A titáncsöves fűtőtesthez 60 fokos 10% nátrium-kloridot tartalmazó szénacél tartályba utólag beszerelve mekkora a minimális elektromos szigetelési ellenállás a galvanikus hidrogén abszorpció megakadályozásához?

A 10%-os nátrium-klorit (NaClO2) 60 fokon oxidáló oldat, amelyet fehérítésben és vízkezelésben használnak. Amikor egy titáncsöves fűtőtestet utólag beépítenek egy meglévő szénacél tartályba, galvanikus pár jön létre, mivel a titán nemesebb, mint a szénacél. A szénacél az anód és korrodált, a titán pedig a katód. Kellően negatív potenciálok esetén a titán katódján oxigénredukció és hidrogénfejlődés megy végbe. A keletkezett hidrogént a titán elnyeli, és ridegséget okozhat. A titán fűtőelem elektromosan le van szigetelve a szénacél tartálytól, ezáltal megszakad a galvánkör. A minimális elektromos leválasztási ellenállás, amely ahhoz szükséges, hogy a galvánáram ne lépje túl a hidrogénelnyelési küszöbértéket (körülbelül 0,1 mA/cm^2 a titán felületén), 1 megohm (1 000 000 ohm).

A galvanikus hidrogén abszorpciójának mechanizmusa titánon klorit elektrolitokban

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-. A titán felületén atomos hidrogén keletkezik, amely beszivároghat a fémbe. 0,1-0,2 mA/cm2-nél nagyobb áramsűrűségnél a hidrogén abszorpciós sebessége elég magas ahhoz, hogy az anyag idővel rideggé váljon. Az elektromos leválasztás nagy ellenállású utat biztosít az áramkörben, hogy a galvánáramot biztonságos határértékekre csökkentse. A szükséges leválasztási ellenállást a galvanikus potenciálkülönbség és a megengedett áramerősség határozza meg.

Kvantitatív összefüggés a hidrogénabszorpció és a szigetelési ellenállás között

Egy szabványos titáncsöves fűtőtest (felülete 1 m2) és egy szénacél tartály (felülete 10 m2) 10%-os nátrium-kloritban 60 °C-on a galvánpotenciál különbség körülbelül 0,6 V. A galvánáram kiszámítása Igalv=ΔV / Risolation. i_Ti a titán áramsűrűsége, egyenlő I_galv osztva a titán felületével. Leválasztás hiányában (R_isolation=0 Ω; csak a ~10 Ω-os megoldási ellenállást vesszük figyelembe), a galvánáram ~60 mA, az i_Ti pedig 0,06 mA/cm², ami a hidrogénelnyelési küszöb alatt van, de határos és a geometriától függően változik. Az R_isolation=10 000 ohmos I_galv körülbelül 0,06 mA, az i_Ti pedig 0,00006 mA/cm² vagy 0,06 µA/cm², ami biztonságos. Az R_isolation=100,000 ohm (0,1 MΩ) esetén az I_galv körülbelül 0,006 mA és az i_Ti=0.006 µA/cm 2, ami nagy biztonsági ráhagyást kínál. Ha az R_isolation=1,000,000 ohm (1 MΩ), az I_galv körülbelül 0,6 µA, az i_Ti pedig 0,0006 µA/cm 2, ami jelentéktelen és a szabványos specifikáció. A leválasztás meghaladja a{50}}meghatározott értéket (de rendben van), az R_isolation=10 000 000 ohm (10 MΩ) értékkel.

A nátrium-klorit koncentrációjának és hőmérsékletének hatása a szükséges szigetelési ellenállásra

A szükséges minimális szigetelési ellenállás a nátrium-klorit koncentrációjától és az üzemi hőmérséklettől függ, mivel ezek befolyásolják a galvanikus potenciálkülönbséget. A galvanikus potenciál különbség 0,4 V 5% NaClO2 és 40 fok mellett, és a minimális szigetelési ellenállás i_Ti esetén<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.

Specifikációs és ellenőrzési útmutató a klorit szolgáltatás szigetelési ellenállásához

Az alábbi táblázat bemutatja a minimális szigetelési ellenállás elérésének módjait, valamint a telepítés és az időszakos ellenőrzés során végzett ellenőrzési eljárásokat.

Leválasztási módszer Várható ellenállás (MΩ) ellenőrzése a telepítés során Időszakos ellenőrzés (6 havonta)
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
Csak gumi tömítés (nem ajánlott) 0,1–1 Nem állandó megohmméter (250 V)
Közvetlen érintkezés (nincs szigetelés)<0.001 Continuity test (beep) Not applicable
Szigetelési ellenállás tervezése és anyagválasztás azon túl

A szükséges szigetelési ellenállás független a titán minőségétől, mivel a Grade 2 és Grade 7 galvanikus viselkedése hasonló. A falvastagság hidrogénabszorpciós ráhagyást ad; egy 2,0 mm-es fal ugyanolyan elnyelési sebesség mellett az 1,0 mm-es fal felével rideg. Ha a leválasztás nem lehetséges, a szénacél tartályt katódos védelemmel kell ellátni. Ez több negatív potenciált, és ezáltal nagyobb hidrogén-abszorpciót eredményezhet a titánon. Az optimális technika egy titán tartály vagy egy műanyag{8}}bevonatú tartály felszerelése a galvanikus csatolás teljes megszüntetésére. A szigetelési ellenállást időnként, azaz 6 havonta ellenőrizni kell, mivel a tömítések megcsúszhatnak, és a rögzítők meglazulhatnak, ami idővel csökkenti az ellenállást.

Tájékozott specifikáció

A 10% nátrium-kloritot tartalmazó szénacél tartályba 60 fokon utólag beszerelt titáncsöves fűtőberendezéshez legalább 1 MΩ ellenállású elektromos szigetelés szükséges, a fűtőelem és a tartály között 500 V-os megohméterrel mérve. Minden rögzítőelemhez legalább 3 mm vastag PTFE tömítést és PTFE csavarhüvelyeket és alátéteket kell használni. Meglévő berendezések: Üzembe helyezés előtt mérje meg a szigetelési ellenállást. Ha az ellenállás kisebb, mint 1 MΩ, adjon hozzá dielektromos megszakító tengelykapcsolókat vagy cserélje ki a tömítéseket. Működés közben{10}}mérje meg újra az ellenállást 6 havonta, ha az ellenállás 0,5 MΩ alá csökken, ellenőrizze és rögzítse a szigetelőelemeket. Ne használjon katódos védelmet az elszigetelés helyett, mivel ez növeli a titán hidrogénfelvételének kockázatát. A mérnök megakadályozza a titán fűtőtestek galvanikus hidrogén ridegségét nátrium-klorit üzemben azáltal, hogy az elektromos szigetelési ellenállást 1 MΩ felett tartja.