Quan es modifica un dipòsit d'acer al carboni existent amb escalfadors d'immersió de titani per a un 25% d'àcid sulfúric a 95 graus, com hauria d'evitar la configuració del paquet de l'escalfador la corrosió del corrent dispers?

El canvi fonamental-de la modificació de l'escalfador de titani als tancs d'acer al carboni
L'ús d'escalfadors d'immersió de titani en lloc dels tancs convencionals d'acer al carboni crea un problema de compatibilitat galvànica. El dipòsit s'utilitza amb àcid sulfúric al 25 % a 95 o C. Així, el mateix electròlit conductor està en contacte amb ambdós materials. El titani és noble (potencial de corrosió ca. +0.2 V vs. Ag/AgCl en àcid sulfúric diluït) mentre que l'acer al carboni és actiu (aproximadament -0,4 V vs. Ag/AgCl). La paret del dipòsit està en contacte directe amb titani i acer al carboni i es forma una cel·la galvànica que provoca una corrosió més ràpida de l'acer al carboni. El corrent dispers de soldadura, sistemes de connexió a terra o operacions electroquímiques properes també es pot concentrar en el paquet de l'escalfador de titani. La configuració del paquet d'escalfadors-com s'apilen, es recolzen i s'aïllen elèctricament els tubs individuals de titani-influeix directament en la quantitat i la distribució d'aquests corrents vagabunds i galvànics. El gruix de la paret influeix en la resistència a l'atac localitzat quan els corrents es concentren, però la resposta principal és l'aïllament elèctric. Aquest treball especifica les regles de configuració per evitar la corrosió de corrent vagabund quan es reinstal·len dipòsits d'acer al carboni.

Efecte sobre la integritat mecànica: mecanismes galvànics i de corrent dispers
Si un escalfador de titani es fixa directament a una brida de tanc d'acer al carboni, el maquinari de muntatge uneix elèctricament els dos metalls. En el contacte de titani-càtode/acer al carboni-ànode al 25% H 2 SO 4 a 95 graus, la densitat de corrent galvànica pot arribar a ser de 50-200 µA/cm 2 . Aquest corrent destruirà l'acer al carboni a una velocitat de 0,5 a 2-3 mm de perforació per paret per tanc de 2-3 a 3 mm a l'any. 12 anys. Més important encara, els corrents dispersos de fonts externes (per exemple, rectificadors de soldadura, sistemes de protecció catòdica o fonts d'alimentació sense connexió a terra) poden prendre un camí de baixa resistència a través del paquet de l'escalfador de titani. Els corrents paràsits es concentren a la superfície del titani perquè el titani té una resistivitat elèctrica més baixa (55 µΩ·cm) que l'acer al carboni (15–20 µΩ·cm és realment menor per a l'acer, però el recobriment passiu del titani funciona com a rectificador). Això provoca picadures o ranures localitzades als punts on el titani toca els suports del dipòsit o on es creuen els tubs del paquet. El gruix de la paret proporciona una resistència a la corrosió: la paret de titani d'1,2 mm pot suportar 0,2 mm de picat de corrent periòdica per any durant 6 anys. Una paret de 2,0 mm pot durar 10 anys. Però la paret del dipòsit d'acer al carboni (normalment 6-10 mm) també està subjecta a corrosió, i la substitució del tanc és significativament més car que la substitució de l'escalfador.

Efecte sobre el rendiment tèrmic: espaiat entre paquets i distribució de corrent
La configuració del paquet de calefacció influeix en la distribució actual a través de l'electròlit. Els tubs de titani disposats de forma propera (menys de 3 × OD del centre-a-distància centre) proporcionen un canal de baixa resistència per als corrents dispersos, concentrant la densitat de corrent al perímetre del feix. 4 a 5 vegades el DO) redueix la congestió actual i l'atac localitzat. La conseqüència tèrmica d'un espai més ampli és una petjada més gran del paquet i possiblement una menor homogeneïtat de la transferència de calor, però això és acceptable per evitar la corrosió. L'espai físic i l'aïllament elèctric són importants, però no el gruix de la paret. No té cap efecte en la distribució actual.

Configuració del paquet per a la mitigació de corrents errades: síntesi de la compensació{0}}
Funció de configuració del paquet Recomanació Corrent errada Impacte de la corrosió Rendiment tèrmic Impacte Raonament d'enginyeria bàsica
Pas del tub (centre-a-centre) 4 × OD mínim del tub Reducció del 50-70% de l'aglomeració actual Necessita una obertura més gran del tanc La resistència elèctrica a través de l'electròlit augmenta amb l'augment de la distància.
Muntatge de brida del dipòsit. Juntes i mànigues de PTFE o PEEK aïllades. Elimina el contacte galvànic > 90% de reducció de la trajectòria de corrent dispersa. Sense impacte. El circuit galvànic es trenca per l'aïllament elèctric.
Suport del tub del dipòsit a l'interior No conductor (PTFE, ceràmica o revestit)Evita l'èmfasi en els punts de suport actualsSense efecte Evita el contacte de metall-a-entre el titani i l'acer al carboni.
Connexió a terra del paquet Connexió a terra d'un punt-a través d'una resistència de 10 Ω Redueix l'acumulació d'estàtica- i l'amplitud de corrent dispersSense efecte La resistència limita el flux de corrent però el potencial no pot flotar.
Gruix de la paret (a les regions on es pot concentrar el corrent) 1,5 mm - 2.0 mm Capacitat de corrosió en cas de fallada de l'aïllament Lleu penalització tèrmica (superfície 1-2 graus més alta) La paret més gruixuda pot suportar picades localitzades de corrents disperses residuals.
Enginyeria més enllà del paquet Aïllament elèctric i monitoratge
L'etapa més important de la modificació és proporcionar aïllament elèctric entre el paquet de l'escalfador de titani i el dipòsit d'acer al carboni. Les juntes de PTFE (3 mm de gruix) a la brida de muntatge, en combinació amb tacs recoberts de PTFE-o mànigues d'aïllament, donen > 100 M? resistència a 500 V DC. Això trenca el circuit galvànic i allunya els corrents dispersos del titani. Hi ha una resistència de terra (10-50 Ω) connectada entre el paquet de l'escalfador i la terra del tanc. Això evita l'acumulació de càrrega estàtica-i limita els corrents de falla. La tensió entre el feix de titani i la paret del dipòsit es comprova periòdicament (amb un voltímetre d'alta impedància) per detectar la degradació de l'aïllament. Si la tensió de CC és superior a 0,5 V, hi ha la possibilitat de corrosió galvànica activa o corrent vagabund.

Conclusió: la defensa principal és l'aïllament elèctric, no el gruix de la paret
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) i inclou un esquema de connexió a terra. El fabricant de l'escalfador ha d'incloure kits d'aïllament amb el paquet i l'instal·lador ha de comprovar l'aïllament abans de posar en funcionament el sistema.