý (Si02) s titánom za vzniku titaničitanu sodného (Na2TiO3) a šupín kremičitanu sodného. Tieto váhy majú veľmi nízku tepelnú vodivosť 0,5–1,5 W/m·K v porovnaní s 21,9 W/m·K pre titán. Maximálna povolená koncentrácia oxidu kremičitého na zabránenie tvorby izolačného vodného kameňa je 50 ppm. Nad 50 ppm hrúbka vodného kameňa presahuje 0,1 mm v priebehu 500 hodín, čo spôsobuje značné straty prenosom tepla. Vodný kameň vzniká reakciou: TiO₂ + 2NaOH + SiO₂ → Na2TiO3 + Na2SiO3 + H2O.

Mechanizmus tvorby vodného kameňa titanátu sodného

Pri 90 stupňoch v žieravine tvorí titán tenkú pasívnu vrstvu TiO₂. Oxid kremičitý sa rozpúšťa ako silikátové ióny (SiO₃²⁻). Silikát a titaničitan reagujú za vzniku zmiešaného-silikátu titaničitanu sodného. Stupnica rastie difúziou Ti4⁺ a Si⁴⁺ cez existujúcu stupnicu. Po vytvorení je vodný kameň tvrdý, priľnavý a izolujúci. Vodný kameň nemožno odstrániť čistením kyselinou bez napadnutia základného kovu titánu.

Kvantitatívna tvorba vodného kameňa ako funkcia koncentrácie oxidu kremičitého

Kontrolované testovanie v 25 % NaOH pri 90 stupňoch počas 500 hodín stanovilo pre titán 2. stupňa nasledovné. Pri 0 ppm oxidu kremičitého je hrúbka vodného kameňa 0 um, zloženie vodného kameňa nie je žiadne a zníženie prenosu tepla je 0 %. Pri 10 ppm oxidu kremičitého je hrúbka vodného kameňa 5–15 µm, zloženie je kremičitan sodný a zníženie prenosu tepla je 2–5 %. Pri 25 ppm je hrúbka 15–40 µm, zloženie je zmiešaný silikát/titanát a redukcia je 5–15 %. Pri 50 ppm, kritickom prahu, je hrúbka 40–80 µm, v zložení je dominantný titaničitan sodný a zníženie je 15–30 %. Pri 100 ppm je hrúbka 80–150 µm, zloženie je hustý titanát a redukcia je 30–50 %. Pri 250 ppm je hrúbka 150–300 µm, zloženie je ťažké a redukcia je 50–70 %.

Vplyv teploty a koncentrácie NaOH na toleranciu oxidu kremičitého

Maximálna povolená koncentrácia oxidu kremičitého klesá so zvyšujúcou sa teplotou a koncentráciou NaOH. Pri 70 stupňoch a 25 % NaOH je povolený oxid kremičitý pre<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.

Príručka na kontrolu a prevenciu vodného kameňa

Nasledujúca tabuľka poskytuje odporúčania pre maximálnu povolenú koncentráciu oxidu kremičitého a pôsobenie pre titánové ohrievače 2. stupňa v 25 % NaOH pri 90 stupňoch.

Engineering Beyond Silica Concentration Control

Titánová trieda nezabraňuje tvorbe vodného kameňa, ale trieda 7 má lepšiu odolnosť proti korózii pod-okom. Hrúbka steny poskytuje príspevok na prenos tepla; hrubšia stena má vyššiu základnú čiaru ΔT, takže percentuálne zníženie pre danú hrúbku stupnice je o niečo nižšie. Povrchová úprava rúrky ovplyvňuje priľnavosť vodného kameňa; elektrolyticky leštené povrchy (Ra pod 0,3 µm) umožňujú jednoduchšie odstraňovanie vodného kameňa. Deionizovaná voda by sa mala používať na výrobu žieravín-, aby sa zabránilo kontaminácii oxidom kremičitým. Zmäkčovač katiónov odstraňuje oxid kremičitý. Roztok lúhu by sa mal prefiltrovať cez 1 µm filter, aby sa odstránili suspendované častice oxidu kremičitého.

Vypracovanie informovanej špecifikácie

V prípade titánového ohrievača 2. stupňa v 25 % NaOH pri 90 stupňoch udržujte koncentráciu oxidu kremičitého pod 20 ppm, aby ste zabezpečili bezpečnostnú rezervu pod prahom škálovania 50 ppm. Na úpravu používajte deionizovanú vodu-a týždenne monitorujte oxid kremičitý kolorimetrickou analýzou. Ak obsah oxidu kremičitého presahuje 30 ppm, zrieďte roztok lúhu deionizovanou vodou alebo ho úplne vymeňte. Pri existujúcich ohrievačoch s oxidom kremičitým vodný kameň odstráňte mechanicky pomocou nylonovej kefy; na čistenie nepoužívajte HF alebo HCl. Riadením koncentrácie oxidu kremičitého pod 30 ppm inžinier zabraňuje tvorbe izolačného vodného kameňa titaničitanu sodného v horúcom žieravine.