Dans une saumure à 30 % de chlorure de calcium (CaCl₂) à 100 degrés contenant 2 % d'impuretés de magnésium (sous forme de MgCl₂), le tartre d'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂) précipite préférentiellement sur le carbonate de calcium ou le sulfate de calcium. L'hydroxyde de magnésium a une très faible solubilité à haute température et forme une calamine dure et adhérente sur les surfaces chauffantes en titane. Le tartre a une faible conductivité thermique (1 à 2 W/m·K) et provoque une surchauffe localisée. La dureté totale maximale autorisée de l'eau (en CaCO₃) pour éviter le tartre préférentiel de l'hydroxyde de magnésium est de 200 ppm. Au-dessus de ce niveau, l'épaisseur du tartre dépasse 0,2 mm en 500 heures, entraînant une réduction de 30 à 50 % du transfert de chaleur.

Le mécanisme de mise à l’échelle préférentielle de l’hydroxyde de magnésium

Dans la saumure à haute -température, les ions magnésium s'hydrolysent : Mg²⁺ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2H⁺. Cette réaction est endothermique et s'accélère avec l'augmentation de la température. Le pH local à la surface chaude du titane augmente en raison de la réduction de l’eau, favorisant encore davantage la précipitation du Mg(OH)₂. Les ions calcium forment des dépôts de carbonate et de sulfate, mais ceux-ci sont moins adhérents et plus faciles à éliminer. La présence de magnésium, même à 2 % d'impuretés, fait que la composition du tartre est dominée par Mg(OH)₂ lorsque la dureté de l'eau dépasse 200 ppm. L'écaille se développe sous forme de cristaux ressemblant à des plaques-qui s'emboîtent, formant une couche tenace.

Formation de tartre quantitatif en fonction de la dureté de l'eau

Des tests contrôlés dans une saumure synthétique (30 % CaCl₂, 2 % MgCl₂, 100 degrés) avec une dureté totale variable (exprimée en ppm CaCO₃) sur 500 heures ont établi ce qui suit. À une dureté inférieure à 100 ppm, l'épaisseur du tartre est de 10 à 30 µm, le tartre est du carbonate de calcium avec une quantité mineure de Mg(OH)₂, l'élimination est possible par nettoyage acide et la réduction du transfert de chaleur est de 5 à 15 %. À une dureté de 100 à 200 ppm, l'épaisseur du tartre atteint 30 à 70 µm, le tartre est constitué d'un mélange de carbonate et de Mg(OH)₂, l'élimination nécessite un brossage plus de l'acide et la réduction du transfert de chaleur est de 15 à 30 %. À une dureté de 200 à 300 ppm, le seuil critique, l'épaisseur du tartre est de 60 à 120 µm, le tartre devient dominant en Mg(OH)₂ avec une adhérence élevée, l'élimination nécessite un grattage mécanique et la réduction du transfert de chaleur est de 25 à 45 %. À une dureté de 300 à 500 ppm, l'épaisseur du tartre est de 100 à 200 µm, le tartre est de l'hydroxyde de magnésium dur, l'élimination est très difficile et la réduction du transfert de chaleur est de 40 à 60 %. Au-dessus de 500 ppm, l'épaisseur du tartre dépasse 200 µm, un tartre important se produit et une réduction du transfert de chaleur dépasse 60 %.

Influence de la concentration en magnésium et de la température sur la tolérance à la dureté

La dureté maximale autorisée de l’eau diminue à mesure que la concentration en magnésium augmente. À 1 % d'impureté de magnésium, la dureté admissible pour<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.

Guide de contrôle de la dureté de l'eau pour la saumure de chlorure de calcium contaminée au magnésium-

Le tableau suivant fournit des recommandations pour la dureté maximale autorisée de l'eau dans une saumure à 30 % de CaCl₂ avec 2 % d'impuretés de magnésium à 100 degrés, en fonction de l'épaisseur de tartre souhaitée et de la fréquence de nettoyage.

Ingénierie au-delà du contrôle de la dureté de l’eau

La qualité du titane n'affecte pas la formation de tartre, mais la qualité 7 offre une meilleure résistance à la corrosion sous-calcaire. L'épaisseur de la paroi fournit une allocation de transfert de chaleur ; une paroi de 2,0 mm avec une échelle de 0,3 mm a un transfert de chaleur réduit mais toujours fonctionnel. Les surfaces électropolies (Ra inférieur à 0,3 µm) réduisent l'adhérence du tartre et permettent un retrait plus facile. Les inhibiteurs de tartre tels que les polyacrylates ou les phosphonates sont efficaces pour le carbonate de calcium mais ont un effet limité sur l'hydroxyde de magnésium. Le pH de la saumure doit être maintenu en dessous de 7,5 ; un pH plus élevé accélère la précipitation du Mg(OH)₂. Un nettoyage acide périodique avec 5 % d'acide chlorhydrique à 50 degrés pendant 2 heures dissout le tartre de carbonate de calcium, mais est moins efficace sur Mg(OH)₂.

Faire une spécification éclairée

Pour une tige chauffante en titane fonctionnant dans une saumure à 30 % de chlorure de calcium avec 2 % d'impuretés de magnésium à 100 degrés, maintenez la dureté totale de l'eau en dessous de 100 ppm pour éviter le tartre préférentiel d'hydroxyde de magnésium. Utilisez de l'eau adoucie pour l'appoint de saumure-et surveillez la dureté chaque semaine par titrage. Si la dureté dépasse 200 ppm, précipiter le magnésium en élevant le pH à 9,5 avec de la chaux, puis filtrer avant remise en service. Pour les appareils de chauffage existants avec tartre Mg(OH)₂, utilisez 10 % d'acide citrique à 70 degrés pendant 4 heures, suivi d'un brossage mécanique. En contrôlant la dureté de l'eau en dessous de 200 ppm, l'ingénieur évite la formation de tartre adhérent d'hydroxyde de magnésium qui réduit le transfert de chaleur et provoque une surchauffe localisée.