Hogyan befolyásolja a titánburkolatú fűtőelem elektromos földelési módszere (földeletlen, egy-végföldelt vagy középső-csappal földelt) a kóboráram-korrózió kockázatát vezetőképes elektrolitban (pl. 5% NaCl)?

Az alapvető kompromisszum a vezetőképes elektrolitok földelésének tervezésében
A vezető elektrolitokban (5%-os NaCl sóoldatban, tengervízben vagy híg savakban) lévő titánburkolatú fűtőelemek szórt áramkorróziónak lehetnek kitéve, amikor az elektromos földelés nem kívánt áramcsatornákat hoz létre. Ha a köpeny eltérő elektromos potenciálon van, mint a tartály vagy az oldat, a szórt áramok a fűtőburkolatból a földre áramlanak az elektroliton keresztül. A földelési sémától függően a titán köpeny vagy anód (korrodálódott) vagy katód (védett). Három tipikus földelési konfiguráció létezik: földeletlen (lebegő), az egyik vége földelt (a köpeny a földeléshez kapcsolódik a csatlakozódoboznál) és a középső-csap földelt (a belső ellenállás vezeték középpontja földelt). Mindegyik módszer eltérő potenciáleloszlást eredményez a burkolat hosszában, és ez befolyásolja a szórt áramkorrózió helyét és súlyosságát. Az elektrokémiai hajtóerőt nem gátolja a falvastagság, bár a korrózió kiváltása utáni perforáció idejét befolyásolja.

Hatás a mechanikai integritásra: Anódos zónák, szórt áramutak
Földeletlen fűtőberendezésben (a földtől elektromosan elválasztott köpeny) nincs zárt áramkör a szórt áramok számára, és a titánhüvely veszi fel az elektrolit nyitott{0}}áramköri potenciálját (körülbelül –0,2 V vs. Ag/AgCl 5%-os NaCl-ban). Nincs szórt áramkorrózió, mivel nincs mód az áram áramlására. A statikus töltés azonban felhalmozódhat, és szikraveszélyt jelenthet gyúlékony környezetben.

Egy-végű földelt fűtőberendezésben (a csatlakozódoboz végén földelt) a földelt vége 0 V-on van, a bemerített vége pedig az elektrolitpotenciálon lebeg. Gradiens létezhet a hüvely hossza mentén. A bemerített végén áram folyik az elektrolitból a hüvelybe (katódos tartomány, védett), míg a földelt vége felé áram folyik a hüvelyből az elektrolitba (anódos tartomány, korrodálódik). Az anódzóna általában a földelt végtől 50-150 mm-re található. A korrózió sebessége ebben a zónában az elektrolit vezetőképességétől és a szórt feszültségtől függően elérheti a 0,5-2,0 mm/év értéket.

Egy középső csapos földelt fűtőberendezésben (azaz a belső ellenállás vezeték fele földelve van, de a köpeny nem) a köpeny el van választva a földtől, de a belső vezeték földelése kapacitív csatolást hoz létre. Váltakozó áramú üzemmódban kis áramok (mikroampertől milliamperig) haladnak át a MgO szigetelésen keresztül a köpenyhez, majd az elektrolithoz. Ez szerény mértékű szórt áramot okoz a köpeny teljes felületén, ami évi 0,05-0,20 mm általános korróziót okoz.

Hatás a hőteljesítményre: Nincs közvetlen hatás
A hőátbocsátás és a hőteljesítmény független a földelési módtól. Az elektromos földelés nem befolyásolja a hőmérséklet-eloszlást a köpeny mentén, amit a teljesítménysűrűség és a folyadékviszonyok határoznak meg.

Kompromiss{0}}szintézis: Földelési módszer vs kóbor áramkockázat
Földelési módszer Anódos zóna helye Tipikus korróziós sebesség (mm/év) Falvastagság (mm) 5 éves üzemelés kockázati szintje
Lebegő (földeletlen) Nincs 0.00 0.8 (csak mechanikus) Nincs (de statikus veszély)
Egyik végén földelt (csatlakozódoboz) Földelt vég közelében (50-150 mm) 0.5 - 2.0 mm/év 3.5 - 10.5 mm Magas - nem lehetséges
Dielektromos szigetelés + egyik vége földelt Nincs (ha megfelelően szigetelt) 0.00 0.8 mm Leválasztás: Nincs
Lebegő köpeny (középen földelt-csap) Egyenletes a köpeny mentén 0,05–0,20 mm/év 1,1–1,8 mm
Középső csap földelt + MgO nedvességszabályozás Egységes 0,02 – 0,05 mm/év 0,9 – 1,1 mm Elfogadható
Az egyik végű földelés dielektromos szigetelés nélkül nem alkalmazható vezető elektrolitokra, mivel a földelt vég közelében a lokális korróziós sebesség nagyobb, mint 0,5 mm/év, ami gyakorlatiasan vastag falakat igényel.

Mérnöki munka a fal mögött: dielektromos leválasztás és földelési gyakorlatok
A vezetőképes elektrolitokban használt titánburkolatú fűtőberendezések esetében az előnyben részesített gyakorlat a földelés nélküli (lebegő) üzemelés földzárlat-érzékeléssel. A fűtőelem elektromosan szigetelt a tartálytól PTFE vagy PEEK tömítésekkel és hüvelyekkel. A földzárlat-figyelő figyelmeztetést ad, ha a szivárgási áram eléri a biztonságos határértéket (általában 5-30 mA). Ez teljesen kiküszöböli a szórt áram korrózióját.

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 500 VDC mellett. Vagy a középső-csap földelés lebegő köpennyel szabályozott alacsony-szintű szórt áramot ad, amely kevesebb korróziót okoz, ha a MgO szigetelés száraz és jó minőségű.

Következtetés: a GFCI által preferált földeletlen{0}}falvastagság nem releváns
A titánburkolatú fűtőtest elektromos földelése vezető elektrolitban (5% NaCl) meghatározza a szórt áramkorrózió kockázatát, amely 5 éves élettartam eléréséhez praktikusan vastag falakat igényel. Az egyik-végi földelés dielektromos szigetelés nélkül évi 0,5-2,0 mm-es helyi korróziós sebességhez vezet a földelt vég közelében, ami 3,5-10,5 mm-falvastagságot igényel fűtőcsövek esetében. A specifikációnak egy földeletlen (lebegő) fűtőkészülékre kell vonatkoznia földzárlat-megszakító (GFCI) védelemmel és dielektromos szigeteléssel a szerelőkarimánál. Ez eltávolítja a szórt áramkorróziót, lehetővé téve a normál 1,0-1,2 mm-es falvastagságot. Ha földelésre van szükség, szereljen fel dielektromos összekötőt és egy végű földelést, vagy használjon középső csapos földelést jó minőségű száraz MgO-val. Adja meg a gyártónak a földelési módszert és az elektrolit vezetőképességét annak igazolására, hogy a szórt áram korróziója csökken. A falvastagság másodlagos változó. A fő tervezési követelmény a szórt áram megakadályozása.