Kako naj se pri naknadnem opremljanju obstoječega rezervoarja iz ogljikovega jekla s potopnimi grelniki iz titana za 25-odstotno žveplovo kislino pri 95 stopinjah konfiguracija grelnega snopa izogne koroziji zaradi blodečega toka?
Pustite sporočilo
Temeljna zamenjava-nadgradnje grelnika iz titana na rezervoarje iz ogljikovega jekla
Uporaba potopnih grelnikov iz titana namesto običajnih rezervoarjev iz ogljikovega jekla povzroča težave z galvansko združljivostjo. Rezervoar se uporablja s 25 % žveplovo kislino pri 95 o C. Tako je isti prevodni elektrolit v stiku z obema materialoma. Titan je plemenit (korozijski potencial ca. +0.2 V v primerjavi z Ag/AgCl v razredčeni žveplovi kislini), medtem ko je ogljikovo jeklo aktivno (pribl. −0,4 V v primerjavi z Ag/AgCl). Stena rezervoarja je v neposrednem stiku s titanom in ogljikovim jeklom in nastane galvanski člen, ki povzroči hitrejšo korozijo ogljikovega jekla. Potepuški tok zaradi varjenja, ozemljitvenih sistemov ali bližnjih elektrokemičnih operacij se lahko osredotoči tudi na snop titanovega grelnika. Konfiguracija grelnega svežnja-kako so posamezne titanove cevi zložene, podprte in električno izolirane-neposredno vpliva na količino in porazdelitev teh blodečih in galvanskih tokov. Debelina stene vpliva na odpornost proti lokaliziranim napadom, ko so tokovi koncentrirani, vendar je glavni odgovor električna izolacija. To delo določa konfiguracijska pravila za preprečevanje korozije blodečega toka pri naknadnem opremljanju rezervoarjev iz ogljikovega jekla.
Vpliv na mehansko celovitost: galvanski in blodeči tokovni mehanizmi
Če je titanov grelec pritrjen neposredno na prirobnico rezervoarja iz ogljikovega jekla, montažna oprema električno poveže obe kovini. Pri stiku titan-katoda/ogljikovo jeklo-anoda v 25 % H 2 SO 4 pri 95 stopinjah je lahko gostota galvanskega toka visoka do 50-200 µA/cm 2 . Ta tok bo uničil ogljikovo jeklo s hitrostjo od 0,5 do 2,0 mm na leto, kar zadostuje za preluknjanje 6 mm stene rezervoarja v 3 do 12 let. Še pomembneje je, da lahko blodeči tokovi iz zunanjih virov (npr. varilni usmerniki, sistemi katodne zaščite ali neozemljeni napajalniki) potekajo skozi titanov grelni snop po poti nizkega upora. Potepuški tokovi se koncentrirajo na površini titana, ker ima titan nižjo električno upornost (55 µΩ·cm) kot ogljikovo jeklo (15–20 µΩ·cm je res nižja za jeklo, vendar titanov pasivni premaz deluje kot usmernik). Posledica tega so lokalizirane luknjičaste luknjice ali utori na mestih, kjer se titan dotika nosilcev rezervoarja ali kjer se križajo cevi snopa. Debelina stene zagotavlja dovoljenje za korozijo: 1,2 mm stena iz titana lahko prenese 0,2 mm jamičastega toka na leto 6 let. Stena debeline 2,0 mm lahko zdrži 10 let. Vendar pa je tudi stena rezervoarja iz ogljikovega jekla (običajno 6-10 mm) podvržena koroziji in zamenjava rezervoarja je bistveno dražja od zamenjave grelnika.
Vpliv na toplotno zmogljivost: razmik snopov in porazdelitev toka
Konfiguracija grelnega snopa vpliva na trenutno porazdelitev skozi elektrolit. Titanove cevi, ki so nameščene tesno (razdalja med središčem-do-središča cevi manj kot 3× OD) zagotavljajo kanal z nizkim uporom za blodeče tokove, koncentracija gostote toka na obodu snopa. 4 na 5-kratno OD) zmanjšuje zastoje toka in lokaliziran napad. Toplotna posledica večjega razmika je večji odtis snopa in morda manjša homogenost prenosa toplote, vendar je to sprejemljivo za preprečevanje korozije. Fizični prostor in električna izolacija sta pomembna, ne pa debelina stene. Ne vpliva na porazdelitev toka.
Konfiguracija svežnja za ublažitev blodečega toka: sinteza kompromisa-
Konfiguracija svežnja Funkcija Priporočilo Potepuški tok Korozija Vpliv Toplotna zmogljivost ImpactCore Inženirstvo Razmišljanje
Razmik cevi (sredina-do-sredina)4× najmanjši OD cevi50-70 % zmanjšanje tokovne gneče Potrebuje večjo odprtino rezervoarjaElektrični upor skozi elektrolit narašča z večjo razdaljo.
Montaža prirobnice rezervoarja Tesnila in tulci iz PTFE ali PEEK izolirani Odpravlja galvanski stik > 90 % zmanjšanje poti blodečega toka Brez vpliva Galvansko vezje je prekinjeno zaradi električne izolacije.
Notranji nosilec cevi rezervoarja Neprevodnik (PTFE, keramika ali prevlečen) Preprečuje poudarek na trenutnih podpornih točkah Brez učinka Preprečuje stik -{1}}kovine med titanom in ogljikovim jeklom.
Ozemljitev snopa Eno-točkovna ozemljitev prek upora 10 Ω Zmanjša statično kopičenje-in amplitudo blodečega toka Brez učinka. Upor omejuje tokovni tok, vendar potencial ne more plavati.
Debelina stene (na območjih, kjer se lahko koncentrira tok) 1,5 mm - 2.0 mm Dodatek za korozijo ob odpovedi izolacije Rahla toplotna škoda (1-2 stopinji višja površina) Debelejša stena lahko prenese lokalizirano luknjanje zaradi preostalih blodečih tokov.
Inženiring zunaj paketa Električna izolacija in nadzor
Najpomembnejša stopnja naknadne vgradnje je zagotavljanje električne izolacije med snopom grelnikov iz titana in rezervoarjem iz ogljikovega jekla. PTFE tesnila (debeline 3 mm) na montažni prirobnici v kombinaciji s PTFE-prevlečenimi čepi ali izolacijskimi rokavi dajejo > 100 M? odpornost pri 500 V DC. To prekine galvanski tokokrog in preusmeri blodeče tokove stran od titana. Ozemljitveni upor (10-50 Ω) je povezan med snop grelnika in ozemljitev rezervoarja. S tem se izognete kopičenju-statičnega naboja in omejite napakne tokove. Napetost med snopom titana in steno rezervoarja se redno preverja (z visokoimpedančnim voltmetrom) za odkrivanje poslabšanja izolacije. Če je enosmerna napetost višja od 0,5 V, obstaja možnost aktivne galvanske korozije ali korozije blodečega toka.
Zaključek: glavna obramba je električna izolacija, ne debelina stene
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) in vključujejo shemo ozemljitve. Proizvajalec grelnika mora paketu priložiti komplete za izolacijo, inštalater pa mora preveriti izolacijo pred vklopom sistema.
