Khi trang bị thêm một thùng thép carbon hiện có với bộ gia nhiệt ngâm titan cho 25% axit sunfuric ở 95 độ, cấu hình bó bộ gia nhiệt nên tránh ăn mòn dòng điện như thế nào?

Sự đánh đổi cơ bản-của việc trang bị thêm bộ sưởi titan cho bình chứa bằng thép cacbon
Việc sử dụng lò sưởi ngâm titan thay cho các bể chứa bằng thép cacbon thông thường tạo ra vấn đề về khả năng tương thích điện. Bể được sử dụng axit sulfuric 25% ở 95 o C. Do đó, cùng một chất điện phân dẫn điện tiếp xúc với cả hai vật liệu. Titan có tính cao quý (khả năng ăn mòn ca. +0.2 V so với Ag/AgCl trong axit sulfuric loãng) trong khi thép cacbon có tính hoạt động (khoảng −0,4 V so với Ag/AgCl). Thành bể tiếp xúc trực tiếp với titan và thép cacbon và một tế bào điện được hình thành khiến thép cacbon bị ăn mòn nhanh hơn. Dòng điện rò từ hệ thống hàn, nối đất hoặc các hoạt động điện hóa gần đó cũng có thể tập trung vào bó lò sưởi titan. Cấu hình bó bộ sưởi-cách xếp chồng, hỗ trợ và cách ly các ống titan riêng lẻ-ảnh hưởng trực tiếp đến lượng và sự phân bổ của dòng điện tản lạc và dòng điện này. Độ dày của thành ảnh hưởng đến khả năng chống lại sự tấn công cục bộ khi dòng điện tập trung, nhưng câu trả lời chính là cách ly điện. Công việc này quy định các quy tắc cấu hình để ngăn ngừa sự ăn mòn dòng điện rò khi trang bị thêm các thùng chứa bằng thép cacbon.

Ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cơ học: Cơ chế dòng điện và dòng điện rò
Nếu bộ gia nhiệt bằng titan được gắn trực tiếp vào mặt bích của thùng chứa bằng thép cacbon thì phần cứng lắp đặt sẽ nối điện với hai kim loại. Ở điểm tiếp xúc cực âm/thép cacbon-titan titan trong 25% H 2 SO 4 ở 95 độ, mật độ dòng điện có thể lên tới 50-200 µA/cm 2 . Dòng điện này sẽ phá hủy thép cacbon với tốc độ 0,5 đến 2,0 mm mỗi năm, đủ để đục thủng thành bể 6 mm trong 3 đến 12 năm. Quan trọng hơn, dòng điện rò rỉ từ các nguồn bên ngoài (ví dụ: bộ chỉnh lưu hàn, hệ thống bảo vệ catốt hoặc nguồn điện không nối đất) có thể truyền theo đường điện trở thấp qua bó bộ gia nhiệt bằng titan. Dòng điện đi lạc tập trung ở bề mặt titan vì titan có điện trở suất thấp hơn (55 µΩ·cm) so với thép carbon (15–20 µΩ·cm thực sự thấp hơn đối với thép, nhưng lớp phủ thụ động của titan có chức năng như một bộ chỉnh lưu). Điều này dẫn đến hiện tượng rỗ hoặc tạo rãnh cục bộ tại các điểm mà titan tiếp xúc với giá đỡ bể hoặc nơi các ống bó giao nhau. Độ dày của thành mang lại khả năng chống ăn mòn: Tường titan 1,2 mm có thể chịu được hiện tượng rỗ dòng điện rò 0,2 mm mỗi năm trong 6 năm. Một bức tường dày 2,0 mm có thể tồn tại được 10 năm. Tuy nhiên, thành bể bằng thép carbon (thường là 6-10 mm) cũng có thể bị ăn mòn và việc thay thế bể chứa đắt hơn đáng kể so với thay thế lò sưởi.

Ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt: Khoảng cách bó và phân phối hiện tại
Cấu hình bó lò sưởi ảnh hưởng đến sự phân phối hiện tại thông qua chất điện phân. Các ống titan được sắp xếp chặt chẽ (khoảng cách từ trung tâm OD dưới 3× ống đến-) cung cấp kênh điện trở thấp cho dòng điện đi lạc, tập trung mật độ dòng điện ở chu vi của bó. 4 đến 5 lần OD) làm giảm tắc nghẽn dòng điện và tấn công cục bộ. Hậu quả về nhiệt của khoảng cách rộng hơn là diện tích bó lớn hơn và có thể tính đồng nhất truyền nhiệt thấp hơn nhưng điều này có thể chấp nhận được để tránh ăn mòn. Không gian vật lý và cách ly điện rất quan trọng nhưng độ dày của tường thì không. Nó không có tác dụng trên phân phối hiện tại.

Cấu hình gói để giảm thiểu dòng điện lạc: Tổng hợp sự cân bằng-
Chức năng cấu hình gói Khuyến nghị Dòng điện đi lạc Tác động ăn mòn Hiệu suất nhiệt Impact Lý luận kỹ thuật lõi
Khoảng cách ống (giữa-đến-trung tâm)4× OD tối thiểu của ống Giảm 50-70% dòng điện đông đúcCần mở bình lớn hơnĐiện trở qua chất điện phân tăng khi khoảng cách ngày càng tăng.
Lắp mặt bích bình chứa Miếng đệm & ống bọc PTFE hoặc PEEK cách lyLoại bỏ tiếp xúc điện > Giảm 90% đường dẫn dòng điện rò Không có tác động Mạch điện bị đứt do cách điện.
Giá đỡ ống bình bên trongKhông dẫn điện (PTFE, gốm hoặc được phủ)Ngăn chặn sự nhấn mạnh vào các điểm hỗ trợ hiện tạiKhông có tác dụngNgăn chặn sự tiếp xúc giữa kim loại-với-kim loại giữa titan và thép cacbon.
Nối đất theo gói Nối đất một điểm-thông qua điện trở 10 ΩGiảm biên độ dòng điện-tích tụ và rò rỉKhông có tác dụng Điện trở hạn chế dòng điện nhưng điện thế không thể nổi.
Độ dày của tường (ở những khu vực có thể tập trung dòng điện)1,5 mm - 2.0 mm Khả năng ăn mòn khi không cách ly được Ảnh hưởng nhiệt nhẹ (bề mặt cao hơn 1-2 độ) Tường dày hơn có thể chịu được vết rỗ cục bộ do dòng điện rò dư.
Kỹ thuật vượt ra ngoài gói cách ly và giám sát điện
Giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình trang bị thêm là cung cấp cách ly điện giữa bó bộ sưởi titan và bình chứa bằng thép cacbon. Các miếng đệm PTFE (dày 3 mm) ở mặt bích lắp, kết hợp với các đinh tán được phủ -PTFE hoặc ống bọc cách ly, cho > 100 M? điện trở 500V DC. Điều này phá vỡ mạch điện và đẩy dòng điện đi lạc ra khỏi titan. Một điện trở nối đất (10-50 Ω) được nối giữa bó bộ sưởi và nối đất bể chứa. Điều này tránh việc tích tụ điện tích{11}}và hạn chế dòng điện sự cố. Điện áp giữa bó titan và thành bể được kiểm tra định kỳ (bằng vôn kế có trở kháng cao) để phát hiện sự suy giảm khả năng cách ly. Nếu điện áp DC lớn hơn 0,5 V thì có khả năng xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hoạt động hoặc dòng điện rò.

Kết luận: Cách phòng thủ chính là cách điện chứ không phải độ dày của tường
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) và bao gồm sơ đồ nối đất. Nhà sản xuất lò sưởi phải bao gồm bộ dụng cụ cách ly kèm theo và người lắp đặt phải kiểm tra cách điện trước khi cấp điện cho hệ thống.