Kui suur on minimaalne elektriisolatsiooni takistus, mis on vajalik galvaanilise vesiniku neeldumise vältimiseks süsinikterasest paaki, mis sisaldab 60 kraadi juures 10% naatriumkloriti, paigaldades titaantorust küttekeha?

Naatriumklorit (NaClO2), 10% 60 kraadi juures on oksüdeeriv lahus, mida kasutatakse pleegitamisel ja veepuhastuses. Kui titaanist torukimbusoojendi paigaldatakse olemasolevasse süsinikterasest paaki, luuakse galvaaniline paar, kuna titaan on üllasem kui süsinikteras. Süsinikteras on anood ja on korrodeerunud ning titaan on katood. Piisavalt negatiivsete potentsiaalide korral toimub titaanil katoodil hapniku redutseerimine ja vesiniku eraldumine. Tekkinud vesinik võib titaanis neelata ja põhjustada rabedust. Titaanküttekeha on süsinikterasest paagist elektriliselt isoleeritud, katkestades sellega galvaanilise ahela. Minimaalne elektriisolatsioonitakistus, mis on vajalik selleks, et galvaaniline vool ei ületaks vesiniku neeldumisläve (ligikaudu 0,1 mA/cm^2 titaanpinnal), on 1 megaohm (1 000 000 oomi).

Titaanil galvaanilise vesiniku neeldumise mehhanism kloriitelektrolüütides

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-. Aatomi vesinik tekib titaani pinnal ja see võib imbuda metalli. Voolutihedusel > 0,1–0,2 mA/cm2 on vesiniku neeldumise kiirus piisavalt kõrge, et materjal aja jooksul rabedaks muutuda. Elektriisolatsioon tagab ahelas suure takistusega tee, et vähendada galvaanilist voolu ohutute piirideni. Vajalik isolatsioonitakistus määratakse galvaanilise potentsiaali erinevuse ja lubatud voolu järgi.

Kvantitatiivne korrelatsioon vesiniku neeldumise ja isolatsioonitakistuse vahel

Standardse titaanist torukimbusoojendi (pindala 1 m2) ja süsinikterasest paagi (pindala 10 m2) puhul 10% naatriumkloritis temperatuuril 60 ° C on galvaanilise potentsiaali erinevus umbes 0,6 V. Galvaanivool arvutatakse kui Igalv=ΔV / Risolatsioon. i_Ti on voolutihedus titaanil, mis on võrdne I_galv jagatuna titaani pindalaga. Isolatsiooni puudumisel (R_isolation=0 Ω; arvesse võetakse ainult lahendustakistust ~10 Ω) on galvaaniline vool ~60 mA ja i_Ti 0,06 mA/cm², mis jääb alla vesiniku neeldumisläve, kuid on piiripealne ja varieerub sõltuvalt geomeetriast. R_isolatsiooniga=10 000 oomi I_galv on umbes 0,06 mA ja i_Ti on 0,00006 mA/cm² või 0,06 µA/cm², mis on ohutu. R_isolatsiooni=100 000 oomi (0,1 MΩ) korral on I_galv ligikaudu 0,006 mA ja i_Ti=0.006 µA/cm 2, mis pakub suurt ohutusvaru. Kui R_isolatsioon=1 000 000 oomi (1 MΩ), on I_galv umbes 0,6 µA ja i_Ti on 0,0006 µA/cm 2, mis on ebaoluline ja standardne spetsifikatsioon. Eraldus on määratud (aga OK) väärtusega R_isolation=10 000 000 oomi (10 MΩ).

Naatriumkloriidi kontsentratsiooni ja temperatuuri mõju nõutavale isolatsioonikindlusele

Vajalik minimaalne isolatsioonitakistus sõltub naatriumkloriti kontsentratsioonist ja töötemperatuurist, kuna need mõjutavad galvaanilise potentsiaali erinevust. Galvaanilise potentsiaali erinevus on 0,4 V 5% NaClO2 ja 40 kraadi juures ning i_Ti minimaalne isolatsioonitakistus<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.

Kloriidi teenuse isolatsioonikindluse spetsifikatsiooni- ja kontrollijuhend

Järgmises tabelis on näidatud minimaalse isolatsioonitakistuse saavutamise viisid ning kontrollimise protseduurid paigaldamise ja perioodilise kontrolli käigus.

Isolatsioonimeetod Eeldatava takistuse (MΩ) kontrollimine paigaldamise ajal Perioodiline kontrollimine (iga 6 kuu järel)
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
Ainult kummitihend (ei ole soovitatav) 0,1–1 Mittepüsiv megoommeeter (250 V)
Otsene kontakt (ilma isolatsioonita)<0.001 Continuity test (beep) Not applicable
Isolatsioonitakistuse ja materjalivaliku kavandamine

Nõutav isolatsioonitakistus ei sõltu titaani klassist, kuna 2. ja 7. klassi galvaaniline käitumine on sarnane. Seina paksus annab vesiniku neeldumisvaru; 2,0 mm sein mureneb sama neeldumiskiiruse juures poole kiiremini kui 1,0 mm sein. Kui isoleerimine ei ole võimalik, tuleb süsinikterasest paak katoodkaitsega kaitsta. See võib kaasa tuua rohkem negatiivseid potentsiaale ja seega ka suuremat vesiniku neeldumist titaanil. Optimaalne tehnika on paigaldada titaanist paak või plastikust{8}}vooderdatud paak, et galvaaniline side täielikult kõrvaldada. Isolatsioonitakistust tuleks aeg-ajalt kontrollida, st iga 6 kuu tagant, kuna tihendid võivad roomata ja kinnitused võivad lahti tulla, vähendades aja jooksul takistust.

Informeeritud spetsifikatsioon

Süsinikterasest paaki, mis sisaldab 10% naatriumkloriti 60 kraadi juures, paigaldatud titaantorust küttekeha jaoks on vaja elektriisolatsiooni minimaalse takistusega 1 MΩ, mõõdetuna küttekeha ja paagi vahel, kasutades 500 V megohmmeetrit. Kõik kinnitusdetailid peaksid kasutama vähemalt 3 mm paksuseid PTFE-tihendeid ning PTFE-poltide hülssi ja seibe. Olemasolevad paigaldised: enne kasutuselevõttu mõõta isolatsioonitakistust. Kui takistus on väiksem kui 1 MΩ, lisage dielektrilised katkestusühendused või vahetage tihendid. Töötamise ajal{10}}mõõtke takistust iga 6 kuu järel, kui takistus langeb alla 0,5 MΩ, kontrollige ja kinnitage isolatsioonikomponendid. Ärge kasutage isolatsiooni asemel katoodkaitset, kuna see suurendab titaani vesiniku neeldumise ohtu. Insener hoiab ära titaanküttekehade galvaanilise vesiniku rabestumise naatriumkloriti kasutamisel, säilitades elektriisolatsiooni takistuse üle 1 MΩ.