Dalam air garam kalsium klorida (CaCl₂) 30% pada suhu 100 derajat yang mengandung pengotor magnesium 2% (sebagai MgCl₂), kerak magnesium hidroksida (Mg(OH)₂) lebih mengendap dibandingkan kalsium karbonat atau kalsium sulfat. Magnesium hidroksida memiliki kelarutan yang sangat rendah pada suhu tinggi dan membentuk kerak yang keras dan melekat pada permukaan pemanas titanium. Skala ini memiliki konduktivitas termal yang rendah (1–2 W/m·K) dan menyebabkan panas berlebih secara lokal. Kesadahan air total maksimum yang diperbolehkan (sebagai CaCO₃) untuk mencegah pembentukan kerak magnesium hidroksida preferensial adalah 200 ppm. Di atas level ini, ketebalan kerak melebihi 0,2 mm dalam waktu 500 jam, menyebabkan penurunan perpindahan panas sebesar 30–50%.

Mekanisme Penskalaan Magnesium Hidroksida Preferensial

Dalam air garam-bersuhu tinggi, ion magnesium terhidrolisis: Mg²⁺ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2H⁺. Reaksi ini bersifat endotermik dan dipercepat dengan meningkatnya suhu. PH lokal pada permukaan titanium panas meningkat karena reduksi air, yang selanjutnya mendorong pengendapan Mg(OH)₂. Ion kalsium membentuk kerak karbonat dan sulfat, namun keduanya kurang melekat dan lebih mudah dihilangkan. Kehadiran magnesium bahkan pada pengotor 2% menyebabkan komposisi kerak didominasi oleh Mg(OH)₂ ketika kesadahan air melebihi 200 ppm. Sisiknya tumbuh seperti kristal-seperti pelat yang saling bertautan, membentuk lapisan yang kuat.

Pembentukan Skala Kuantitatif sebagai Fungsi Kesadahan Air

Pengujian terkontrol dalam air garam sintetis (30% CaCl₂, 2% MgCl₂, 100 derajat ) dengan kekerasan total yang bervariasi (dinyatakan sebagai ppm CaCO₃) selama 500 jam telah menghasilkan hal berikut. Pada kekerasan di bawah 100 ppm, ketebalan kerak 10–30 µm, kerak berupa kalsium karbonat dengan sedikit Mg(OH)₂, penghilangan dapat dilakukan dengan pembersihan asam, dan pengurangan perpindahan panas sebesar 5–15%. Pada kekerasan 100–200 ppm, ketebalan kerak mencapai 30–70 µm, kerak merupakan campuran karbonat dan Mg(OH)₂, penghilangannya memerlukan penyikatan ditambah asam, dan pengurangan perpindahan panas sebesar 15–30%. Pada kekerasan 200–300 ppm, ambang kritis, ketebalan kerak 60–120 µm, kerak menjadi Mg(OH)₂ dominan dengan daya rekat tinggi, penghilangan memerlukan pengikisan mekanis, dan pengurangan perpindahan panas sebesar 25–45%. Pada kekerasan 300–500 ppm, ketebalan kerak 100–200 µm, kerak berupa magnesium hidroksida keras, penghilangan sangat sulit, dan pengurangan perpindahan panas 40–60%. Di atas 500 ppm, ketebalan kerak melebihi 200 µm, terjadi kerak yang parah, dan pengurangan perpindahan panas melebihi 60%.

Pengaruh Konsentrasi Magnesium dan Suhu terhadap Toleransi Kekerasan

Kesadahan air maksimum yang diijinkan menurun seiring dengan meningkatnya konsentrasi magnesium. Pada pengotor magnesium 1%, kekerasan yang diijinkan untuk<0.1 mm scale is 300 ppm. At 2% magnesium, the allowable hardness drops to 200 ppm. At 3% magnesium, the allowable hardness falls to 150 ppm. At 5% magnesium, the allowable hardness is only 80 ppm. Temperature also affects the threshold; at 80°C, the allowable hardness at 2% magnesium is 350 ppm. At 100°C, the allowable hardness is 200 ppm. At 120°C under pressure, the allowable hardness is 120 ppm. At 140°C, the allowable hardness is 80 ppm.

Panduan Pengendalian Kesadahan Air untuk Magnesium-Air Garam Kalsium Klorida yang Terkontaminasi

Tabel berikut memberikan rekomendasi kesadahan air maksimum yang diperbolehkan dalam air garam 30% CaCl₂ dengan pengotor magnesium 2% pada suhu 100 derajat, berdasarkan ketebalan kerak dan frekuensi pembersihan yang diinginkan.

Rekayasa Melampaui Pengendalian Kesadahan Air

Tingkat titanium tidak memengaruhi pembentukan kerak, namun Tingkat 7 memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap-korosi skala kecil. Ketebalan dinding memberikan kelonggaran perpindahan panas; dinding 2,0 mm dengan skala 0,3 mm telah mengurangi perpindahan panas namun tetap berfungsi. Permukaan yang dipoles secara elektro (Ra di bawah 0,3 µm) mengurangi adhesi kerak dan memudahkan pelepasan. Inhibitor kerak seperti poliakrilat atau fosfonat efektif untuk kalsium karbonat namun memiliki efek terbatas pada magnesium hidroksida. PH air garam harus dijaga di bawah 7,5; pH yang lebih tinggi mempercepat pengendapan Mg(OH)₂. Pembersihan asam secara berkala dengan asam klorida 5% pada suhu 50 derajat selama 2 jam akan melarutkan kerak kalsium karbonat, namun kurang efektif terhadap Mg(OH)₂.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan

Untuk batang pemanas titanium yang beroperasi dalam air garam kalsium klorida 30% dengan pengotor magnesium 2% pada suhu 100 derajat, pertahankan kesadahan air total di bawah 100 ppm untuk mencegah penskalaan magnesium hidroksida yang lebih disukai. Gunakan air lunak untuk riasan air garam-dan pantau kesadahannya setiap minggu dengan titrasi. Jika kesadahan melebihi 200 ppm, endapan magnesium dengan menaikkan pH menjadi 9,5 dengan kapur, kemudian disaring sebelum digunakan kembali. Untuk pemanas yang ada dengan skala Mg(OH)₂, gunakan asam sitrat 10% pada suhu 70 derajat selama 4 jam, diikuti dengan penyikatan mekanis. Dengan mengendalikan kesadahan air di bawah 200 ppm, insinyur mencegah pembentukan kerak magnesium hidroksida yang mengurangi perpindahan panas dan menyebabkan panas berlebih secara lokal.