Όταν τοποθετείτε εκ των υστέρων μια υπάρχουσα δεξαμενή από ανθρακούχο χάλυβα με θερμαντήρες εμβάπτισης τιτανίου για 25% θειικό οξύ στους 95 βαθμούς, πώς πρέπει η διαμόρφωση της δέσμης του θερμαντήρα να αποφεύγει τη διάβρωση του αδέσποτου ρεύματος;

Η βασική συναλλαγή-από την αναβάθμιση θερμαντήρα τιτανίου σε δεξαμενές από ανθρακούχο χάλυβα
Η χρήση θερμαντήρων εμβάπτισης τιτανίου στη θέση των συμβατικών δεξαμενών από ανθρακούχο χάλυβα δημιουργεί πρόβλημα γαλβανικής συμβατότητας. Η δεξαμενή χρησιμοποιείται με θειικό οξύ 25% στους 95 o C. Έτσι ο ίδιος αγώγιμος ηλεκτρολύτης έρχεται σε επαφή και με τα δύο υλικά. Το τιτάνιο είναι ευγενές (δυναμικό διάβρωσης ca. +0.2 V έναντι Ag/AgCl σε αραιό θειικό οξύ) ενώ ο ανθρακούχος χάλυβας είναι ενεργός (περίπου −0,4 V έναντι Ag/AgCl). Το τοίχωμα της δεξαμενής βρίσκεται σε άμεση επαφή με τιτάνιο και ανθρακούχο χάλυβα και σχηματίζεται ένα γαλβανικό στοιχείο που προκαλεί ταχύτερη διάβρωση του ανθρακούχου χάλυβα. Το αδέσποτο ρεύμα από συγκόλληση, συστήματα γείωσης ή κοντινές ηλεκτροχημικές εργασίες μπορεί επίσης να συγκεντρωθεί στη δέσμη του θερμαντήρα τιτανίου. Η διαμόρφωση της δέσμης θερμαντήρα-πώς στοιβάζονται, υποστηρίζονται και απομονώνονται ηλεκτρικά οι μεμονωμένοι σωλήνες τιτανίου-επηρεάζει άμεσα την ποσότητα και την κατανομή αυτών των αδέσποτων και γαλβανικών ρευμάτων. Το πάχος του τοιχώματος επηρεάζει την αντίσταση στην τοπική προσβολή όταν τα ρεύματα είναι συγκεντρωμένα, αλλά η κύρια απάντηση είναι η ηλεκτρική απομόνωση. Αυτή η εργασία καθορίζει κανόνες διαμόρφωσης για την πρόληψη της διάβρωσης του αδέσποτου ρεύματος κατά την εκ των υστέρων τοποθέτηση δεξαμενών από ανθρακούχο χάλυβα.

Επίδραση στη Μηχανική Ακεραιότητα: Μηχανισμοί Γαλβανικών και Αδέσποτων Ρευμάτων
Εάν ένας θερμαντήρας τιτανίου στερεωθεί απευθείας σε μια φλάντζα δεξαμενής από ανθρακούχο χάλυβα, το υλικό στερέωσης ενώνει ηλεκτρικά τα δύο μέταλλα. Στην επαφή με τιτάνιο-κάθοδος/ανθρακοχάλυβα-ανόδου σε 25% H 2 SO 4 στους 95 μοίρες, η πυκνότητα του γαλβανικού ρεύματος μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 50-200 μA/cm 2 . Αυτό το ρεύμα θα καταστρέψει τον ανθρακούχο χάλυβα με ρυθμό από 0,5 έως 3 mm έως 6 έως 2 χιλιοστά ανά έτος. 12 χρόνια. Το πιο σημαντικό είναι ότι τα αδέσποτα ρεύματα από εξωτερικές πηγές (π.χ. ανορθωτές συγκόλλησης, συστήματα καθοδικής προστασίας ή μη γειωμένα τροφοδοτικά) μπορούν να ακολουθήσουν μια διαδρομή χαμηλής αντίστασης μέσω της δέσμης του θερμαντήρα τιτανίου. Τα αδέσποτα ρεύματα συγκεντρώνονται στην επιφάνεια του τιτανίου επειδή το τιτάνιο έχει χαμηλότερη ηλεκτρική ειδική αντίσταση (55 μΩ·cm) από τον ανθρακούχο χάλυβα (15–20 μΩ·cm είναι πραγματικά χαμηλότερη για τον χάλυβα, αλλά η παθητική επίστρωση του τιτανίου λειτουργεί ως ανορθωτής). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα εντοπισμένο άνοιγμα ή αυλάκωση σε σημεία όπου το τιτάνιο αγγίζει τα στηρίγματα της δεξαμενής ή όπου διασταυρώνονται οι σωλήνες της δέσμης. Το πάχος του τοιχώματος παρέχει περιθώριο διάβρωσης: Τοίχωμα τιτανίου 1,2 mm μπορεί να αντέξει 0,2 mm αδέσποτο ρεύμα ετησίως για 6 χρόνια. Ένας τοίχος 2,0 mm μπορεί να διαρκέσει 10 χρόνια. Αλλά το τοίχωμα της δεξαμενής από ανθρακούχο χάλυβα (συνήθως 6-10 mm) υπόκειται επίσης σε διάβρωση και η αντικατάσταση της δεξαμενής είναι σημαντικά πιο ακριβή από την αντικατάσταση του θερμαντήρα.

Επίδραση στη θερμική απόδοση: Διάσταση δέσμης και κατανομή ρεύματος
Η διαμόρφωση της δέσμης του θερμαντήρα επηρεάζει την παρούσα κατανομή μέσω του ηλεκτρολύτη. Οι σωλήνες τιτανίου που είναι διατεταγμένοι στενά (λιγότερο από 3× σωλήνα OD κέντρο{-σε-απόσταση στο κέντρο) παρέχουν ένα κανάλι χαμηλής αντίστασης για αδέσποτα ρεύματα, η συγκέντρωση της πυκνότητας ρεύματος στην περίμετρο της δέσμης. 4 σε 5 φορές την OD) μειώνει τη συμφόρηση ρεύματος και την τοπική προσβολή. Η θερμική συνέπεια της ευρύτερης απόστασης είναι ένα μεγαλύτερο αποτύπωμα δέσμης και πιθανώς χαμηλότερη ομοιογένεια μεταφοράς θερμότητας, αλλά αυτό είναι αποδεκτό για την αποφυγή διάβρωσης. Ο φυσικός χώρος και η ηλεκτρική μόνωση είναι σημαντικοί, αλλά όχι το πάχος του τοίχου. Δεν έχει καμία επίδραση στην τρέχουσα κατανομή.

Διαμόρφωση πακέτου για μετριασμό αδέσποτου ρεύματος: Σύνθεση του εμπορίου-απενεργοποιημένη
Συνάρτηση διαμόρφωσης δέσμηςΣύσταση Αδέσποτο ρεύμα Διάβρωση Επίπτωση Θερμική απόδοση ImpactCore Μηχανική Συλλογισμός
Βήμα σωλήνα (κέντρο-προς-κέντρο) 4× ελάχιστη OD του σωλήνα 50-70% μείωση του συνωστισμού ρεύματος Απαιτείται μεγαλύτερο άνοιγμα της δεξαμενήςΗ ηλεκτρική αντίσταση μέσω του ηλεκτρολύτη αυξάνεται με την αύξηση της απόστασης.
Τοποθέτηση φλάντζας ρεζερβουάρ PTFE ή PEEK παρεμβύσματα & χιτώνια απομονωμένα Εξαλείφει τη γαλβανική επαφή > 90% μείωση στη διαδρομή του αδέσποτου ρεύματος Χωρίς κρούση Το γαλβανικό κύκλωμα σπάει από ηλεκτρική μόνωση.
Στήριγμα σωλήνα ρεζερβουάρ insideNonconductor (PTFE, κεραμικό ή επικαλυμμένο) Αποτρέπει την έμφαση στα σημερινά σημεία στήριξης Χωρίς αποτέλεσμα Αποτρέπει την επαφή-με-μετάλλου μεταξύ τιτανίου και ανθρακούχου χάλυβα.
Γείωση δέσμης -Γείωση ενός σημείου μέσω αντίστασης 10 Ω Μειώνει τη στατική συσσώρευση-και το πλάτος του αδέσποτου ρεύματος Καμία επίδραση Η αντίσταση περιορίζει τη ροή ρεύματος αλλά το δυναμικό δεν μπορεί να επιπλέει.
Πάχος τοιχώματος (σε περιοχές όπου μπορεί να συγκεντρωθεί το ρεύμα) 1,5 mm - 2.0 mm Περιθώριο διάβρωσης σε περίπτωση αστοχίας μόνωσης Ελαφρύ θερμικό πρόστιμο (1-2 μοίρες υψηλότερη επιφάνεια) Ο παχύτερος τοίχος μπορεί να αντέξει τοπικά ανοίγματα από υπολειμματικά αδέσποτα ρεύματα.
Μηχανική πέρα ​​από τη δέσμη Ηλεκτρική απομόνωση και παρακολούθηση
Το πιο σημαντικό στάδιο στη μετασκευή είναι η παροχή ηλεκτρικής απομόνωσης μεταξύ της δέσμης του θερμαντήρα τιτανίου και της δεξαμενής από ανθρακούχο χάλυβα. Τα παρεμβύσματα από PTFE (πάχος 3 mm) στη φλάντζα στερέωσης, σε συνδυασμό με-κουφώματα ή μανίκια με επίστρωση PTFE, δίνουν > 100 M? αντίσταση στα 500 V DC. Αυτό σπάει το γαλβανικό κύκλωμα και απομακρύνει τα αδέσποτα ρεύματα από το τιτάνιο. Μια αντίσταση γείωσης (10-50 Ω) συνδέεται μεταξύ της δέσμης του θερμαντήρα και της γείωσης του δοχείου. Αυτό αποφεύγει τη συσσώρευση στατικού φορτίου{11}}και περιορίζει τα ρεύματα σφάλματος. Η τάση μεταξύ της δέσμης τιτανίου και του τοιχώματος της δεξαμενής ελέγχεται περιοδικά (με ένα βολτόμετρο υψηλής αντίστασης) για ανίχνευση υποβάθμισης της απομόνωσης. Εάν η τάση DC είναι μεγαλύτερη από 0,5 V, υπάρχει πιθανότητα διάβρωσης ενεργού γαλβανικού ή αδέσποτου ρεύματος.

Συμπέρασμα: Η κύρια άμυνα είναι η ηλεκτρική μόνωση και όχι το πάχος τοιχώματος
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) και περιλαμβάνουν ένα σχηματικό σχέδιο γείωσης. Ο κατασκευαστής του θερμαντήρα θα περιλαμβάνει κιτ απομόνωσης με τη δέσμη και ο εγκαταστάτης θα ελέγχει την απομόνωση πριν από την ενεργοποίηση του συστήματος.