Prilikom naknadnog opremanja postojećeg rezervoara od ugljeničnog čelika sa titanijumskim imerzijskim grijačima za 25% sumporne kiseline na 95 stepeni, kako konfiguracija paketa grijača treba izbjeći koroziju lutajućih struja?

Fundamentalni zamjena-ugradnje titanijumskog grijača u rezervoare od ugljičnog čelika
Upotreba titanijumskih uranjajućih grijača umjesto konvencionalnih spremnika od ugljičnog čelika stvara problem galvanske kompatibilnosti. Rezervoar se koristi sa 25 % sumporne kiseline na 95 o C. Tako je isti provodljivi elektrolit u kontaktu sa oba materijala. Titan je plemenit (potencijal korozije ca. +0.2 V naspram Ag/AgCl u razrijeđenoj sumpornoj kiselini) dok je ugljični čelik aktivan (cca. −0,4 V naspram Ag/AgCl). Zid rezervoara je u direktnom kontaktu sa titanom i ugljeničnim čelikom i formira se galvanska ćelija koja uzrokuje bržu koroziju ugljeničnog čelika. Lutajuća struja iz sistema zavarivanja, uzemljenja ili obližnjih elektrohemijskih operacija takođe se može koncentrirati na titanijumski grejač. Konfiguracija snopa grijača-kako su pojedinačne titanijumske cijevi složene, poduprte i električno izolovane-direktno utiče na količinu i distribuciju ovih lutajućih i galvanskih struja. Debljina zida utiče na otpornost na lokalizovani napad kada su struje koncentrisane, ali glavni odgovor je električna izolacija. Ovaj rad specificira pravila konfiguracije kako bi se spriječila korozija lutajućih struja prilikom naknadne ugradnje rezervoara od ugljičnog čelika.

Utjecaj na mehanički integritet: Mehanizmi galvanske i lutajuće struje
Ako je grijač od titanijuma pričvršćen direktno na prirubnicu rezervoara od ugljeničnog čelika, montažni hardver električno spaja dva metala. Na kontaktu titanijum-katoda/ugljenični čelik-anoda u 25% H 2 SO 4 na 95 stepeni, gustina galvanske struje može biti i do 50-200 µA/cm 2 . Ova struja će uništiti ugljenični čelik brzinom od 0,0 mm po godini do 2 do 6 mm za zid rezervoara. 3 do 12 godina. Što je još važnije, lutajuće struje iz vanjskih izvora (npr. ispravljači za zavarivanje, sistemi katodne zaštite ili neuzemljeni izvori napajanja) mogu proći put niskog otpora kroz snop grijača od titanijuma. Lutajuće struje se koncentrišu na površini titanijuma jer titanijum ima nižu električnu otpornost (55 µΩ·cm) od ugljeničnog čelika (15–20 µΩ·cm je zaista niže za čelik, ali pasivni premaz titana funkcioniše kao ispravljač). Ovo rezultira lokaliziranim udubljenjima ili žljebovima na mjestima gdje titanijum dodiruje nosače rezervoara ili gdje se ukrštaju cijevi snopa. Debljina zida daje mogućnost korozije: 1,2 mm Titanijumski zid može izdržati 0,2 mm zalutalu struju godišnje tokom 6 godina. Zid od 2,0 mm može trajati 10 godina. Ali zid rezervoara od ugljeničnog čelika (obično 6-10 mm) je takođe podložan koroziji, a zamena rezervoara je znatno skuplja od zamene grejača.

Utjecaj na toplinske performanse: razmak snopa i distribucija struje
Konfiguracija snopa grijača utječe na sadašnju distribuciju kroz elektrolit. Titanijumske cijevi raspoređene usko (manje od 3× OD cijevi od centra-do-centralne udaljenosti) pružaju kanal niske otpornosti za lutajuće struje, koncentrirajući gustinu struje na perimetru snopa. 4 na 5 puta veću od OD) smanjuje zagušenje struje i lokalizirani napad. Toplotna posljedica većeg razmaka je veći otisak snopa i eventualno niža homogenost prijenosa topline, ali to je prihvatljivo za izbjegavanje korozije. Važni su fizički prostor i električna izolacija, ali ne i debljina zida. Nema uticaja na distribuciju struje.

Konfiguracija paketa za ublažavanje lutajuće struje: sinteza zamjene{0}}off
Funkcija konfiguracije paketa Preporuka Stray Current Uticaj korozije Termičke performanse ImpactCore Engineering Reasoning
Nagib cijevi (centar-do-centar)4× minimalni vanjski vanjski dio cijevi50-70% smanjenje strujne gužve Potreban je veći otvor rezervoara Električni otpor kroz elektrolit raste sa povećanjem udaljenosti.
Montaža prirubnice rezervoara PTFE ili PEEK zaptivke i čaure izolovane Eliminiše galvanski kontakt > 90% smanjenje putanje lutajuće struje Bez udara Galvanski krug je prekinut električnom izolacijom.
Unutar držača cijevi rezervoara Neprovodni (PTFE, keramika ili obloženi) Sprječava naglasak na trenutnim potpornim tačkama. Bez efekta Sprečava kontakt-na-metal između titanijuma i ugljičnog čelika.
Uzemljenje u paketu Uzemljenje u jednoj-tački preko otpornika od 10 Ω Smanjuje nakupljanje statičkog elektriciteta-i amplitudu lutajuće struje Bez efekta Otpornik ograničava protok struje, ali potencijal ne može plutati.
Debljina zida (u regijama u kojima se struja može koncentrirati) 1,5 mm - 2.0 mm Dozvoljena korozija nakon kvara izolacije Mala termička šteta (1-2 stepena viša površina) Deblji zid može izdržati lokalizirano udubljenje od zaostalih lutajućih struja.
Inženjering izvan paketa električne izolacije i nadzora
Najvažnija faza u rekonstrukciji je obezbjeđivanje električne izolacije između titanijumskog grejača i rezervoara od ugljeničnog čelika. PTFE zaptivke (debljine 3 mm) na prirubnici za ugradnju, u kombinaciji sa PTFE-obloženim vijcima ili izolacionim navlakama, daju > 100 M? otpor na 500 V DC. Ovo prekida galvanski krug i odvodi zalutale struje dalje od titanijuma. Otpornik za uzemljenje (10-50 Ω) je povezan između snopa grijača i uzemljenja rezervoara. Ovo izbjegava nakupljanje statičkog naboja-i ograničava struje kvara. Napon između snopa titanijuma i zida rezervoara se periodično proverava (sa voltmetrom visoke impedancije) radi detekcije degradacije izolacije. Ako je DC napon veći od 0,5 V, postoji mogućnost korozije aktivne galvanske ili lutajuće struje.

Zaključak: Glavna odbrana je električna izolacija, a ne debljina zida
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) i uključuju shemu uzemljenja. Proizvođač grijača će uključiti izolacijske komplete sa snopom, a instalater će provjeriti izolaciju prije uključivanja sistema.