Sut Mae Crynodiad Silica Toddedig ar Dymheredd Dŵr Swmp 100 gradd yn Llywodraethu Ffurfio Graddfa Silicad Insiwleiddio ar 316 o Weinau Gwresogydd Dur Di-staen

Mecanwaith dyddodiad silica amorffaidd a'i wrthwynebiad thermol

Mae ffurfio graddfa silicad amorffaidd yn cynrychioli problem baeddu unigryw ar gyfer 316 o diwbiau gwresogi trydan wedi'u gorchuddio â dur di-staen sy'n gweithredu mewn dŵr tymheredd uchel sy'n cynnwys silica toddedig (SiO₂) sy'n gyffredin mewn dŵr geothermol, dŵr porthi boeler a rhai ffrydiau prosesau diwydiannol, ac mae'n wahanol i raddio calsiwm carbonad. Mae graddfa silicad yn deillio o bolymeru asid silicig (Si(OH)4) ar arwynebau metel wedi'u gwresogi, tra bod graddfa carbonad yn deillio o wlybaniaeth halwynau crisialog. Ar dymereddau dŵr swmp o 100 gradd (dŵr berw), mae crynodiadau o silica toddedig yn fwy na tua 50-80 ppm (fel SiO2) yn polymeru'n gyflym ar arwynebau wedi'u gwresogi. Mae gan y raddfa silica amorffaidd ar yr wyneb ddargludedd thermol isel iawn (tua 0.5-1.5 W/m·K yn erbyn 15-20 W/m·K ar gyfer 316 o ddur di-staen), ac felly mae'n creu haen o inswleiddiad sy'n codi tymheredd gwain 20-50 gradd dros wythnosau. Mae'r cynnydd tymheredd hwn yn cyflymu'r dyddodiad silica ymhellach a gall arwain at fethiant gorboethi. Mae'r erthygl hon yn meintioli'r cysylltiad rhwng crynodiad silica toddedig, cyfradd datblygu graddfa a cholli perfformiad thermol ar 100 gradd.

Mecanwaith polymeriad silicad ar arwynebau wedi'u gwresogi

Mae'r silica toddedig mewn dŵr yn bennaf ar ffurf asid silicig monomerig Si(OH) 4. Mae gan silica amorffaidd hydoddedd o ~300-400 ppm ar 100 gradd, yn dibynnu ar pH. Uwchben y terfyn hydoddedd, mae silica polymerisen a gronynnau colloidal yn cael eu ffurfio sy'n gwaddodi o'r diwedd fel graddfa opalin amorffaidd. Fodd bynnag, o dan y terfyn hydoddedd, gall arwynebau metel poeth gataleiddio polymeriad, gan fod tymheredd uchel yr arwyneb yn codi'r gyfradd adwaith (ymddygiad Arrhenius). Mae'r egni actifadu ar gyfer polymeriad silica i 316 o ddur di-staen tua 40-60 kJ/mol, fel bod y gyfradd dyddodiad yn dyblu ar gyfer pob cynnydd o 10-15 gradd mewn tymheredd gwain. Mae haen denau silica yn cael ei ffurfio ac mae ei weithred inswleiddio yn codi tymheredd y wain ymhellach mewn cylch hunan-gyflymu.

Perthynas feintiol rhwng crynodiad silica a ffurfiant graddfa ar 100C

Mae'r cyfraddau canlynol o ffurfio graddfa ac adeiladu gwrthiant thermol dros 1,000 o oriau wedi'u pennu o astudiaethau baeddu rheoledig ar 316 o wainiau dur gwrthstaen (fflwcs gwres 5 W/cm2) mewn dŵr ar dymheredd swmp 1000C gyda gwahanol symiau o silica toddedig (pH 7.5).

Crynodiad Silica Toddedig (ppm fel SiO2) Trwch Graddfa ar ôl 1,000 awr (µm) Graddfa Silica Dargludedd Thermol (W/m. K) Ymwrthedd Thermol Ychwanegol (m2. K/W) Gwain Tymheredd Codi Uwchben Swmp (gradd , ar 5 W/cm2) Tymheredd ar gyfer commi 20 gradd Gwasanaeth<20 <5 1.0-1.5 <0.0005 <2.5 >5,000 Yes 20-40 5-15 1.0-1.5 0.0005-0.0015 2.5-7.5 2,000-5,000 Yes 40-60 15-30 0.8-1.2 0.0015-0.0030 7.5-15 1,000-2,000 Acceptable with monitoring 60-80 30-50 0.7-1.0 0.0030-0.0050 15-25 500-1,000 Marginal 80-100 50-80 0.6-0.9 0.0050-0.0080 25-40 200-500 Not recommended 100-150 80-120 0.5-0.7 0.0080-0.0120 40-60 100-200 Unacceptable >150 >120 <0.6 >0.0120 >60 <100 Unacceptable
Effaith pH ar Gyfradd Dyddodiad Silica

Mae polymeriad silica yn ddibynnol iawn ar pH, gyda'r hydoddedd a'r gyfradd dyddodiad isaf ar pH 7.5–8.0. Ar pH is (asidig) nid yw asid silicig yn cael ei wefru ac mae'n polymeru'n arafach. Mewn hydoddiant alcalïaidd (pH uchel) mae silica yn bodoli fel ïonau silicad (SiO{{{{}}) sy'n polymeru'n gyflym a hefyd yn cyfuno â chalsiwm a magnesiwm i gynhyrchu silicadau cymhleth. Rhoddir dylanwad pH ar y gyfradd dyddodiad ar 100 ppm SiO2 yn y tabl isod.

pH ar 100 gradd Cyfradd Dyddodiad Cymharol Speciation Silica (pH 7.5=1.0) Graddfa Morffoleg Ystod pH a Argymhellir<6.0 Si(OH)4 (monomeric) 0.3-0.5 Thin, glassyAcceptable but corrosive 
6.0-7.0 Si(OH)₄ yn dominyddu 0.6-0.8 Cymedrol i drwchus Derbyniol
7.0-7.5 Cymysg 0.9-1.1 Cymedrol Optimal
7.5-8.0 Cymysg gyda rhai SiO3 2- 1.0-1.5 Cymedrol i Ymylol trwm
8.0-9.0 SiO3 2- dominant 1.5-3.0 Heavy, occasionally crystallineNot advisable >9.0 SiO₃²⁻ + silicadau metel 3.0-5.0 Trwm iawn, ymlynwr Dim da
Manylebau Cemeg Dŵr - Rheolaeth Silica Ymarferol

Cynigir y terfynau silica canlynol ar gyfer 316 o wresogyddion gwain gyda thymheredd dŵr swmp o 100 gradd ar gyfer y bywyd gwasanaeth arfaethedig.

Maximum Dissolved Silica (ppm as SiO2) Desired Service Life (hours)Max. Heat Flux (W/cm²)>Triniaeth Dŵr a Argymhellir 10,000<30 <5 None required 10,000 30-50 <4 Monitor silica 5,000-10,000 50-70 <3 Silica removal (reverse osmosis) or periodic cleaning
3,000-5,000 70-90 <2 Removal of silica necessary <3,000 >90Any 316 heb ei gynghori; ymchwilio i uwchraddio aloi neu wresogi allanol
Maes Adnabod Methiannau Graddfa Silicad

Mae'r arwydd nodweddiadol o wresogydd 316 mewn dŵr silica uchel yn raddfa galed, wydr, dryloyw i wyn sy'n anodd iawn ei thynnu'n fecanyddol (angen glanhau cemegol gydag asid hydrofluorig neu costig poeth). Mae'r raddfa yn llyfn ar y cyfan ac efallai y bydd yn edrych yn 'wallgof'. Efallai y bydd rhywfaint o gyrydiad yn weladwy ar yr wyneb metel y tu ôl i'r raddfa - methiant yn bennaf thermol (gorgynhesu) yn hytrach na cyrydol. Efallai y bydd y gwresogydd yn methu trwy losgi allan (gwifren ymwrthedd toddi), yn hytrach na thylliad gwain. Mewn methiannau o'r fath, mae ymchwiliad diffreithiant pelydr-X (XRD) o'r raddfa yn datgelu silica amorffaidd (patrwm twmpathau llydan) neu, ar dymheredd uwch, cristobalit crisialog. Mae sbectrosgopeg pelydr-X (EDS) ynni gwasgaredig yn dangos silicon ac ocsigen heb fawr o haearn a chromiwm. Yr ateb yw lleihau'r cynnwys silica naill ai trwy osmosis gwrthdro neu gyfnewid neu wanhau ïon neu weithredu ar fflwcs gwres is i ostwng tymheredd y gwain.

Dulliau o liniaru Uchel-Dyfroedd Silica

Gall tri opsiwn ar gyfer lliniaru ymestyn oes gwresogydd pan na ellir lleihau lefelau silica yn economaidd. Y cyntaf yw lleihau'r llif gwres. Ar gyfer watedd penodol, mae mwy o arwynebedd gwain (gwain diamedr hirach neu fwy) yn golygu tymheredd gwain is, sy'n arafu polymeriad silica yn esbonyddol. Er enghraifft, mae lleihau'r fflwcs gwres o 5 W/cm² i 3 W/cm² yn lleihau'r gyfradd dyddodi silica tua 50-70%. Yr ail dechneg yw gweithio ar dymheredd swmp is: mae ei ostwng o 100oC i 90oC yn lleihau cyfradd polymeriad silica tua 40-50%. Y trydydd opsiwn yw cyflwyno atalyddion graddfa. Gall rhai ffosffonadau a pholymerau arafu polymeriad silica, er eu bod yn llai effeithiol nag y maent ar gyfer graddfa carbonad. Yr unig ateb dibynadwy ar gyfer baeddu silica difrifol yw newid i wresogi anuniongyrchol (ee cyfnewidydd gwres stêm) neu ddefnyddio gwresogydd gyda gwain symudadwy.

CASGLIAD: 316 DIBYNADWYEDD GWRESOGYDD GYDA RHEOLAETH Silica 100 gradd wedi'i diddymu

Gwelir creu graddfa silicad amorffaidd insiwleiddio yn gyflym ar 316 o wresogyddion gwain dur di-staen mewn dŵr swmp 100 gradd mewn crynodiadau silica toddedig dros 60-}80 ppm. Mae ffurfio'r raddfa hon yn achosi cynnydd o 15-25 gradd mewn tymheredd gwain o fewn 500-1,000 awr ac yn arwain at fethiant gorboethi. Y terfyn critigol ar gyfer gwasanaeth 10,000 awr yw 30 ppm SiO2 ar fflwcs gwres 5 W / cm2. Rhaid i beirianwyr sy'n dewis 316 gwain ar gyfer geothermol, porthiant boeleri neu ffrydiau silica uchel eraill ddadansoddi crynodiad silica toddedig i naill ai ei gyfyngu (trwy osmosis gwrthdro neu wanhau) neu leihau fflwcs gwres i wneud iawn. Uwchben lefel silica 80 ppm, ni chymeradwyir 316 gwain ar gyfer unrhyw lif gwres. Mae'r fframwaith a ddatblygwyd yma yn darparu perthynas rhwng y crynodiad o silica toddedig a'r cyfraddau mesuradwy o ddatblygiad graddfa a chroniad gwrthiant thermol, gan ganiatáu i'r prynwr ofyn am driniaeth dŵr neu newidiadau i ddyluniad gwresogydd sy'n osgoi'r dull methiant llechwraidd o orboethi a achosir gan silicad.