Ako by sa mala konfigurácia zväzku ohrievača vyhnúť korózii rozptýleným prúdom pri dodatočnej montáži existujúcej nádrže z uhlíkovej ocele titánovými ponornými ohrievačmi pre 25 % kyselinu sírovú pri 95 stupňoch?

Základná výmena-prestavby titánového ohrievača na nádrže z uhlíkovej ocele
Použitie titánových ponorných ohrievačov namiesto konvenčných nádrží z uhlíkovej ocele vytvára problém s galvanickou kompatibilitou. Nádrž sa používa s 25 % kyselinou sírovou pri 95 o C. Tak je ten istý vodivý elektrolyt v kontakte s oboma materiálmi. Titán je ušľachtilý (korózny potenciál cca{5}} V oproti Ag/AgCl v zriedenej kyseline sírovej), kým uhlíková oceľ je aktívna (cca −0,4 V oproti Ag/AgCl). Stena nádrže je v priamom kontakte s titánom a uhlíkovou oceľou a vzniká galvanický článok, ktorý spôsobuje rýchlejšiu koróziu uhlíkovej ocele. Bludný prúd zo zvárania, uzemňovacích systémov alebo blízkych elektrochemických prevádzok sa môže sústrediť aj na zväzok titánového ohrievača. Konfigurácia zväzku ohrievačov,{13}}ako sú jednotlivé titánové trubice naskladané, podopreté a elektricky izolované{14}}priamo ovplyvňuje množstvo a distribúciu týchto bludných a galvanických prúdov. Hrúbka steny ovplyvňuje odolnosť voči lokalizovanému útoku, keď sú prúdy koncentrované, ale hlavnou odpoveďou je elektrická izolácia. Táto práca špecifikuje pravidlá konfigurácie, aby sa zabránilo korózii bludným prúdom pri dodatočnej montáži nádrží z uhlíkovej ocele.

Vplyv na mechanickú integritu: Galvanické a bludné prúdové mechanizmy
Ak je titánový ohrievač pripevnený priamo k prírube nádrže z uhlíkovej ocele, montážny materiál elektricky spojí dva kovy. Pri kontakte anódy z titánovej -katódy/uhlíkovej ocele- v 25 % H 2 SO 4 pri 95 stupňoch môže byť hustota galvanického prúdu až 50-200 µA/cm 2 . Tento prúd zničí uhlíkovú oceľ rýchlosťou 0,5 až 2,0 mm za rok 2, čo je dostatočné na perforáciu steny nádrže za 6 rokov. Ešte dôležitejšie je, že bludné prúdy z externých zdrojov (napr. zváracie usmerňovače, systémy katódovej ochrany alebo neuzemnené napájacie zdroje) môžu prejsť cez zväzok titánového ohrievača cestou s nízkym odporom. Bludné prúdy sa sústreďujú na titánovom povrchu, pretože titán má nižší elektrický odpor (55 µΩ·cm) ako uhlíková oceľ (15–20 μΩ·cm je pre oceľ skutočne nižšia, ale pasívny povlak titánu funguje ako usmerňovač). To má za následok lokalizované prehĺbenie alebo ryhovanie na miestach, kde sa titán dotýka podpier nádrže alebo kde sa krížia rúrky zväzkov. Hrúbka steny poskytuje toleranciu na koróziu: 1,2 mm Titánová stena vydrží 0,2 mm bludný prúd za rok po dobu 6 rokov. Stena s hrúbkou 2,0 mm môže vydržať 10 rokov. Stena nádrže z uhlíkovej ocele (bežne 6-10 mm) je však tiež vystavená korózii a výmena nádrže je podstatne drahšia ako výmena ohrievača.

Vplyv na tepelný výkon: Rozstup zväzkov a distribúcia prúdu
Konfigurácia vykurovacieho zväzku ovplyvňuje súčasnú distribúciu cez elektrolyt. Titánové trubice usporiadané tesne (menej ako 3× priemer trubice od stredu-do{3}}vzdialenosti od stredu) poskytujú kanál s nízkym odporom pre bludné prúdy, pričom hustota prúdu sa sústreďuje na obvode zväzku. 4 na 5-násobok OD) znižuje prúdové preťaženie a lokalizovaný útok. Tepelný dôsledok širších rozostupov je väčšia stopa zväzku a možno nižšia homogenita prenosu tepla, ale je to prijateľné na zabránenie korózii. Fyzický priestor a elektrická izolácia sú dôležité, ale nie hrúbka steny. Nemá to žiadny vplyv na distribúciu prúdu.

Konfigurácia balíka pre zmiernenie bludného prúdu: Syntéza obchodu-vypnuté
Konfigurácia zväzku Funkcia Odporúčanie Bludný prúd Korózia Vplyv Tepelný výkon Vplyv Jadra Technické zdôvodnenie
Rozstup trubice (od stredu-do{1}}stredu) 4× minimálny vonkajší priemer trubice 50 – 70 % zníženie prúdového preťaženia Vyžaduje väčší otvor nádrže Elektrický odpor prechádzajúci elektrolytom sa zvyšuje so zvyšujúcou sa vzdialenosťou.
Montáž príruby nádrže Izolované tesnenia a manžety z PTFE alebo PEEK Eliminuje galvanický kontakt > 90 % zníženie dráhy bludného prúdu Žiadny vplyv Galvanický obvod je prerušený elektrickou izoláciou.
Držiak rúrky nádrže vo vnútri Nevodič (PTFE, keramický alebo potiahnutý) Zabraňuje zdôrazňovaniu súčasných podporných bodov Bez účinku Zabraňuje kontaktu kovu -na- medzi titánom a uhlíkovou oceľou.
Zväzkové uzemnenie Jednobodové uzemnenie cez odpor 10 Ω Znižuje tvorbu statickej elektriny- a amplitúdu bludného prúdu Žiadny vplyv Rezistor obmedzuje tok prúdu, ale potenciál nemôže plávať.
Hrúbka steny (v oblastiach, kde sa môže koncentrovať prúd) 1,5 mm - 2.0 mm Prídavok na koróziu pri zlyhaní izolácie Mierna tepelná penalizácia (o 1 – 2 stupne vyšší povrch) Hrubšia stena dokáže odolať lokalizovaným jamkám zo zvyškových bludných prúdov.
Engineering Beyond the Bundle Elektrická izolácia a monitorovanie
Najdôležitejšou fázou modernizácie je zabezpečenie elektrickej izolácie medzi zväzkom titánového ohrievača a nádržou z uhlíkovej ocele. PTFE tesnenia (hrúbka 3 mm) na montážnej prírube v kombinácii s PTFE-potiahnutými čapmi alebo izolačnými objímkami poskytujú > 100 M? odpor pri 500 V DC. Tým sa preruší galvanický obvod a bludné prúdy sa odvedú od titánu. Uzemňovací odpor (10-50 Ω) je pripojený medzi zväzok ohrievača a uzemnenie nádrže. Tým sa zabráni hromadeniu statického náboja{11}}a obmedzí sa chybové prúdy. Napätie medzi titánovým zväzkom a stenou nádrže sa periodicky kontroluje (vysokoimpedančným voltmetrom), aby sa zistila degradácia izolácie. Ak je jednosmerné napätie vyššie ako 0,5 V, existuje možnosť aktívnej galvanickej korózie alebo korózie bludným prúdom.

Záver: Hlavnou obranou je elektrická izolácia, nie hrúbka steny
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) a zahŕňajú schému uzemnenia. Výrobca ohrievača pripojí k zväzku izolačné súpravy a inštalatér skontroluje izoláciu pred uvedením systému do elektrickej siete.