Modernizējot esošo oglekļa tērauda tvertni ar titāna iegremdējamiem sildītājiem 25% sērskābes 95 grādu leņķī, kā sildītāja komplekta konfigurācijai vajadzētu izvairīties no izkliedētās strāvas korozijas?

Titāna sildītāja modernizēšana uz oglekļa tērauda tvertnēm{0}}
Titāna iegremdējamo sildītāju izmantošana parasto oglekļa tērauda tvertņu vietā rada galvaniskās saderības problēmu. Tvertnē tiek izmantota 25 % sērskābe 95 o C temperatūrā. Tādējādi viens un tas pats vadošais elektrolīts saskaras ar abiem materiāliem. Titāns ir cēls (korozijas potenciāls ca . +0.2 V pret Ag/AgCl atšķaidītā sērskābē), savukārt oglekļa tērauds ir aktīvs (apmēram –0,4 V pret Ag/AgCl). Tvertnes siena ir tiešā saskarē ar titānu un oglekļa tēraudu, un veidojas galvaniskais elements, kas izraisa ātrāku oglekļa tērauda koroziju. Izkliedētā strāva no metināšanas, zemējuma sistēmām vai tuvumā esošām elektroķīmiskām darbībām var koncentrēties arī uz titāna sildītāja komplektu. Sildītāja komplekta konfigurācija-kā atsevišķas titāna caurules ir sakrautas, atbalstītas un elektriski izolētas-tieši ietekmē šo izkliedēto un galvanisko strāvu daudzumu un sadalījumu. Sienas biezums ietekmē izturību pret lokalizētu uzbrukumu, kad strāvas ir koncentrētas, bet galvenā atbilde ir elektriskā izolācija. Šajā darbā ir norādīti konfigurācijas noteikumi, lai novērstu izkliedētās strāvas koroziju, modernizējot oglekļa tērauda tvertnes.

Ietekme uz mehānisko integritāti: galvaniskās un izkliedētās strāvas mehānismi
Ja titāna sildītājs ir piestiprināts tieši pie oglekļa tērauda tvertnes atloka, montāžas aparatūra elektriski savieno divus metālus. Pie titāna -katoda/oglekļa tērauda-anoda kontakta 25% H 2 SO 4 95 grādu leņķī galvaniskās strāvas blīvums var būt pat 50-200 µA/cm 2 . Šī strāva iznīcinās oglekļa tēraudu ar ātrumu no 0,5 līdz 6 mm uz tvertnes sienu, kas ir pietiekams 0,5 līdz 2 mm gadā. līdz 12 gadiem. Vēl svarīgāk ir tas, ka klaiņojošas strāvas no ārējiem avotiem (piemēram, metināšanas taisngriežiem, katodaizsardzības sistēmām vai nezemētiem barošanas avotiem) var iziet cauri titāna sildītāja komplektam ar zemu pretestību. Klīstošās strāvas koncentrējas uz titāna virsmas, jo titānam ir zemāka elektriskā pretestība (55 µΩ·cm) nekā oglekļa tēraudam (15–20 µΩ·cm ir patiešām zemāka tēraudam, bet titāna pasīvais pārklājums darbojas kā taisngriezis). Tā rezultātā vietās, kur titāns pieskaras tvertnes balstiem vai kur krustojas cauruļu saišķi, veidojas lokālas bedres vai rievas. Sienas biezums nodrošina korozijas pielaidi: 1,2 mm titāna siena var izturēt 0,2 mm izkliedētu strāvu gadā 6 gadus. 2,0 mm siena var kalpot 10 gadus. Bet arī oglekļa tērauda tvertnes siena (parasti 6–10 mm) ir pakļauta korozijai, un tvertnes nomaiņa ir ievērojami dārgāka nekā sildītāja nomaiņa.

Ietekme uz termisko veiktspēju: paketes atstatums un strāvas sadalījums
Sildītāja komplekta konfigurācija ietekmē pašreizējo sadalījumu caur elektrolītu. Titāna caurules, kas izvietotas cieši (mazāk nekā 3 caurules OD centrs-līdz-centram), nodrošina zemas pretestības kanālu izkliedētām strāvām, strāvas blīvuma koncentrēšana saišķa perimetrā . 4 līdz 5 reizēm OD) samazina strāvas sastrēgumu un lokalizētu uzbrukumu. Plašāka atstatuma termiskās sekas ir lielāks saišķa nospiedums un, iespējams, zemāka siltuma pārneses viendabība, taču tas ir pieņemami, lai izvairītos no korozijas. Svarīga ir fiziskā telpa un elektriskā izolācija, bet ne sienas biezums. Tas neietekmē pašreizējo sadalījumu.

Komplekta konfigurācija klaiņojošas strāvas mazināšanai: tirdzniecības sintēze{0}}izslēgts
Komplekta konfigurācijas funkcijas ieteikums Izkliedētās strāvas korozijas ietekmes termiskās veiktspējas ImpactCore inženierijas pamatojums
Caurules solis (no centra-līdz-centram) 4 x caurules minimālais OD 50–70% samazinājums pašreizējā drūzmē Nepieciešama lielāka tvertnes atvēršana. Elektriskā pretestība caur elektrolītu palielinās, palielinoties attālumam.
Tvertnes atloka stiprinājums PTFE vai PEEK blīves un uzmavas izolētas Novērš galvanisko kontaktu > 90% samazinājums izkliedētās strāvas ceļāNav trieciena Galvaniskā ķēde tiek pārtraukta elektriskās izolācijas dēļ.
Tvertnes caurules turētājs iekšāNevadošs (PTFE, keramika vai pārklāts) Novērš uzsvaru uz esošajiem atbalsta punktiemNav ietekmes Novērš metāla-pret-metālu saskari starp titānu un oglekļa tēraudu.
Komplekta zemējums Viena-punkta zemējums, izmantojot 10 Ω rezistoru Samazina statiskās-strāvas amplitūdu un izkliedes strāvas amplitūdu. Nav efekta. Rezistors ierobežo strāvas plūsmu, bet potenciāls nevar peldēt.
Sienas biezums (reģionos, kur var koncentrēties strāva) 1,5 mm - 2.0 mm Korozijas pielaide izolācijas neveiksmes gadījumā Neliels termiskais kaitējums (par 1–2 grādiem augstāka virsma) Biezāka siena var izturēt lokālu iedobumu veidošanos no atlikušajām izkliedētām strāvām.
Inženierzinātnes ārpus komplekta elektriskās izolācijas un uzraudzības
Vissvarīgākais modernizācijas posms ir elektriskās izolācijas nodrošināšana starp titāna sildītāja komplektu un oglekļa tērauda tvertni. PTFE blīves (3 mm biezas) pie montāžas atloka kombinācijā ar PTFE-pārklātām tapām vai izolācijas uzmavām nodrošina > 100 M? pretestība pie 500 V līdzstrāvas. Tas pārtrauc galvanisko ķēdi un novirza klaiņojošās strāvas no titāna. Zemējuma rezistors (10-50 Ω) ir savienots starp sildītāja komplektu un tvertnes zemējumu. Tas novērš statiskā lādiņa veidošanos un{11}}ierobežo bojājumu strāvu. Spriegums starp titāna saišķi un tvertnes sienu tiek periodiski pārbaudīts (ar augstas pretestības voltmetru), lai noteiktu izolācijas degradāciju. Ja līdzstrāvas spriegums ir lielāks par 0,5 V, ir iespējama aktīva galvaniskā vai izkliedētās strāvas korozija.

Secinājums: galvenā aizsardzība ir elektriskā izolācija, nevis sienas biezums
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) un iekļaujiet zemējuma shēmu. Sildītāja ražotājs komplektā iekļauj izolācijas komplektus, un uzstādītājs pārbauda izolāciju pirms sistēmas ieslēgšanas.