Com afecta el mètode de connexió a terra elèctrica (sense connexió a terra, un-extrem a terra o un centre-aixeta a terra) d'un escalfador amb coberta de titani al risc de corrosió de corrent dispersat en un electròlit conductor (p. ex., NaCl al 5%)?

La compensació bàsica en el disseny de connexió a terra d'electròlits conductors
Els escalfadors de titani en electròlits conductors (salmorra de NaCl al 5%, aigua de mar o àcids diluïts) poden estar subjectes a corrosió de corrent dispers quan la terra elèctrica crea canals de corrent no desitjats. Si la funda es troba a un potencial elèctric diferent que el dipòsit o la solució, els corrents dispersos fluiran de la funda de l'escalfador a terra a través de l'electròlit. Depenent de l'esquema de connexió a terra, la funda de titani serà un ànode (corrosió) o un càtode (protegit). Hi ha tres configuracions típiques de posada a terra: sense connexió a terra (flotant), un-extrem connectat a terra (la funda connectada a terra a la caixa d'unió) i la presa central- posada a terra (el punt central del cable de resistència interna posat a terra). Cadascun dels mètodes dóna com a resultat una distribució de potencial diferent sobre la longitud de la funda i això influeix en la ubicació i la gravetat de la corrosió del corrent dispers. La potència de conducció electroquímica no es veu afectada pel gruix de la paret, tot i que el temps fins a la perforació després de l'inici de la corrosió es veurà afectat.

Efecte sobre la integritat mecànica: zones anòdiques, camins de corrent dispers
En un escalfador sense connexió a terra (la funda elèctricament separada de la terra), no hi ha un circuit tancat per a corrents paràstiques i la funda de titani pren el potencial de circuit obert-de l'electròlit (al voltant de -0,2 V vs. Ag/AgCl en un 5% de NaCl). No hi ha corrosió de corrent dispers, ja que no hi ha manera que el corrent flueixi. Tanmateix, la càrrega estàtica pot acumular-se i convertir-se en un perill d'espurna en atmosferes inflamables.

En un escalfador d'un-extrem posat a terra (connectat a terra a l'extrem de la caixa de connexió), l'extrem posat a terra està a 0 V i l'extrem immers flota al potencial de l'electròlit. Pot existir un gradient al llarg de la funda. A l'extrem immers, el corrent flueix de l'electròlit a la funda (regió catòdica, protegida), mentre que cap a l'extrem posat a terra flueix el corrent de la funda a l'electròlit (regió anòdica, es corroeix). La zona anòdica es troba normalment a 50-150 mm de l'extrem posat a terra. La taxa de corrosió en aquesta zona pot arribar a 0,5-2,0 mm/any depenent de la conductivitat de l'electròlit i la tensió dispersa.

En un escalfador amb connexió a terra de l'aixeta central (és a dir, la part central del cable de resistència interna està connectada a terra, però no la funda), la funda està separada de terra, però la terra del cable intern genera un acoblament capacitiu. En funcionament de CA, petits corrents (de microampers a mil·liampers) passen a través de l'aïllament de MgO fins a la funda i posteriorment a l'electròlit. Això provoca una quantitat modesta de corrent dispersat a tota la superfície de la coberta creant una corrosió generalitzada de 0,05-0,20 mm per any.

Efecte sobre el rendiment tèrmic: Sense efecte directe
La transmissió de calor i el rendiment tèrmic són independents del mètode de connexió a terra. La connexió a terra elèctrica no influeix en la distribució de la temperatura al llarg de la funda, que està dictada per la densitat de potència i les condicions del fluid.

Síntesi de-compromisos: mètode de connexió a terra versus risc de corrent dispers
Mètode de connexió a terra Ubicació de la zona anòdica Taxa de corrosió típica (mm/any) Gruix de la paret (mm) durant 5 anys de servei Nivell de risc
Flotant (sense terra) Cap 0.00 0.8 (només mecànic) Cap (però perill estàtic)
Posada a terra en un extrem (caixa d'unió) Extrem a prop posat a terra (50-150 mm) 0.5 - 2.0 mm/any 3.5 - 10.5 mm Alt: no és possible
Aïllament dielèctric + un extrem posat a terra Cap (si està ben aïllat) 0.00 0.8 mm Aïllament: cap
Funda flotant (connectada a terra al centre-aixeta) Uniforme al llarg de la funda 0,05 – 0,20 mm/any 1,1 – 1,8 mm Baix a mod
Aixeta central posada a terra + control d'humitat MgOUniforme 0,02 – 0,05 mm/any 0,9 – 1,1 mm Acceptable
La connexió a terra d'un-extrem sense aïllament dielèctric no és aplicable als electròlits conductors, a causa que la taxa de corrosió localitzada prop de l'extrem posat a terra és superior a 0,5 mm/any, la qual cosa requereix parets poc gruixudes.

Enginyeria darrere de la paret: aïllament dielèctric i pràctiques de connexió a terra
Per als escalfadors de titani utilitzats en electròlits conductors, la pràctica preferida és operar sense connexió a terra (flotant) amb detecció de fallades a terra. L'escalfador està aïllat elèctricament del dipòsit mitjançant juntes i mànigues de PTFE o PEEK. Un monitor de falla a terra proporciona un avís quan el corrent de fuga arriba a un límit segur (normalment 5-30 mA). Això elimina totalment la corrosió del corrent dispers.

If the electrical code requires grounding (for example, for personnel safety), a dielectric union or insulated flange must be provided between the grounded junction box and tank on a one-end grounded heater. This avoids anodic sheath. The dielectric isolation shall be tested to a resistance of >100 MΩ a 500 VDC. O la connexió a terra de l'aixeta central-amb una funda flotant proporciona un corrent dispersat de baix-nivell controlat que provoca menys corrosió si l'aïllament de MgO és sec i de bona qualitat.

Conclusió: el gruix de paret preferit-no posat a terra amb GFCI és irrellevant
El mètode de connexió a terra elèctrica d'un escalfador de titani en un electròlit conductor (5% NaCl) determina el risc de corrosió de corrent dispers que pot exigir parets poc gruixudes per assolir una vida útil de 5 anys. La connexió a terra d'un-extrem sense aïllament dielèctric condueix a taxes de corrosió locals de 0,5-2,0 mm per any prop de l'extrem posat a terra, la qual cosa requereix parets de 3,5-10,5-no possibles per als tubs de l'escalfador. L'especificació hauria de ser per a un escalfador sense connexió a terra (flotant) amb protecció d'interruptor de circuit de falla a terra (GFCI) i aïllament dielèctric a la brida de muntatge. Això elimina la corrosió del corrent dispers, permetent un gruix de paret normal d'1,0-1,2 mm. Si cal posar a terra, instal·leu una unió dielèctrica i una terra d'un extrem, o utilitzeu una presa de terra central amb MgO sec de bona qualitat. Proporcioneu al fabricant el mètode de connexió a terra i la conductivitat de l'electròlit necessaris per confirmar que es redueix la corrosió del corrent dispers. El gruix de la paret és una variable secundària, el principal requisit de disseny és la prevenció de corrent dispers.