Modifikuojant esamą anglinio plieno baką su titano panardinamaisiais šildytuvais, skirtais 25 % sieros rūgščiai 95 laipsnių kampu, kaip šildytuvo komplekto konfigūracija turėtų išvengti kintamos srovės korozijos?

Pagrindinis{0}}titano šildytuvo modifikavimas anglinio plieno bakuose
Titano panardinamųjų šildytuvų naudojimas vietoj įprastų anglinio plieno rezervuarų sukuria galvaninio suderinamumo problemą. Talpykloje naudojama 25 % sieros rūgštis esant 95 o C temperatūrai. Taigi tas pats laidus elektrolitas liečiasi su abiem medžiagomis. Titanas yra kilnus (korozijos potencialas ca. +0.2 V, palyginti su Ag/AgCl praskiestoje sieros rūgštyje), o anglinis plienas yra aktyvus (apie –0,4 V, palyginti su Ag/AgCl). Bako sienelė tiesiogiai liečiasi su titanu ir angliniu plienu, susidaro galvaninis elementas, dėl kurio anglinis plienas greičiau korozuojasi. Suvirinimo, įžeminimo sistemų ar netoliese atliekamų elektrocheminių operacijų srautas taip pat gali sutelkti dėmesį į titano šildytuvo pluoštą. Šildytuvo pluošto konfigūracija-kaip atskiri titano vamzdžiai yra sukrauti, palaikomi ir elektra izoliuojami-tiesiogiai įtakoja šių klaidžiojančių ir galvaninių srovių kiekį ir pasiskirstymą. Sienelės storis turi įtakos atsparumui vietiniam atakai, kai srovės koncentruotos, tačiau pagrindinis atsakymas yra elektros izoliacija. Šiame darbe nurodytos konfigūracijos taisyklės, kad būtų išvengta kintamos srovės korozijos montuojant anglinio plieno bakus.

Poveikis mechaniniam vientisumui: Galvaninės ir kintamos srovės mechanizmai
Jei titano šildytuvas tvirtinamas tiesiai prie anglinio plieno bako flanšo, tvirtinimo detalės elektra sujungia du metalus. Titano -katodo/anglies plieno-anodo kontakte 25 % H 2 SO 4 95 laipsnių kampu galvaninės srovės tankis gali siekti 50-200 µA/cm 2 . Ši srovė sunaikins anglinį plieną 0,5–2 mm per metus greičiu, ty 0,5–2 mm per bako sienelę. iki 12 metų. Dar svarbiau, kad iš išorinių šaltinių (pvz., suvirinimo lygintuvų, katodinės apsaugos sistemų ar neįžemintų maitinimo šaltinių) sklindančios srovės gali pereiti mažos varžos keliu per titano šildytuvo pluoštą. Klaidžiojančios srovės koncentruojasi titano paviršiuje, nes titano varža mažesnė (55 µΩ·cm) nei anglinio plieno (15–20 µΩ·cm yra tikrai mažesnė plienui, tačiau pasyvi titano danga veikia kaip lygintuvas). Dėl to vietose, kur titanas liečiasi su rezervuaro atramais arba kur susikerta vamzdžių pluoštas, atsiranda vietinių įdubimų ar griovelių. Sienelės storis yra atsparus korozijai: 1,2 mm titano sienelė gali atlaikyti 0,2 mm kintamos srovės įdubimus per metus 6 metus. 2,0 mm siena gali tarnauti 10 metų. Tačiau anglinio plieno bako sienelė (paprastai 6–10 mm) taip pat yra korozija, o bako keitimas yra žymiai brangesnis nei šildytuvo keitimas.

Poveikis šiluminiam našumui: atstumas tarp paketų ir srovės paskirstymas
Šildytuvo pluošto konfigūracija įtakoja esamą pasiskirstymą per elektrolitą. Titano vamzdžiai, išdėstyti glaudžiai (mažesnis nei 3 × vamzdžio OD centras-i-centro atstumas) suteikia mažo pasipriešinimo kanalą klaidžiojančioms srovėms, o srovės tankio koncentravimas pluošto perimetre . 4 iki 5 kartų didesnis už OD) sumažina srovės perkrovą ir lokalizuotą ataką. Didesnio atstumo šiluminė pasekmė yra didesnis pluošto pėdsakas ir galbūt mažesnis šilumos perdavimo homogeniškumas, tačiau tai yra priimtina siekiant išvengti korozijos. Svarbu fizinė erdvė ir elektros izoliacija, bet ne sienelės storis. Tai neturi įtakos dabartiniam paskirstymui.

Nepavykusios srovės mažinimo rinkinio konfigūracija: prekybos sintezė{0}}išjungta
Paketo konfigūracijos funkcijos rekomendacija Paskirstytos srovės korozijos smūgio šiluminis našumas ImpactCore inžinerijos motyvas
Vamzdžio žingsnis (nuo centro-iki-centro) 4 × minimalus vamzdžio OD50–70 % sumažintas srovės susigrūdimas. Reikia didesnio bako angos Elektrolito varža didėja didėjant atstumui.
Rezervuaro flanšo montavimas PTFE arba PEEK tarpikliai ir įvorės izoliuotos Pašalina galvaninį kontaktą > 90% sumažina pasklidosios srovės kelią Jokio poveikio Galvaninė grandinė nutrūksta dėl elektros izoliacijos.
Bako vamzdžio laikiklis viduje Nelaidus (PTFE, keramikinis arba padengtas) Neleidžia pabrėžti esamų atramos taškų. Jokio poveikio Apsaugo nuo metalo-su -metalų sąlyčio tarp titano ir anglinio plieno.
Rinkinio įžeminimas Vieno-taško įžeminimas per 10 Ω rezistorių Sumažina statinės-srovės amplitudės ir kintamos srovės amplitudę. Jokio poveikio Rezistorius riboja srovės srautą, bet potencialas negali sklandyti.
Sienelės storis (tose vietose, kur gali susikaupti srovė) 1,5 mm - 2.0 mm Korozijos sumažinimas, kai izoliacija nepavyksta Nedidelė šiluminė nuolaida (1–2 laipsniais aukštesnis paviršius) Storesnė siena gali atlaikyti vietines duobes dėl likusių klaidžiojančių srovių.
Inžinerija ne tik elektros izoliacijai ir stebėjimui
Svarbiausias modifikavimo etapas yra elektros izoliacija tarp titano šildytuvo pluošto ir anglinio plieno bako. PTFE tarpikliai (3 mm storio) prie tvirtinimo flanšo, kartu su PTFE-dengtomis smeigėmis arba izoliacinėmis įvorėmis, suteikia > 100 M? varža esant 500 V nuolatinei įtampai. Tai nutraukia galvaninę grandinę ir pašalina sroves nuo titano. Įžeminimo rezistorius (10-50 Ω) yra prijungtas tarp šildytuvo pluošto ir bako įžeminimo. Taip išvengiama statinio krūvio{11}}ir apribojama gedimų srovė. Įtampa tarp titano pluošto ir rezervuaro sienelės yra periodiškai tikrinama (didelės varžos voltmetru), kad būtų galima nustatyti izoliacijos pablogėjimą. Jei nuolatinės srovės įtampa yra didesnė nei 0,5 V, yra aktyvios galvaninės arba pasklidosios srovės korozijos galimybė.

Išvada: pagrindinė apsauga yra elektros izoliacija, o ne sienelės storis
The titania immersion heaters for 25% sulphuric acid at 95°C were retrofitted to an existing carbon steel tank and electrical isolation of the titania from the carbon steel tank was required to prevent stray current and galvanic corrosion not increased titanium wall thickness. The suggested setup is PTFE isolation gaskets at all mounting locations, non-conductive tube supports (ceramic or PTFE), tube spacing of at least 4× OD, and single point grounding via a 10 Ω resistor. When properly isolated, the corrosion mechanism is uniform acid attack (0.02 – 0.05 mm per year) and a service life of 10+ years can be achieved with a conventional titanium wall thickness of 1.2 – 1.5 mm. Even a 3.0 mm titanium wall without insulation will not prevent the carbon steel tank against galvanic perforation. When specifying a retrofit heater bundle, expect documented electrical isolation testing (megger test at 500 V DC, >100 MΩ) ir įžeminimo schemą. Šildytuvo gamintojas kartu su paketu turi pateikti izoliacijos rinkinius, o montuotojas prieš įjungdamas sistemą turi patikrinti izoliaciją.