عند إعادة تأهيل خزان موجود من الفولاذ الكربوني باستخدام سخانات غاطسة من التيتانيوم لحمض الكبريتيك بنسبة 25% عند درجة حرارة 95 درجة، كيف يجب أن يتجنب تكوين حزمة السخان تآكل التيار الشارد؟

المقايضة الأساسية-بالتعديل التحديثي لسخان التيتانيوم في خزانات الصلب الكربوني
يؤدي استخدام سخانات غاطسة من التيتانيوم بدلاً من خزانات الفولاذ الكربوني التقليدية إلى خلق مشكلة توافق كلفاني. يتم استخدام الخزان مع 25% من حمض الكبريتيك عند 95 درجة مئوية. وبالتالي فإن نفس الإلكتروليت الموصل يكون على اتصال مع كلا المادتين. التيتانيوم نبيل (احتمال التآكل ca. +0.2 V مقابل Ag/AgCl في حمض الكبريتيك المخفف) بينما يكون الفولاذ الكربوني نشطًا (حوالي −0.4 V مقابل Ag/AgCl). يكون جدار الخزان على اتصال مباشر مع التيتانيوم والفولاذ الكربوني ويتم تشكيل خلية كلفانية تؤدي إلى تآكل أسرع للفولاذ الكربوني. يمكن أيضًا أن يركز التيار الضال الناتج عن اللحام أو أنظمة التأريض أو العمليات الكهروكيميائية القريبة على حزمة سخان التيتانيوم. يؤثر تكوين حزمة السخان-كيفية تكديس أنابيب التيتانيوم الفردية ودعمها وعزلها كهربائيًا-بشكل مباشر على كمية وتوزيع هذه التيارات الشاردة والكلفانية. يؤثر سمك الجدار على مقاومة الهجوم الموضعي عندما تتركز التيارات، ولكن الإجابة الرئيسية هي العزل الكهربائي. يحدد هذا العمل قواعد التكوين لمنع تآكل التيار الشارد عند إعادة تجهيز خزانات الفولاذ الكربوني.

التأثير على السلامة الميكانيكية: آليات التيار الكلفاني والشارد
إذا تم تثبيت سخان التيتانيوم مباشرة على شفة خزان من الصلب الكربوني، فإن جهاز التثبيت يربط المعدنين كهربائيًا. عند تلامس أنود التيتانيوم-الكاثود/الفولاذ الكربوني-في 25% H2SO4 عند 95 درجة، يمكن أن تصل كثافة التيار الجلفاني إلى 50-200 ميكرو أمبير/سم 2 . هذا التيار سوف يدمر الفولاذ الكربوني بمعدل 0.5 إلى 2.0 ملم سنويًا، وهو ما يكفي لتثقيب جدار خزان بقطر 6 ملم في 3 إلى 12 سنوات. والأهم من ذلك، أن التيارات الشاردة من مصادر خارجية (على سبيل المثال، مقومات اللحام، أو أنظمة الحماية الكاثودية، أو مصادر الطاقة غير المؤرضة) يمكن أن تتخذ مسارًا منخفض المقاومة عبر حزمة سخان التيتانيوم. تتركز التيارات الشاردة على سطح التيتانيوم لأن التيتانيوم يتمتع بمقاومة كهربائية أقل (55 ميكرومتر) من الفولاذ الكربوني (15-20 ميكرومتر أقل بالفعل بالنسبة للفولاذ، لكن الطلاء السلبي للتيتانيوم يعمل كمقوم). وينتج عن ذلك حفر أو حز موضعي في الأماكن التي يلامس فيها التيتانيوم دعامات الخزان أو حيث تتقاطع أنابيب الحزمة. يوفر سمك الجدار بدلًا من التآكل: يمكن لجدار التيتانيوم بسمك 1.2 مم أن يتحمل 0.2 مم من تأليب التيار الشارد سنويًا لمدة 6 سنوات. جدار 2.0 ملم يمكن أن يستمر لمدة 10 سنوات. لكن جدار الخزان من الصلب الكربوني (عادة 6-10 ملم) يتعرض أيضًا للتآكل، كما أن استبدال الخزان أغلى بكثير من استبدال السخان.

التأثير على الأداء الحراري: تباعد الحزمة وتوزيع التيار
يؤثر تكوين حزمة السخان على التوزيع الحالي من خلال المنحل بالكهرباء. أنابيب التيتانيوم مرتبة بشكل وثيق (أقل من 3 × مركز OD للأنبوب - إلى - المسافة المركزية) توفر قناة مقاومة منخفضة للتيارات الشاردة، وتركيز كثافة التيار في محيط الحزمة . 4 إلى 5 أضعاف OD) يقلل من الازدحام الحالي والهجوم الموضعي. إن النتيجة الحرارية للتباعد الأوسع هي بصمة حزمة أكبر وربما تجانس أقل في نقل الحرارة، لكن هذا مقبول لتجنب التآكل. تعد المساحة المادية والعزل الكهربائي أمرًا مهمًا، ولكن ليس سمك الجدار. ليس له أي تأثير على التوزيع الحالي.

تكوين الحزمة لتخفيف التيارات الضالة: ملخص الصفقة-.
وظيفة تكوين الحزمة، التوصية، تأثير التآكل الحالي الضال، تأثير الأداء الحراري، المنطق الهندسي الأساسي
ميل الأنبوب (من المركز-إلى-المركز)4× الحد الأدنى من القطر الخارجي للأنبوب50-70% تقليل في ازدحام التيار يحتاج إلى فتحة خزان أكبر. تزداد المقاومة الكهربائية من خلال المنحل بالكهرباء مع زيادة المسافة.
تركيب شفة الخزان حشوات وأكمام PTFE أو PEEK معزولة يزيل الاتصال الجلفاني> انخفاض بنسبة 90٪ في مسار التيار الضال لا يوجد تأثير يتم كسر الدائرة الجلفانية عن طريق العزل الكهربائي.
حامل أنبوب الخزان بالداخل، غير موصل (PTFE، سيراميك أو مطلي) يمنع التركيز على نقاط الدعم الحالية بدون تأثير يمنع المعدن -إلى-الاتصال المعدني بين التيتانيوم والفولاذ الكربوني.
تأريض الحزمة -نقطة تأريض واحدة عبر مقاومة 10 أوم، مما يقلل من البناء الثابت -سعة التيار الشاردة، لا يوجد تأثير، يحد المقاوم من تدفق التيار ولكن الإمكانات لا يمكن أن تطفو.
سمك الجدار (في المناطق التي قد يتركز فيها التيار) 1.5 مم - 2.0 مم بدل التآكل عند فشل العزل عقوبة حرارية طفيفة (سطح أعلى بمقدار 1-2 درجة) يمكن للجدار السميك أن يتحمل الحفر الموضعي من التيارات الضالة المتبقية.
هندسة ما وراء الحزمة للعزل الكهربائي والمراقبة
أهم مرحلة في التعديل التحديثي هي توفير العزل الكهربائي بين حزمة سخان التيتانيوم وخزان الفولاذ الكربوني. حشوات PTFE (بسمك 3 مم) عند شفة التركيب، مع مسامير مطلية بـ PTFE- أو أكمام عازلة، تعطي > 100 متر؟ المقاومة عند 500 فولت تيار مستمر. يؤدي هذا إلى كسر الدائرة الكلفانية ويحول التيارات الضالة بعيدًا عن التيتانيوم. يتم توصيل مقاومة التأريض (10-50 Ω) بين حزمة السخان وتأريض الخزان. يؤدي ذلك إلى تجنب تراكم الشحنات الساكنة-والحد من تيارات الأعطال. يتم فحص الجهد بين حزمة التيتانيوم وجدار الخزان بشكل دوري (باستخدام مقياس الفولتميتر عالي المعاوقة) للكشف عن تدهور العزل. إذا كان جهد التيار المستمر أكثر من 0.5 فولت، فهناك احتمال حدوث تآكل كلفاني نشط أو تيار شارد.

الخلاصة: الدفاع الرئيسي هو العزل الكهربائي، وليس سمك الجدار
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 ميجا أوم) وتتضمن مخطط التأريض. يجب أن تقوم الشركة المصنعة للسخان بتضمين مجموعات العزل مع الحزمة ويجب على القائم بالتركيب التحقق من العزل قبل تنشيط النظام.