برای تقویت بخاری دسته لوله تیتانیوم در مخزن فولاد کربنی حاوی 10٪ کلریت سدیم در 60 درجه، حداقل مقاومت عایق الکتریکی مورد نیاز برای جلوگیری از جذب هیدروژن گالوانیکی چقدر است؟

کلریت سدیم (NaClO2)، 10 درصد در 60 درجه یک محلول اکسید کننده است که در سفید کردن و تصفیه آب استفاده می شود. هنگامی که یک بخاری باندل تیتانیوم در مخزن فولاد کربنی موجود نصب می شود، با توجه به اینکه تیتانیوم نجیب تر از فولاد کربنی است، یک جفت گالوانیکی ایجاد می شود. فولاد کربنی آند است و خورده می شود و تیتانیوم کاتد است. در پتانسیل های به اندازه کافی منفی، کاهش اکسیژن و تکامل هیدروژن در کاتد روی تیتانیوم رخ می دهد. هیدروژن تولید شده می تواند توسط تیتانیوم جذب شده و باعث شکنندگی شود. بخاری تیتانیوم از مخزن فولاد کربن عایق الکتریکی است و در نتیجه مدار گالوانیکی را می شکند. حداقل مقاومت عایق الکتریکی مورد نیاز برای جلوگیری از عبور جریان گالوانیکی از آستانه جذب هیدروژن (تقریباً 0.1 mA/cm^2 در سطح تیتانیوم) 1 مگا اهم (1000000 اهم) است.

مکانیسم جذب هیدروژن گالوانیکی روی تیتانیوم در الکترولیت های کلریت

When titanium is galvanically coupled to carbon steel in sodium chlorite solution, its surface potential is shifted to more negative values by cathodic polarization. Hydrogen evolution occurs at potentials more negative than around -0.7 V versus a silver-silver chloride reference electrode by the reaction 2H2O + 2e- ->H2 + 2OH-. هیدروژن اتمی در سطح تیتانیوم ایجاد می شود و ممکن است به داخل فلز نفوذ کند. در چگالی جریان > 0.1-0.2 mA/cm2، نرخ جذب هیدروژن به اندازه ای بالاست که مواد را در طول زمان ترد کند. عایق الکتریکی مسیری با مقاومت بالا در مدار فراهم می کند تا جریان گالوانیکی را تا حد ایمن کاهش دهد. مقاومت جداسازی مورد نیاز از اختلاف پتانسیل گالوانیکی و جریان مجاز تعیین می شود.

همبستگی کمی بین جذب هیدروژن و مقاومت عایق

برای بخاری استاندارد باندل تیتانیوم (سطح 1 متر مربع) و مخزن فولاد کربنی (سطح 10 متر مربع) در 10% کلریت سدیم در دمای 60 درجه سانتیگراد، اختلاف پتانسیل گالوانیکی حدود 0.6 ولت است. جریان گالوانیکی به صورت Igalv=ΔV / Risolation محاسبه می شود. i_Ti چگالی جریان روی تیتانیوم است که برابر با I_galv تقسیم بر سطح تیتانیوم است. در غیاب جداسازی (R_Isolation=0 Ω؛ فقط مقاومت محلول ~10 Ω در نظر گرفته می‌شود)، جریان گالوانیکی ~60 mA و i_Ti 0.06 mA/cm² است، که زیر آستانه جذب هیدروژن است، اما مرزی است و با هندسه متفاوت است. با R_Isolation=10،000 اهم I_galv حدود 0.06 میلی آمپر و i_Ti 0.00006 mA/cm² یا 0.06 µA/cm² است که ایمن است. برای R_Isolation=100،000 اهم (0.1 MΩ)، I_galv تقریباً 0.006 میلی آمپر و i_Ti=0.006 µA/cm 2 است که حاشیه ایمنی زیادی را ارائه می‌کند. اگر R_Isolation=1,000,000 اهم (1 MΩ) باشد، I_galv حدود 0.6 µA و i_Ti 0.0006 µA/cm 2 است که ناچیز و مشخصات استاندارد است. با R_Isolation=10000000 اهم (10 MΩ)، جداسازی بیش از- مشخص شده است (اما خوب است).

تأثیر غلظت و دما کلریت سدیم بر مقاومت جداسازی مورد نیاز

حداقل مقاومت جداسازی مورد نیاز به غلظت کلریت سدیم و دمای عملیاتی بستگی دارد زیرا اینها بر اختلاف پتانسیل گالوانیکی تأثیر می‌گذارند. اختلاف پتانسیل گالوانیکی 0.4 V در 5% NaClO2 و 40 درجه و حداقل مقاومت جداسازی برای i_Ti است.<0.1 mA/cm2 is 0.5 MΩ. At 10% NaClO2 and 60°C the potential difference is 0.6 V and the minimum resistance is 1.0 MΩ. The potential difference is 0.7 V and the minimum resistance is 1.2 MΩ at 15% NaClO2 and 60°C. For 10% NaClO2 , potential difference is 0.8 V at 80oC . Minimum resistance 1.5 MΩ . At 20% NaClO₂, the potential difference is 0.9 V and the minimum resistance is 2.0 MΩ at 80°C.

راهنمای مشخصات و تأیید برای مقاومت جداسازی خدمات کلریت

جدول زیر راه های دستیابی به حداقل مقاومت جداسازی و روش های تأیید در هنگام نصب و بازرسی دوره ای را نشان می دهد.

روش جداسازی تأیید مقاومت مورد انتظار (MΩ) در طول نصب تأیید دوره‌ای (هر 6 ماه)
PTFE gasket (3 mm) + PTFE bolt sleeves 10–100 Megohmmeter (500V) between heater and tank >1 MΩ PTFE gasket + ceramic-coated bolts 5–50 Megohmmeter (500V) >1 MΩ
Dielectric break coupling (PTFE spool) >100 Megohmmeter (500V) >10 MOA
فقط واشر لاستیکی (توصیه نمی شود) 0.1–1 مگاهم متر ثابت (250 ولت)
تماس مستقیم (بدون جداسازی)<0.001 Continuity test (beep) Not applicable
طراحی مقاومت جداسازی و انتخاب مواد فراتر از آن

مقاومت جداسازی مورد نیاز مستقل از درجه تیتانیوم است، زیرا رفتار گالوانیکی گرید 2 و درجه 7 مشابه است. ضخامت دیواره اجازه جذب هیدروژن را می دهد. یک دیوار 2.0 میلی متری با سرعت جذب برابر نصف دیواره 1.0 میلی متری شکننده می شود. اگر جداسازی امکان پذیر نباشد، مخزن فولاد کربنی باید به صورت کاتدی محافظت شود. این ممکن است منجر به پتانسیل های منفی بیشتر و در نتیجه جذب هیدروژن بیشتر روی تیتانیوم شود. روش بهینه این است که یک مخزن تیتانیوم یا یک مخزن با روکش پلاستیکی- نصب کنید تا اتصال گالوانیکی به طور کامل حذف شود. مقاومت جداسازی باید گهگاه بررسی شود، یعنی هر 6 ماه یکبار، زیرا واشرها ممکن است خزش کنند و بست ها ممکن است شل شوند و به مرور زمان مقاومت کاهش یابد.

مشخصات آگاه

برای یک بخاری باندل تیتانیومی که در یک مخزن فولاد کربنی حاوی 10 درصد کلریت سدیم در دمای 60 درجه بهسازی شده است، نیاز به جداسازی الکتریکی با حداقل مقاومت 1 MΩ است که بین بخاری و مخزن با استفاده از یک مگاهم متر 500 ولت اندازه گیری می شود. تمام سخت افزارهای نصب باید از واشرهای PTFE با حداقل ضخامت 3 میلی متر و پیچ و مهره PTFE و واشر استفاده کنند. تاسیسات موجود: قبل از راه اندازی، مقاومت جداسازی را اندازه گیری کنید. اگر مقاومت کمتر از 1 MΩ است، کوپلینگ های دی الکتریک شکسته را اضافه کنید یا واشرها را تعویض کنید. در حین کار، اگر مقاومت کمتر از 0.5 MΩ کاهش یافت، هر 6 ماه یک بار مقاومت را دوباره اندازه‌گیری کنید، اجزای جداسازی را بررسی و تعمیر کنید. به جای ایزوله از محافظ کاتدی استفاده نکنید زیرا خطر جذب هیدروژن روی تیتانیوم را افزایش می دهد. این مهندس با حفظ مقاومت عایق الکتریکی بیش از 1 MΩ از شکنندگی هیدروژن گالوانیکی هیترهای تیتانیوم در سرویس کلریت سدیم جلوگیری می کند.