Quelle est la dureté de l'eau maximale autorisée (ppm CaCO₃) pour une gaine chauffante en titane de grade 7 dans une solution de tripolyphosphate de sodium à 5 % à 90 degrés pour éviter la surchauffe induite par le tartre de phosphate de calcium ?

Les ions calcium précipitent sous forme de tartre de phosphate de calcium (Ca₃(PO₄)₂) dans 5 % de tripolyphosphate de sodium (STPP) à 90 degrés. Cette échelle se caractérise par une faible conductivité thermique de 0,3 à 0,6 W/m·K (titane, 21,9 W/m·K). La dureté maximale de l'eau autorisée est de 100 ppm sous forme de CaCO 3 pour éviter la surchauffe. Au-dessus de 100 ppm, l'épaisseur du tartre est supérieure à 0,2 mm en 500 h et le transport de chaleur est réduit de 30 %. Le tartre se forme selon la réaction : 3Ca2+ + 2PO43- → Ca3(PO4)2↓

Mécanisme de formation de tartre de phosphate de calcium

Le STPP est hydrolysé en orthophosphate à 90 degrés. Les ions calcium présents dans l'eau réagissent avec l'orthophosphate pour générer du phosphate de calcium. Les précipitations dépendent de la température, et des températures plus élevées accélèrent la production de tartre. Le tartre se développe sous la forme d'un revêtement cristallin dense qui adhère solidement à la surface du titane. Une fois développée, la calamine est difficile à éliminer à l’aide d’un acide, car le phosphate de calcium est très légèrement soluble dans les acides sans danger pour le titane.

Formation d'échelle quantitative liée à la dureté de l'eau

Des tests contrôlés du titane de grade 7 dans 5 % de STPP à 90 degrés pendant 500 heures ont donné les résultats suivants. Épaisseur de la calamine=0 µm, composition de la calamine=Aucune, réduction du transfert de chaleur=0 % (à 0 ppm de dureté) L'épaisseur est de 10 à 30 µm, la composition est du phosphate de calcium et la diminution est de 5 à 15 % à 50 ppm. Le seuil crucial est de 100 ppm. Épaisseur : 30 à 70 µm. Composition : phosphate de calcium. Réduction : 15–30 %. 150 ppm 60-120 µm Phosphate de calcium dense 25-45 % Épaisseur 100 - 200 µm Composition Forte réduction du tartre 40 - 60% 250 ppm À 500 ppm, l'épaisseur est de 200 à 400 µm, la composition est sévère et la réduction est de 60 à 80 %.

Effet de la concentration et de la température du STPP sur la tolérance à la dureté

Plus la concentration de STPP et la température sont élevées, plus la dureté maximale autorisée de l'eau est faible. Pour<0.1 mm scale, the permissible hardness is 150 ppm at 3% STPP and 90°C. Permitted is 150 ppm at 5% STPP and 80°C. Allowable at 5% STPP and 90°C is 100 ppm. 60 ppm at 5% STPP and 100°C is allowable. 50 ppm at 90°C and 10% STPP is allowed. Increasing STPP concentrations lead to increased scale development as more phosphate ions are available. The dynamics of precipitation are enhanced at elevated temperatures.

Guide de contrôle de la dureté de l’eau du chauffe-eau STPP

Le tableau ci-dessous présente les recommandations concernant la dureté de l'eau maximale autorisée pour les radiateurs en titane de grade 7 dans 5 % STPP à 90 degrés.

Dureté de l'eau (ppm CaCO3) Épaisseur de tartre attendue après 500 heures (µm) Réduction du transfert de chaleur (%) Action recommandée<50 <30 <10 No action 50–75 30–50 10–20Monitor monthly 75–100 50–80 15–25 Use softened water 100–150 80–120 25–40 Water softener needed >150 >120 >40 Pas acceptable
Au-delà de l’ingénierie du contrôle de la dureté

La corrosion à l'échelle-est influencée par la qualité du titane. Le grade 7 a une meilleure résistance que le grade 2, mais la formation de tartre est similaire. L'épaisseur de la paroi fournit une allocation de transfert de chaleur ; un mur de 2,0 mm avec une échelle de 0,2 mm contient 1,8 mm de métal, mais l'échelle isole. La finition de la surface du tube affecte l’adhérence du tartre ; les surfaces électropolies (Ra < 0,3 µm) permettent un détartrage plus facile. Un adoucisseur d’eau (échange d’ions) ramène la dureté à presque zéro. Un inhibiteur de tartre tel que l'acide polyacrylique à 10 ppm diminue le développement du tartre de phosphate de calcium de 50 à 70 %. Le tartre de phosphate de calcium sera dissous lors d'un nettoyage périodique avec 5 % de HCl à 50 degrés pendant 30 minutes, mais peut être moins efficace sur le tartre vieilli.

Rédaction de spécifications compétente

Pour un chauffe-gaine en titane de grade 7 en STPP à 5 % à 90 degrés C, contrôlez la dureté de l'eau à < 50 ppm à l'aide d'un adoucisseur d'eau. Titrer chaque semaine pour surveiller la dureté. Si la dureté est supérieure à 75 ppm, augmentez le cycle de régénération de l'adoucisseur ou ajoutez un antitartre. - Pour les radiateurs existants avec tartre au phosphate de calcium : nettoyer avec de l'acide citrique à 10 % pendant 2 heures à 70 degrés. Service de tripolyphosphate de sodium. L'ingénieur maintient la dureté de l'eau en dessous de 50 ppm pour éviter la surchauffe due au tartre de phosphate de calcium.