Приликом накнадног опремања постојећег резервоара од угљеничног челика са титанијумским потопним грејачима за 25% сумпорне киселине на 95 степени, како би конфигурација пакета грејача требало да избегне корозију лутајуће струје?

Фундаментална размена{0}}уградње титанијумског грејача у резервоаре од угљеничног челика
Употреба титанијумских урањајућих грејача уместо конвенционалних резервоара од угљеничног челика ствара проблем галванске компатибилности. Резервоар се користи са 25% сумпорне киселине на 95 о Ц. Тако је исти проводљиви електролит у контакту са оба материјала. Титанијум је племенит (потенцијал корозије ца. +0.2 В у односу на Аг/АгЦл у разблаженој сумпорној киселини) док је угљенични челик активан (око -0,4 В наспрам Аг/АгЦл). Зид резервоара је у директном контакту са титанијумом и угљеничним челиком и формира се галванска ћелија која узрокује бржу корозију угљеничног челика. Лутана струја из система заваривања, уземљења или оближњих електрохемијских операција такође може да се концентрише на титанијумски грејач. Конфигурација снопа грејача-како су појединачне титанијумске цеви сложене, ослоњене и електрично изоловане-директно утиче на количину и дистрибуцију ових лутајућих и галванских струја. Дебљина зида утиче на отпорност на локализовани напад када су струје концентрисане, али главни одговор је електрична изолација. Овај рад специфицира правила конфигурације за спречавање корозије лутајућих струја приликом накнадног уградње резервоара од угљеничног челика.

Утицај на механички интегритет: Механизми галванске и лутајуће струје
Ако је титанијумски грејач причвршћен директно на прирубницу резервоара од угљеничног челика, монтажни хардвер електрично спаја два метала. На контакту титанијум-катода/угљенични челик-анода у 25% Х 2 СО 4 на 95 степени, густина галванске струје може да буде чак 50-200 µА/цм 2 . Ова струја ће уништити угљенични челик брзином од 0,0 мм по години за зид резервоара. 3 до 12 година. Што је још важније, лутајуће струје из спољних извора (нпр. исправљачи за заваривање, системи катодне заштите или неуземљени извори напајања) могу да прођу пут ниског отпора кроз сноп грејача од титанијума. Лутајуће струје се концентришу на површини титанијума јер титанијум има нижу електричну отпорност (55 µΩ·цм) од угљеничног челика (15–20 µΩ·цм је заиста ниже за челик, али пасивни премаз титанијума функционише као исправљач). Ово резултира локализованим удубљењем или жлебовима на местима где титанијум додирује носаче резервоара или где се укрштају цеви снопа. Дебљина зида обезбеђује заштиту од корозије: 1,2 мм Титанијумски зид може да издржи 0,2 мм лутајуће струјне удубљења годишње током 6 година. Зид од 2,0 мм може трајати 10 година. Али зид резервоара од угљеничног челика (обично 6-10 мм) је такође подложан корозији, а замена резервоара је знатно скупља од замене грејача.

Утицај на термичке перформансе: размак у пакету и дистрибуција струје
Конфигурација снопа грејача утиче на садашњу дистрибуцију кроз електролит. Титанијумске цеви распоређене уско (мање од 3× ОД цеви од центра-до-центра) обезбеђују канал ниске отпорности за лутајуће струје, концентришући густину струје на периметру снопа. 4 до 5 пута више од ОД) смањује загушење струје и локализовани напад. Топлотна последица већег размака је већи отисак снопа и евентуално нижа хомогеност преноса топлоте, али је то прихватљиво за избегавање корозије. Важни су физички простор и електрична изолација, али не и дебљина зида. Нема утицаја на дистрибуцију струје.

Конфигурација скупа за ублажавање залуталих струја: синтеза{0}}замена
Функција конфигурације пакета Препорука Залутала струја Утицај корозије Топлотне перформансе ИмпацтЦоре Инжењерско Реасонинг
Нагиб цеви (центар-до-центар)4× минимални ОД цеви50-70% смањење струјне гужве Потребан је већи отвор резервоара Електрични отпор кроз електролит расте са повећањем удаљености.
Монтажа прирубнице резервоара изоловани ПТФЕ или ПЕЕК заптивке и чауре Елиминише галвански контакт > 90% смањење путање лутајуће струје Без утицаја Галвански круг се прекида електричном изолацијом.
Унутар држача цеви резервоара Непроводни (ПТФЕ, керамика или обложени) Спречава нагласак на постојећим тачкама подршке. Без ефекта Спречава контакт-на-метал између титанијума и угљеничног челика.
Уземљење у пакету Уземљење у једној-тачки преко отпорника од 10 Ω Смањује накупљање статичког електрицитета-и амплитуду лутајуће струје Без ефекта Отпорник ограничава струјни ток, али потенцијал не може да плута.
Дебљина зида (у регионима у којима се струја може концентрисати) 1,5 мм - 2.0 мм Дозвољена корозија након квара изолације Мала топлотна казна (1-2 степена виша површина) Дебљи зид може да издржи локализовано удубљење од заосталих лутајућих струја.
Инжењеринг изван пакета електричне изолације и надзора
Најважнија фаза у реконструкцији је обезбеђивање електричне изолације између титанијумског грејача и резервоара од угљеничног челика. ПТФЕ заптивке (3 мм дебљине) на прирубници за монтажу, у комбинацији са ПТФЕ- завртњима или изолационим навлакама, дају > 100 М? отпор на 500 В ДЦ. Ово прекида галвански круг и уклања залутале струје од титанијума. Отпорник за уземљење (10-50 Ω) је повезан између снопа грејача и уземљења резервоара. Ово избегава накупљање статичког набоја-и ограничава струје квара. Напон између снопа титанијума и зида резервоара се периодично проверава (са волтметром високе импедансе) ради детекције деградације изолације. Ако је једносмерни напон већи од 0,5 В, постоји могућност корозије активне галванске или лутајуће струје.

Закључак: Главна одбрана је електрична изолација, а не дебљина зида
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 МΩ) и укључују шему уземљења. Произвођач грејача ће укључити изолационе комплете са снопом, а инсталатер ће проверити изолацију пре укључивања система.