עבור מחמם צרור צינורות טיטניום התקן מחדש למיכל פלדת פחמן המכיל 10% נתרן כלורי ב-60 מעלות, מהי ההתנגדות המינימלית לבידוד חשמלי הנדרשת כדי למנוע ספיגת מימן גלווני?

נתרן כלוריט (NaClO2), 10% ב-60 מעלות היא תמיסה מחמצנת המשמשת בהלבנה ובטיפול במים. כאשר מחמם צינורות טיטניום מותאם למכל פלדת פחמן קיים, נוצר זוג גלווני בהתחשב בכך שטיטניום אצילי יותר מפלדת פחמן. פלדת הפחמן היא האנודה וקורוזיה, והטיטניום היא הקתודה. בפוטנציאלים שליליים מספיק, הפחתת חמצן והתפתחות מימן מתרחשות בקתודה על טיטניום. המימן שנוצר יכול להיספג בטיטניום ולגרום להתפרקות. מחמם הטיטניום מבודד חשמלי ממיכל פלדת הפחמן, ובכך שובר את המעגל הגלווני. התנגדות הבידוד החשמלית המינימלית הדרושה כדי למנוע מהזרם הגלווני לחרוג מסף ספיגת המימן (כ-0.1 mA/cm^2 על פני הטיטניום) היא 1 מגוהם (1,000,000 אוהם).

מנגנון של ספיגת מימן גלווני על טיטניום באלקטרוליטים של כלוריט

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 + 2הו-. מימן אטומי נוצר על פני הטיטניום והוא עלול לחלחל לתוך המתכת. בצפיפות זרם > 0.1-0.2 mA/cm2 קצב ספיגת המימן גבוה מספיק כדי לשבור את החומר לאורך זמן. בידוד חשמלי מספק נתיב בעל התנגדות גבוהה במעגל כדי להפחית את הזרם הגלווני לגבולות בטוחים. התנגדות הבידוד הנדרשת נקבעת מהפרש הפוטנציאל הגלווני והזרם המותר.

מתאם כמותי בין ספיגת מימן והתנגדות לבידוד

עבור מחמם צינורות טיטניום סטנדרטי (שטח פנים 1 מ"ר) ומיכל פלדת פחמן (שטח פנים 10 מ"ר) ב-10% נתרן כלוריט ב-60 מעלות צלזיוס, הפרש הפוטנציאל הגלווני הוא כ-0.6 וולט. הזרם הגלווני מחושב כ-Igalv=ΔV / Risolation. i_Ti היא צפיפות הזרם על טיטניום, שווה ל-I_galv חלקי שטח פני הטיטניום. בהיעדר בידוד (R_isolation=0 Ω; רק התנגדות התמיסה של ~10 Ω נחשבת), הזרם הגלווני הוא ~60 mA ו-i_Ti הוא 0.06 mA/cm², שהוא מתחת לסף ספיגת המימן, אך הוא גבולי ומשתנה בהתאם לגיאומטריה. עם R_isolation=10,000 אוהם I_galv הוא בערך 0.06 mA ו-i_Ti הוא 0.00006 mA/cm² או 0.06 µA/cm² וזה בטוח. עבור R_isolation=100,000 אוהם (0.1 MΩ), I_galv הוא בערך 0.006 mA ו-i_Ti=0.006 µA/cm 2, המציע מרווח בטיחות גדול. אם R_isolation=1,000,000 אוהם (1 ​​MΩ), I_galv הוא בערך 0.6 µA ו-i_Ti הוא 0.0006 µA/cm 2 וזה לא משמעותי והמפרט הסטנדרטי. הבידוד הוגדר מעל-(אבל בסדר) עם R_isolation=10,000,000 אוהם (10 MΩ).

השפעת ריכוז נתרן כלוריט וטמפרטורה על התנגדות הבידוד הנדרשת

התנגדות הבידוד המינימלית הדרושה תלויה בריכוז הנתרן כלוריט ובטמפרטורת ההפעלה שכן אלה משפיעים על הפרש הפוטנציאל הגלווני. הפרש הפוטנציאל הגלווני הוא 0.4 וולט ב-5% NaClO2 ו-40 מעלות והתנגדות הבידוד המינימלית עבור i_Ti<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.

מדריך מפרט ואימות להתנגדות לבידוד שירות כלוריט

הטבלה הבאה מציגה את הדרכים להשגת התנגדות הבידוד המינימלית ואת הנהלים לאימות במהלך ההתקנה והבדיקה התקופתית.

אימות התנגדות צפויה של שיטת בידוד (MΩ) במהלך ההתקנה אימות תקופתי (כל 6 חודשים)
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
אטם גומי בלבד (לא מומלץ) 0.1-1 מגוהמטר לא יציב (250V)
מגע ישיר (ללא בידוד)<0.001 Continuity test (beep) Not applicable
עיצוב התנגדות בידוד ובחירת חומרים מעבר

התנגדות הבידוד הנדרשת אינה תלויה בדרגת טיטניום, מכיוון שההתנהגות הגלוונית של דרגה 2 ושל דרגה 7 דומה. עובי הדופן נותן קצבת ספיגת מימן; דופן של 2.0 מ"מ מתפרקת במחצית מקצב הדופן של 1.0 מ"מ באותו קצב ספיגה. אם בידוד אינו אפשרי, מיכל פלדת הפחמן צריך להיות מוגן קתודית. זה עלול לגרום ליותר פוטנציאלים שליליים, ולכן ספיגת מימן גדולה יותר על טיטניום. הטכניקה האופטימלית היא התקנת מיכל טיטניום או מיכל פלסטיק- כדי לבטל את הצימוד הגלווני לחלוטין. יש לבדוק את התנגדות הבידוד מדי פעם, כלומר כל 6 חודשים, מכיוון שהאטמים עלולים לזחול ומחברים עלולים להתרופף ולהפחית את ההתנגדות לאורך זמן.

מפרט מעודכן

עבור מחמם צרור צינורות טיטניום המותאם למכל פלדת פחמן המכיל 10% נתרן כלוריט ב-60 מעלות, יש צורך בבידוד חשמלי עם התנגדות מינימלית של 1 MΩ, הנמדד בין המחמם למיכל באמצעות מגוהמטר של 500V. כל חומרת ההרכבה צריכה להשתמש באטמי PTFE בעובי מינימלי של 3 מ"מ ובשרוולי בורג ודסקיות PTFE. מתקנים קיימים: מדוד התנגדות לבידוד לפני כניסתם לשירות. אם ההתנגדות נמוכה מ-1 MΩ, הוסף צימודי שבירה דיאלקטריים או החלף אטמים. במהלך הפעולה יש למדוד מחדש את ההתנגדות כל 6 חודשים, אם ההתנגדות יורדת מתחת ל-0.5 MΩ, בדוק ותקן את רכיבי הבידוד. אל תשתמש בהגנה קתודית במקום בידוד מכיוון שהיא תגביר את הסיכון לספיגת מימן על טיטניום. המהנדס מונע התפרקות מימן גלווני של מחממי טיטניום בשירות נתרן כלוריט על ידי שמירה על התנגדות הבידוד החשמלית מעל 1 MΩ.