Pentru un încălzitor cu pachet de tuburi de titan într-un rezervor din oțel carbon care conține 10% clorit de sodiu la 60 de grade, care este rezistența minimă de izolare electrică necesară pentru a preveni absorbția hidrogenului galvanic?

Cloritul de sodiu (NaClO2), 10% la 60 de grade este o soluție oxidantă folosită în albire și tratarea apei. Atunci când un încălzitor cu pachet de tuburi de titan este montat într-un rezervor existent din oțel carbon, se creează un cuplu galvanic, dat fiind că titanul este mai nobil decât oțelul carbon. Oțelul carbon este anodul și este corodat, iar titanul este catodul. La potenţiale suficient de negative, la catodul de pe titan au loc reducerea oxigenului şi degajarea de hidrogen. Hidrogenul generat poate fi absorbit de titan și poate provoca fragilizare. Încălzitorul din titan este izolat electric de rezervorul din oțel carbon, întrerupând astfel circuitul galvanic. Rezistența minimă de izolare electrică necesară pentru a preveni depășirea curentului galvanic de pragul de absorbție a hidrogenului (aproximativ 0,1 mA/cm^2 pe suprafața de titan) este de 1 megaohm (1.000.000 ohmi).

Mecanism de absorbție galvanică a hidrogenului pe titan în electroliți de clorit

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-. Hidrogenul atomic este creat la suprafața de titan și s-ar putea infiltra în metal. La densități de curent > 0,1-0,2 mA/cm2 viteza de absorbție a hidrogenului este suficient de mare pentru a fragiliza materialul în timp. Izolarea electrică oferă o cale de înaltă rezistență în circuit pentru a reduce curentul galvanic la limite sigure. Rezistența de izolare necesară este determinată din diferența de potențial galvanic și curentul admis.

Corelația cantitativă între absorbția hidrogenului și rezistența la izolație

Pentru un încălzitor standard cu fascicule de tuburi de titan (suprafață 1 m2) și un rezervor din oțel carbon (suprafață 10 m2) în clorit de sodiu 10% la 60 grade C, diferența de potențial galvanic este de aproximativ 0,6 V. Curentul galvanic este calculat ca Igalv=ΔV / Risolation. i_Ti este densitatea de curent pe titan, egală cu I_galv împărțită la aria suprafeței titanului. În absența izolării (R_isolation=0 Ω; este considerată doar rezistența soluției de ~10 Ω), curentul galvanic este de ~60 mA și i_Ti este de 0,06 mA/cm², care este sub pragul de absorbție a hidrogenului, dar este limită și variază în funcție de geometrie. Cu R_izolare=10, 000 ohmi I_galv este de aproximativ 0,06 mA și i_Ti este de 0,00006 mA/cm² sau 0,06 µA/cm², ceea ce este sigur. Pentru R_izolare=100,000 ohmi (0,1 MΩ), I_galv este de aproximativ 0,006 mA și i_Ti=0.006 µA/cm2, ceea ce oferă o marjă de siguranță mare. Dacă R_izolare=1, 000.000 ohmi (1 MΩ), I_galv este de aproximativ 0,6 µA și i_Ti este 0,0006 µA/cm2, ceea ce este nesemnificativ și specificația standard. Izolarea este peste-specificată (dar OK) cu R_isolation=10,000.000 ohmi (10 MΩ).

Influența concentrației și a temperaturii cloritului de sodiu asupra rezistenței de izolare necesare

Rezistența minimă de izolare necesară depinde de concentrația de clorit de sodiu și de temperatura de funcționare, deoarece acestea influențează diferența de potențial galvanic. Diferența de potențial galvanic este de 0,4 V la 5% NaClO2 și 40 de grade și rezistența minimă de izolare pentru 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.

Ghid de specificații și verificare pentru rezistența la izolarea serviciului clorit

Următorul tabel prezintă modalitățile de realizare a rezistenței minime de izolare și procedurile de verificare în timpul instalării și inspecției periodice.

Metoda de izolare Verificarea rezistenței așteptate (MΩ) în timpul instalării Verificarea periodică (la fiecare 6 luni)
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
Doar garnitură de cauciuc (nu este recomandat) 0,1–1 Megohmmetru nefiind constant (250V)
Contact direct (fără izolare)<0.001 Continuity test (beep) Not applicable
Proiectarea rezistenței de izolare și selecția materialului dincolo

Rezistența de izolare necesară este independentă de gradul de titan, deoarece comportamentul galvanic al gradului 2 și gradului 7 este similar. Grosimea peretelui oferă o aportă de absorbție a hidrogenului; un perete de 2,0 mm se fragilizează la jumătate din rata unui perete de 1,0 mm la aceeași viteză de absorbție. Dacă izolarea nu este posibilă, rezervorul din oțel carbon ar trebui să fie protejat catodic. Acest lucru poate duce la potențiale mai negative și, prin urmare, la o absorbție mai mare a hidrogenului pe titan. Tehnica optimă este instalarea unui rezervor de titan sau a unui rezervor căptușit-de plastic pentru a elimina complet cuplajul galvanic. Rezistența de izolare trebuie verificată ocazional, adică la fiecare 6 luni, deoarece garniturile se pot strecura și elementele de fixare se pot slăbi, scăzând rezistența în timp.

Specificație informată

Pentru un încălzitor cu pachet de tuburi de titan montat într-un rezervor din oțel carbon care conține 10% clorit de sodiu la 60 de grade, necesită izolație electrică cu rezistență minimă de 1 MΩ, măsurată între încălzitor și rezervor folosind un megaohmmetru de 500 V. Toate materialele de montare trebuie să utilizeze garnituri din PTFE cu o grosime minimă de 3 mm și manșoane și șaibe din PTFE. Instalații existente: Măsurați rezistența de izolare înainte de punerea în funcțiune. Dacă rezistența este mai mică de 1 MΩ, adăugați cuplaje de rupere dielectrică sau înlocuiți garniturile. În timpul funcționării, re-măsurați rezistența la fiecare 6 luni, dacă rezistența scade sub 0,5 MΩ, inspectați și fixați componentele de izolare. Nu utilizați protecție catodică în loc de izolare, deoarece aceasta va crește riscul de absorbție a hidrogenului pe titan. Inginerul previne fragilizarea galvanică prin hidrogen a încălzitoarelor cu titan în serviciu cu clorit de sodiu prin menținerea rezistenței de izolare electrică peste 1 MΩ.