Як метод електричного заземлення (незаземлений, один-заземлений або центральний-відвідний заземлення) нагрівача з титановою оболонкою впливає на ризик корозії блукаючим струмом у електропровідному електроліті (наприклад, 5% NaCl)?

Основний компроміс у конструкції заземлення для електропровідних електролітів
Нагрівачі в титановому корпусі в провідних електролітах (5% розчин NaCl, морська вода або розведені кислоти) можуть піддаватися корозії блукаючим струмом, коли електричне заземлення створює небажані канали струму. Якщо оболонка має інший електричний потенціал, ніж резервуар або розчин, блукаючі струми будуть протікати від оболонки нагрівача до землі через електроліт. Залежно від схеми заземлення титанова оболонка буде або анодом (піддається корозії), або катодом (захищена). Існує три типові конфігурації заземлення: незаземлене (плаваюче), заземлене-один кінець (оболонка з’єднана із заземленням у розподільній коробці) і заземлене-центральне відведення (заземлена центральна точка дроту внутрішнього опору). Кожен із методів призводить до чіткого розподілу потенціалу по довжині оболонки, і це впливає на розташування та серйозність корозії блукаючим струмом. Електрохімічна рушійна сила не залежить від товщини стінки, хоча час до перфорації після початку корозії буде впливати.

Вплив на механічну цілісність: анодні зони, шляхи блукаючого струму
У незаземленому нагрівачі (оболонка електрично відокремлена від землі) немає замкнутого ланцюга для блукаючих струмів, а титанова оболонка бере на себе потенціал відкритого ланцюга електроліту (близько −0,2 В порівняно з Ag/AgCl у 5% NaCl). Немає корозії блукаючим струмом, оскільки струм не може протікати. Однак у легкозаймистій атмосфері статичний заряд може накопичуватися та становити небезпеку іскри.

У-заземленому нагрівачі з одного кінця (заземленого на кінці розподільної коробки) заземлений кінець знаходиться під напругою 0 В, а занурений кінець плаває під потенціалом електроліту. По довжині оболонки може існувати градієнт. На зануреному кінці струм тече від електроліту до оболонки (катодна область, захищена), тоді як у напрямку до заземленого кінця струм тече від оболонки до електроліту (анодна область, кородує). Анодна зона зазвичай розташована на відстані 50-150 мм від заземленого кінця. Швидкість корозії в цій зоні може досягати 0,5-2,0 мм/рік залежно від провідності електроліту та напруги блукання.

У центральному крані із заземленим нагрівачем (тобто середина дроту внутрішнього опору заземлена, але не оболонка) оболонка відокремлена від землі, але заземлення внутрішнього дроту створює ємнісний зв’язок. Під час роботи змінного струму невеликі струми (від мікроампер до міліампер) проходять через ізоляцію MgO до оболонки, а потім до електроліту. Це спричиняє помірну кількість блукаючого струму по всій поверхні оболонки, створюючи загальну корозію 0,05-0,20 мм на рік.

Вплив на теплові характеристики: Без прямого впливу
Теплопередача та теплові характеристики не залежать від методу заземлення. Електричне заземлення не впливає на розподіл температури вздовж оболонки, що визначається щільністю потужності та умовами рідини.

Компроміс-синтез: метод заземлення проти ризику блукаючого струму
Метод заземлення Анодне розташування зони Типова швидкість корозії (мм/рік) Товщина стінки (мм) протягом 5 років служби Рівень ризику
Плаваючий (незаземлений) Немає 0.00 0.8 (тільки механічний) Немає (але статична небезпека)
Заземлений на одному кінці (розподільна коробка) Майже заземлений кінець (50-150 мм) 0.5 - 2.0 мм/рік 3.5 - 10.5 мм Високий - неможливо
Діелектрична ізоляція + один кінець заземлений Немає (якщо правильно ізольовано) 0.00 0.8 мм Ізоляція: Немає
Плаваюча оболонка (заземлена в центрі-відвод) Рівномірна вздовж оболонки 0,05–0,20 мм/рік 1,1–1,8 мм Від низького до мод.
Центральний кран із заземленням + контроль вологи MgO Рівномірний 0,02–0,05 мм/рік 0,9–1,1 мм Прийнятний
Заземлення-одного кінця без діелектричної ізоляції не застосовується до провідних електролітів, оскільки швидкість локалізованої корозії біля заземленого кінця перевищує 0,5 мм/рік, що вимагає непрактично товстих стінок.

Техніка за стіною: діелектрична ізоляція та заземлення
Для нагрівачів у титановому корпусі, які використовуються в електропровідних електролітах, бажаною практикою є робота без заземлення (плаваючий) із виявленням замикання на землю. Нагрівач електрично ізольований від резервуара прокладками та рукавами з PTFE або PEEK. Монітор замикання на землю подає попередження, коли струм витоку досягає безпечної межі (зазвичай 5-30 мА). Це повністю виключає корозію блукаючим струмом.

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 МОм при 500 В постійного струму. Або заземлення центрального-відводу з плаваючою оболонкою забезпечує контрольований низький-рівень блукаючого струму, що спричиняє меншу корозію, якщо ізоляція MgO суха та якісна.

Висновок: необґрунтована товщина стінки-необґрунтована GFCI не має значення
Метод електричного заземлення нагрівача в титановому корпусі в електропровідному електроліті (5% NaCl) визначає ризик корозії блукаючим струмом, що може вимагати непрактично товстих стінок для досягнення 5-річного терміну служби. Заземлення одного-кінця без діелектричної ізоляції призводить до локальної швидкості корозії 0,5-2,0 мм на рік біля заземленого кінця, вимагаючи стінок 3,5-10,5 мм-неможливо для труб нагрівача. Специфікація повинна стосуватися незаземленого (плаваючого) нагрівача із захистом від замикання на землю (GFCI) і діелектричною ізоляцією на монтажному фланці. Це усуває корозію блукаючим струмом, дозволяючи нормальну товщину стінки 1,0-1,2 мм. Якщо потрібне заземлення, встановіть діелектричний штуцер і заземлення на одному кінці або використовуйте заземлення центрального відводу з якісним сухим MgO. Надайте виробнику інформацію про метод заземлення та провідність електроліту, необхідні для підтвердження зменшення корозії блукаючим струмом. Товщина стінки є вторинною змінною. Основною вимогою до конструкції є запобігання блукаючим струмам.