Việc sử dụng cực dương kẽm hy sinh trong bể có tăng tốc hay làm chậm quá trình ăn mòn lõi kim loại của lò sưởi PFA không?

Ăn mòn điện hóa thành bể kim loại và các bộ phận bằng cực dương kẽm hy sinh. Tuy nhiên, lõi kim loại được bọc và không tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng trong bể (trong trường hợp bộ gia nhiệt PFA) cho đến khi vỏ bọc PFA bị tổn hại. Nếu PFA còn nguyên vẹn thì cực dương kẽm sẽ không ảnh hưởng đến lõi vì không có kênh dẫn điện. Nếu PFA bị tổn hại (nứt, phồng rộp, lỗ kim) thì lõi kim loại lộ ra nằm trong mạch điện. Trong hầu hết các bể chứa, kẽm có tính anốt cao hơn (điện thế âm cao hơn) so với vật liệu lõi (Incology, titan, thép không gỉ). Điều này sẽ làm cho cực dương kẽm bị ăn mòn tốt hơn, bảo vệ được lõi. Điều này làm chậm quá trình ăn mòn lõi và kéo dài tuổi thọ của lò sưởi sau khi bị vi phạm. Nhưng nếu bể chứa đầy axit oxy hóa (nitric, cromic) hoặc cực dương kẽm bị cạn kiệt nhanh chóng thì các ion kẽm hòa tan có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy PFA? Không có bằng chứng trực tiếp Cực dương kẽm được sử dụng làm cực dương hy sinh cho dịch vụ có tính axit trung tính đến vừa phải. Kẽm hòa tan nhanh chóng trong các axit oxy hóa mạnh mà không hình thành lớp bảo vệ nên không có tác dụng. Trong mọi trường hợp, cực dương kẽm không làm tăng tốc độ ăn mòn lõi - nó chỉ hoạt động sau khi bị thủng.

Dòng Galvanic và cơ chế bảo vệ
Thế điện cực tiêu chuẩn (so với điện cực hydro tiêu chuẩn):

Zn: -0,76V

Incoloy 825: Bị động ≈-0,20 đến -0,10 V

Titan: -0,05 đến +0.05 V (thụ động)

Thép không gỉ 316: thụ động -0,10 đến -0,05 V

Kẽm có tính anốt cao hơn tất cả các kim loại lõi của lò sưởi. Nếu hai kim loại được liên kết điện trong chất điện phân (chất lỏng trong bể), thì cực dương (kẽm) càng ăn mòn và bảo vệ cực âm (lõi) nhiều hơn. Lõi không tiếp xúc với chất lỏng-không có mạch điện khi vỏ PFA còn nguyên vẹn. Nếu có sự vi phạm, lõi sẽ tiếp xúc với chất lỏng. Cực dương kẽm nếu có thì nối thành mạch điện với đất của lò sưởi, còn đất nối với bình chứa thì kẽm sẽ ăn mòn chứ không ăn mòn lõi. Lõi chỉ tiếp xúc với điện thế giới hạn từ kẽm (0,2-0,5 V), không đủ để tạo ra vết rỗ.

Hiệu ứng cực dương kẽm đối với tuổi thọ của lò sưởi vi phạm
Tình trạng Anode kẽm vỏ bọc PFA hiện nay? Tỷ lệ ăn mòn lõi sau khi vi phạm (mm/năm)Thời gian từ vi phạm đến thất bại Toàn bộ lợi ích Có hoặc Không 0 Không vi phạm Vô thời hạn Không có
Vỡ (lỗ kim nhỏ)Hư hỏng Số 1–3 (nhanh) Ngày đến tuần N/A
Vi phạm Hư hỏng Có<0.1 (zinc protects) Months to years Significant Breached in oxidising acid (HNO3, CrO3) Damaged Yes Zinc degrades quickly, little protection Weeks little Very little
Vi phạm trong dung dịch clorua (nước biển)Hư hỏng Không 2-5 (rỗ) Ngày N/A
Vi phạm cloruaHư hỏng Có<0.05 >1 năm Xuất sắc
Khi nào cực dương kẽm hữu ích
Kẽm khá hiệu quả trong nước trung tính đến hơi axit (pH 4-9, có clorua). Nó bảo vệ vi phạm bài viết cốt lõi.

Pha loãng axit sunfuric hoặc axit clohydric (<10%, pH 1-3): Zinc will dissolve, but still offers some protection. Change the zinc more often.

Seawater or brine: Good protection Use high purity zinc (no cadmium, no lead).

Nối đất: Phải duy trì tính liên tục về điện từ lõi lò sưởi đến mặt đất của bể và cực dương kẽm phải được nối đất với cùng một mặt đất.

Khi nào nên tránh sử dụng cực dương kẽm
Strong oxidising acids (nitric, chromic, concentrated sulphuric >50%) Kẽm hòa tan nhanh, không tạo thành lớp phủ bảo vệ. Trong vài ngày hoặc vài tuần, cực dương sẽ bị ăn mòn. Không có sự bảo vệ.

High temperature (>80 độ): Kẽm ăn mòn quá nhanh. Thay vào đó, hãy sử dụng cực dương bằng nhôm hoặc magiê (có độ anốt cao hơn nhưng tuổi thọ ngắn hơn).

Alkaline solutions (pH >10): Kẽm tạo ra kẽmat và hòa tan vào dung dịch. Không có nhôm hoặc cực dương.

Ultrapure water (resistivity >1 MΩ·cm): Nước không-dẫn điện=không có sự ăn mòn điện đáng kể. Không cần cực dương.

Thực hành triển khai
Nếu bạn chọn cực dương kẽm để bảo vệ bộ sưởi PFA của mình:

Kiểm tra tính liên tục về điện: Kiểm tra điện trở từ dây nối đất của bộ sưởi đến mặt đất của bể. nên<1 ohm.

Lắp cực dương kẽm (kích thước trung bình 1 - 5 kg) vào bể, nối điện với cùng một mặt đất

Theo dõi mức tiêu thụ kẽm hàng tháng. Đối với 2 kg cực dương và axit loãng 60 độ, mức tiêu thụ có thể là 50–200 g/tháng Thay thế nếu<500 g remains.

Kiểm tra điện trở cách nhiệt của lò sưởi hàng tháng. Nếu nó giảm xuống dưới 100 MΩ thì có sự vi phạm. Kẽm sẽ bảo vệ lõi nhưng lò sưởi nên được thay thế vào lần cúp điện tiếp theo.

Trường mẫu
An electroplating line employed PFA heaters in 10% H2SO4 at 70°C. Zinc anodes, 3 kg each, were placed in the tanks. Several heaters developed cracks (due to thermal cycling) over 5 years. In tanks with zinc anodes the broken heaters continued to work for 3–6 months until replacement (insulation resistance remained >10MΩ). Máy sưởi bị nứt ở các bình chứa ít anode-không hoạt động trong 1-2 tuần (lỗi chạm đất) Các anode tiết kiệm được 2.000 mỗi năm trong thời gian ngừng hoạt động không cần thiết. Các anode kẽm có giá 2.000 USD/năm trong thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Các anode kẽm có giá 50 USD mỗi chiếc và được thay 3 tháng một lần.

Kết luận: Cực dương kẽm bảo vệ vi phạm PFA cốt lõi
The metal core of a PFA heater is unaffected by a sacrificial zinc anode as long as the sheath is intact. When the PFA is breached, the zinc anode (more anodic) corrodes sacrificially, protecting the core and increasing post-breach heater life from days to months. This is suitable for neutral to slightly acidic aqueous service (pH 4-9). With strong oxidising chemicals or at elevated temperatures (>80 độ) kẽm sẽ bị ăn mòn quá nhanh nên không thể bảo vệ được. Sử dụng cực dương nhôm cho dịch vụ kiềm. Cực dương kẽm là hợp đồng bảo hiểm giá rẻ ($50-100/thùng) có thể ngăn ngừa sự cố chạm đất tốn kém nếu vỏ bọc PFA bị vỡ. Chúng không tăng cường sự ăn mòn của lõi. Họ chỉ giúp đỡ sau khi thất bại. Cài đặt và theo dõi. Ngủ ngon hơn một chút. Máy sưởi của bạn vẫn sẽ bị hỏng nhưng nó sẽ hỏng chậm hơn. Và chậm hơn là tốt hơn.