Phương pháp nối đất điện (không nối đất, một-nối đất hoặc trung tâm-nối đất) của lò sưởi có vỏ bọc bằng titan ảnh hưởng đến nguy cơ ăn mòn dòng điện đi lạc trong chất điện phân dẫn điện (ví dụ: NaCl 5%) như thế nào?

Sự đánh đổi cơ bản trong thiết kế nối đất cho chất điện phân dẫn điện
Bộ gia nhiệt bọc titan trong chất điện phân dẫn điện (nước muối NaCl 5%, nước biển hoặc axit loãng) có thể bị ăn mòn dòng điện rò khi nối đất tạo ra các kênh dòng điện không mong muốn. Nếu vỏ bọc có điện thế khác với bình chứa hoặc dung dịch, dòng điện rò sẽ chạy từ vỏ bọc bộ gia nhiệt xuống đất qua chất điện phân. Tùy thuộc vào sơ đồ nối đất, vỏ titan sẽ là cực dương (ăn mòn) hoặc cực âm (được bảo vệ). Có ba cấu hình nối đất điển hình: không nối đất (nổi), một-nối đất một đầu (vỏ bọc được liên kết với mặt đất tại hộp nối) và-nối đất ở giữa (điểm giữa của dây điện trở bên trong được nối đất). Mỗi phương pháp đều dẫn đến sự phân bố điện thế riêng biệt trên chiều dài vỏ bọc và điều này ảnh hưởng đến vị trí cũng như mức độ nghiêm trọng của sự ăn mòn dòng điện rò. Lực truyền động điện hóa không bị cản trở bởi độ dày thành, mặc dù thời gian thủng sau khi bắt đầu ăn mòn sẽ bị ảnh hưởng.

Ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cơ học: Vùng anốt, đường dẫn dòng điện rò
Trong một lò sưởi không nối đất (vỏ bọc cách ly với mặt đất), không có mạch kín dành cho dòng điện tản mát và vỏ bọc titan nhận điện thế-mạch hở của chất điện phân (khoảng −0,2 V so với Ag/AgCl trong 5% NaCl). Không có hiện tượng ăn mòn dòng điện đi lạc vì không có cách nào cho dòng điện chạy qua. Tuy nhiên, tĩnh điện có thể tích tụ và trở thành tia lửa nguy hiểm trong môi trường dễ cháy.

Trong lò sưởi nối đất một-một đầu (nối đất ở đầu hộp nối), đầu nối đất ở mức 0 V và đầu nhúng chìm nổi ở điện thế điện phân. Độ dốc có thể tồn tại dọc theo chiều dài của vỏ bọc. Ở đầu ngâm, dòng điện chạy từ chất điện phân đến vỏ bọc (vùng catốt, được bảo vệ) trong khi về phía đầu nối đất, dòng điện chạy từ vỏ bọc đến chất điện phân (vùng anốt, ăn mòn). Vùng anốt thường nằm cách đầu nối đất 50-150 mm. Tốc độ ăn mòn ở vùng này có thể đạt 0,5-2,0 mm/năm tùy thuộc vào độ dẫn điện và điện áp rò.

Trong một lò sưởi nối đất ở giữa (tức là phần giữa của dây điện trở bên trong được nối đất, nhưng không phải vỏ bọc), vỏ bọc được tách ra khỏi mặt đất nhưng mặt đất của dây bên trong tạo ra một khớp nối điện dung. Trong hoạt động của dòng điện xoay chiều, dòng điện nhỏ (microamp đến milliamp) đi qua lớp cách điện MgO đến vỏ bọc và sau đó đến chất điện phân. Điều này gây ra một lượng nhỏ dòng điện rò rỉ trên toàn bộ bề mặt vỏ bọc, tạo ra sự ăn mòn tổng quát khoảng 0,05-0,20 mm mỗi năm.

Ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt: Không ảnh hưởng trực tiếp
Việc truyền nhiệt và hiệu suất nhiệt không phụ thuộc vào phương pháp nối đất. Việc nối đất không ảnh hưởng đến sự phân bổ nhiệt độ dọc theo vỏ bọc, điều này được quyết định bởi mật độ năng lượng và điều kiện chất lỏng.

Sự tổng hợp-đánh đổi: Phương pháp nối đất và rủi ro dòng điện rò
Phương pháp nối đất Vùng anốt Vị trí Tỷ lệ ăn mòn điển hình (mm/năm)Độ dày thành (mm) trong 5 năm sử dụng Mức độ rủi ro
Nổi (không nối đất)Không có 0.00 0.8 (chỉ cơ khí) Không có (trừ nguy hiểm tĩnh điện)
Nối đất ở một đầu (hộp nối)Đầu gần nối đất (50-150 mm) 0.5 - 2.0 mm/năm 3.5 - 10.5 mm Cao - không thể
Cách ly điện môi + một đầu nối đấtKhông (nếu cách ly đúng cách) 0.00 0.8 mm Cách ly: Không
Vỏ nổi (nối đất ở tâm-vòi)Đồng đều dọc theo vỏ bọc 0,05 – 0,20 mm/năm 1,1 – 1,8 mmThấp đến điều chỉnh
Vòi trung tâm nối đất + Kiểm soát độ ẩm MgOĐồng đều 0,02 – 0,05 mm/năm 0,9 – 1,1 mm Chấp nhận được
Việc nối đất một-một đầu mà không cách ly điện môi không áp dụng được cho chất điện phân dẫn điện, do tốc độ ăn mòn cục bộ gần đầu nối đất cao hơn 0,5 mm/năm, điều này đòi hỏi các bức tường dày không thực tế.

Kỹ thuật đằng sau bức tường: Thực hành cách ly điện môi và nối đất
Đối với bộ gia nhiệt có vỏ bằng titan được sử dụng trong chất điện phân dẫn điện, phương pháp ưu tiên là vận hành không nối đất (nổi) với khả năng phát hiện lỗi nối đất. Bộ gia nhiệt được cách điện với bình chứa bằng các miếng đệm và ống bọc PTFE hoặc PEEK. Bộ giám sát lỗi nối đất đưa ra cảnh báo khi dòng rò đạt đến giới hạn an toàn (thường là 5-30 mA). Điều này loại bỏ hoàn toàn sự ăn mòn dòng điện đi lạc.

If the electrical code requires grounding (for example, for personnel safety), a dielectric union or insulated flange must be provided between the grounded junction box and tank on a one-end grounded heater. This avoids anodic sheath. The dielectric isolation shall be tested to a resistance of >100 MΩ ở 500 VDC. Hoặc nối đất-trung tâm với một vỏ bọc nổi sẽ tạo ra dòng điện tản bộ-ở mức thấp được kiểm soát, ít gây ra sự ăn mòn hơn nếu lớp cách điện MgO khô và có chất lượng tốt.

Kết luận: không nối đất với độ dày thành-ưu tiên GFCI là không liên quan
Phương pháp nối đất của lò sưởi bọc titan trong chất điện phân dẫn điện (NaCl 5%) xác định nguy cơ ăn mòn dòng điện rò có thể cần những bức tường dày không thực tế để đạt được tuổi thọ 5 năm. Một-nối đất một đầu mà không cách ly điện môi sẽ dẫn đến tốc độ ăn mòn cục bộ là 0,5-2,0 mm mỗi năm ở gần đầu nối đất, yêu cầu các bức tường 3,5-10,5 mm-không thể áp dụng cho các ống sưởi. Thông số kỹ thuật phải dành cho bộ gia nhiệt không nối đất (nổi) có bảo vệ ngắt mạch nối đất (GFCI) và cách ly điện môi ở mặt bích lắp. Điều này loại bỏ sự ăn mòn của dòng điện rò, cho phép độ dày thành bình thường là 1,0-1,2 mm. Nếu cần nối đất, hãy lắp đặt bộ kết nối điện môi và nối đất một đầu hoặc sử dụng nối đất ở giữa với MgO khô chất lượng tốt. Cung cấp cho nhà sản xuất phương pháp nối đất và độ dẫn điện cần thiết để xác nhận rằng sự ăn mòn của dòng điện rò đã giảm. Độ dày của tường là biến số thứ cấp. Yêu cầu thiết kế chính là ngăn chặn dòng điện rò.