هنگامی که یک مخزن فولاد کربنی موجود را با هیترهای غوطه ور تیتانیوم برای اسید سولفوریک 25 درصد در دمای 95 درجه بهسازی می کنید، پیکربندی دسته بخاری چگونه باید از خوردگی جریان سرگردان جلوگیری کند؟

مبادله اساسی-بهسازی هیتر تیتانیوم به مخازن فولاد کربنی
استفاده از بخاری های غوطه ور تیتانیوم به جای مخازن معمولی فولاد کربنی مشکل سازگاری گالوانیکی را ایجاد می کند. مخزن با اسید سولفوریک 25 درصد در دمای 95 درجه سانتیگراد استفاده می شود. بنابراین الکترولیت رسانا یکسان با هر دو ماده در تماس است. تیتانیوم نجیب است (با پتانسیل خوردگی ca{5}} V در مقابل Ag/AgCl در اسید سولفوریک رقیق) در حالی که فولاد کربنی فعال است (حدود -0.4 V در مقابل Ag/AgCl). دیواره مخزن در تماس مستقیم با تیتانیوم و فولاد کربنی است و یک سلول گالوانیکی تشکیل می شود که باعث خوردگی سریعتر فولاد کربنی می شود. جریان سرگردان حاصل از جوشکاری، سیستم های زمین یا عملیات الکتروشیمیایی مجاور نیز می تواند بر روی بسته گرمکن تیتانیوم متمرکز شود. پیکربندی دسته بخاری-نحوه چیدن، پشتیبانی و جداسازی الکتریکی لوله‌های تیتانیوم مجزا-مستقیماً بر مقدار و توزیع این جریان‌های سرگردان و گالوانیکی تأثیر می‌گذارد. ضخامت دیوار بر مقاومت در برابر حمله موضعی در هنگام متمرکز شدن جریان تأثیر می گذارد، اما پاسخ اصلی عایق الکتریکی است. این کار قوانین پیکربندی را برای جلوگیری از خوردگی جریان سرگردان هنگام مقاوم‌سازی مخازن فولاد کربنی مشخص می‌کند.

اثر بر یکپارچگی مکانیکی: مکانیسم‌های جریان گالوانیکی و سرگردان
اگر بخاری تیتانیوم مستقیماً به فلنج مخزن فولاد کربنی متصل شود، سخت افزار نصب به صورت الکتریکی به دو فلز متصل می شود. در تماس تیتانیوم-کاتد/فولاد کربن-آند در 25% H 2 SO 4 در 95 درجه، چگالی جریان گالوانیکی می‌تواند تا 50{17}}200 µA/cm 2 . باشد. 12 سال. مهمتر از آن، جریان های سرگردان از منابع خارجی (به عنوان مثال، یکسو کننده های جوش، سیستم های حفاظت کاتدی، یا منابع تغذیه زمین نشده) می توانند مسیری با مقاومت کم را از طریق بسته هیتر تیتانیوم طی کنند. جریان های سرگردان در سطح تیتانیوم متمرکز می شوند زیرا تیتانیوم مقاومت الکتریکی کمتری (55 μΩ·cm) نسبت به فولاد کربنی دارد (15-20 μΩ·cm برای فولاد واقعا کمتر است، اما پوشش غیرفعال تیتانیوم به عنوان یکسو کننده عمل می کند). این منجر به ایجاد حفره یا شیارهای موضعی در نقاطی می شود که تیتانیوم با تکیه گاه های مخزن تماس می گیرد یا لوله های بسته نرم افزاری از هم عبور می کنند. ضخامت دیواره باعث ایجاد امکان خوردگی می شود: دیوار تیتانیوم 1.2 میلی متری می تواند 0.2 میلی متر جریان سرگردان را در سال به مدت 6 سال تحمل کند. یک دیوار 2.0 میلی متری می تواند 10 سال دوام بیاورد. اما دیوار مخزن فولاد کربنی (معمولاً 6-10 میلی متر) نیز در معرض خوردگی است و تعویض مخزن به طور قابل توجهی گران تر از تعویض بخاری است.

تأثیر بر عملکرد حرارتی: فاصله بسته‌ها و توزیع جریان
پیکربندی دسته گرمکن بر توزیع فعلی از طریق الکترولیت تأثیر می گذارد. لوله‌های تیتانیومی که نزدیک به هم چیده شده‌اند (کمتر از 3× مرکز OD لوله-به-فاصله مرکز) یک کانال مقاومت کم برای جریان‌های سرگردان ایجاد می‌کنند، تمرکز چگالی جریان در محیط بسته. 4 تا 5 برابر OD) تراکم جریان و حمله موضعی را کاهش می‌دهد. پیامد حرارتی فاصله وسیع تر، ردپای بسته بزرگتر و احتمالاً همگنی انتقال حرارت کمتر است، اما این برای جلوگیری از خوردگی قابل قبول است. فضای فیزیکی و ایزوله الکتریکی مهم است، اما ضخامت دیوار مهم نیست. هیچ تاثیری بر توزیع فعلی ندارد.

پیکربندی بسته برای کاهش جریان سرگردان: سنتز تجارت-خاموش
تابع پیکربندی بسته پیشنهادی جریان سرگردان خوردگی ضربه عملکرد حرارتی ImpactCore استدلال مهندسی
گام لوله (از مرکز-به-مرکز) 4× حداقل OD لوله 50-70% کاهش در شلوغی جریان نیاز به باز کردن مخزن بزرگتر دارد مقاومت الکتریکی از طریق الکترولیت با افزایش فاصله افزایش می‌یابد.
نصب فلنج مخزن PTFE یا PEEK واشر و آستین جدا شده حذف تماس گالوانیکی > کاهش 90% در مسیر جریان سرگردان بدون ضربه مدار گالوانیکی توسط عایق الکتریکی شکسته می شود.
نگهدارنده لوله مخزن در داخل Nonconductor (PTFE، سرامیک یا روکش شده) از تاکید بر نقاط پشتیبانی فعلی جلوگیری می کند بدون اثر مانع از تماس فلز-به-فلز بین تیتانیوم و فولاد کربنی می شود.
اتصال به زمین یک-نقطه ای از طریق مقاومت 10 Ω کاهش ایجاد استاتیک- و دامنه جریان سرگردان بدون تأثیر مقاومت جریان جریان را محدود می کند اما پتانسیل نمی تواند شناور شود.
ضخامت دیوار (در مناطقی که جریان ممکن است متمرکز شود) 1.5 میلی‌متر - 2.0 میلی‌متر مجاز به خوردگی در صورت شکست عایق‌بندی جریمه حرارتی خفیف (سطح ۱ تا ۲ درجه بالاتر) دیوار ضخیم‌تر می‌تواند در برابر حفره‌های موضعی ناشی از جریان‌های سرگردان باقیمانده مقاومت کند.
مهندسی فراتر از بسته نرم افزاری جداسازی و نظارت الکتریکی
مهمترین مرحله در مقاوم سازی، ایجاد عایق الکتریکی بین بسته هیتر تیتانیوم و مخزن فولاد کربنی است. واشرهای PTFE (ضخامت 3 میلی‌متر) در فلنج نصب، در ترکیب با ناودانی‌های با روکش PTFE یا آستین‌های جداکننده، بیش از 100 M را می‌دهند؟ مقاومت در 500 ولت DC این امر مدار گالوانیکی را می شکند و جریان های سرگردان را از تیتانیوم دور می کند. یک مقاومت زمین (10{9}}50 Ω) بین دسته بخاری و زمین مخزن وصل شده است. این کار از ایجاد بار استاتیک{11}} جلوگیری می‌کند و جریان‌های خطا را محدود می‌کند. ولتاژ بین بسته تیتانیوم و دیواره مخزن به طور دوره ای (با یک ولت متر امپدانس بالا) برای تشخیص تخریب جداسازی بررسی می شود. اگر ولتاژ DC بیشتر از 0.5 ولت باشد، احتمال خوردگی گالوانیکی فعال یا جریان سرگردان وجود دارد.

نتیجه گیری: دفاع اصلی جداسازی الکتریکی است نه ضخامت دیوار
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) و شامل یک شماتیک زمین است. سازنده بخاری باید کیت های ایزولاسیون را همراه باندل قرار دهد و نصاب باید انزوا را قبل از روشن کردن سیستم بررسی کند.