Misterij anodnog koša
Na liniji za poniklavanje dolazi do ubrzane korozije košara titanskih anoda. Košare, dizajnirane za držanje kuglica anode nikla, stvaraju rupice u roku od 12 mjeseci od postavljanja-polovice očekivanog vijeka trajanja. Korozija je najjača na košarama koje su najbliže uronjenom grijaču. Košare na udaljenom kraju spremnika relativno su nepromijenjene.
Istraga isključuje kemijski napad. Kemijski sastav kupke je unutar specifikacije. Raspodjela anodne struje je jednolika. Uzrok je lutajuća električna struja-struja koja curi iz kruga za galvanizaciju, putuje kroz vodljivu kupku, ulazi u uzemljeni metalni izmjenjivač topline i vraća se u ispravljač kroz put uzemljenja. Košare titanijske anode, budući da su na različitom električnom potencijalu, postaju nenamjerne anode u ovom krugu lutajuće struje i korodiraju na žrtvu.
Električna veza izmjenjivača topline s uzemljenjem kritična je karika u ovom lancu korozije. Prekinite tu vezu i putanja lutajuće struje je prekinuta. PTFE izmjenjivač topline je inherentno ne-provodljiv. Ne može dovršiti električni krug. Eliminira put lutajuće struje svojim osnovnim svojstvom materijala.
Mehanizam lutajuće struje
U spremniku za galvanizaciju, predviđeni put struje je od pozitivnog terminala ispravljača, kroz anodu sabirnicu, u anode, kroz elektrolit, na izratka, kroz katodnu sabirnicu, i natrag do negativnog terminala ispravljača. Ova staza taloži metal na obratke.
Lutajuća struja je svaka struja koja odstupa od predviđene putanje. Elektrolit je vodljiv i ispunjava cijeli spremnik, a ne samo prostor između anoda i katoda. Struja može teći bočno kroz elektrolit do bilo kojeg uronjenog vodljivog predmeta. Uzemljeni metalni izmjenjivač topline pruža atraktivan alternativni put. Struja koja ulazi u izmjenjivač topline teče prema zemlji, a zatim traži put natrag do ispravljača. Taj povratni put može biti kroz građevinski čelik, vodiče za uzemljenje ili-kritično-kroz druge uronjene metalne objekte koji imaju put nižeg otpora do ispravljača.
Košare anoda u blizini izmjenjivača topline imaju pozitivan potencijal u odnosu na uzemljeni grijač. Struja teče iz košara, kroz elektrolit, do grijača. Tamo gdje struja napušta površinu košare, titan se otapa. Ovo je korozija lutajuće struje i djeluje neovisno o normalnom anodnom otapanju koje dovodi ione nikla u kupku.
Tablica 1: Utjecaj lutajuće struje na koroziju prema vrsti grijača (spremnik obložen niklom, ispravljač od 5000 A)
| Parametar | Uzemljeni grijač od nehrđajućeg čelika | Uzemljeni grijač od titana | Neuzemljeni PTFE izmjenjivač topline |
|---|---|---|---|
| Električni otpor prema zemlji (ohmi) | <10 | <10 | >10¹⁸ (izolator) |
| Prikupljena lutajuća struja (mA) | 50-500 | 30-300 | 0 |
| Povećanje brzine korozije anodnog koša | 2-5× normalno | 1,5-3× normalno | 1,0× (samo normalno) |
| Udubljenje zida spremnika u blizini grijača | Promatrano | Smanjeno | Nijedan |
| Završetak staze lutajuće struje | Kroz masu do ispravljača | Kroz masu do ispravljača | Put ne postoji |
| Rizik galvanskog para | Da (različiti metali) | Da | Nijedan |
PTFE rješenje za električnu izolaciju
PTFE je jedan od najboljih električnih izolatora među inženjerskim materijalima. Njegov volumni otpor premašuje 10¹⁸ ohm·cm. Njegova dielektrična čvrstoća je 18-24 kV/mm. U spremniku za galvanizaciju, PTFE izmjenjivač topline je električni nevidljiv. Ne može prikupljati lutajuću struju jer struja ne može teći u njega. Ne može dovršiti strujni krug s uzemljenjem jer nema vodljivi put do uzemljenja.
Ova se izolacija proteže na priključke za paru i kondenzat. PTFE cijev osigurava kontinuiranu električnu izolaciju od metalnih parnih cijevi izvan spremnika do uronjene zavojnice unutar spremnika. Duljina PTFE cijevi između površine tekućine spremnika i prvog metalnog spoja osigurava dielektrični prekid.
Izolacija eliminira ne samo koroziju lutajuće struje, već i galvansku koroziju. Metalni izmjenjivač topline u električnom kontaktu sa spremnikom ili cijevima različitog sastava legure tvori galvanski član. Manje plemeniti metal preferirano korodira. Budući da PTFE nije metalan, nema galvanski potencijal i ne tvori galvanski par ni s jednim metalom.
Zaštita opreme spremnika
Uklanjanje putanja lutajućih struja koristi svim uronjenim metalnim komponentama. Anodne košare, zavojnice za grijanje/hlađenje (ako su odvojene), osovine mješalica, kućišta senzora razine i stijenke spremnika imaju smanjenu koroziju kada se eliminiraju lutajuće struje.
Konkretno za košare od titanijske anode, produljenje životnog vijeka od ugradnje PTFE grijača je 2-3×-od 12-18 mjeseci do 36-48 mjeseci u agresivnoj usluzi poniklavanja. Sama ušteda troškova zamjene anodnih košara često opravdava pretvorbu PTFE izmjenjivača topline, neovisno o produženom radnom vijeku grijača.
Sažetak
PTFE izmjenjivači topline eliminiraju koroziju anodnih košara uzrokovanu lutajućim strujama svojim inherentnim svojstvom električne ne{0}}vodljivosti. Za razliku od uzemljenih metalnih grijača koji pružaju alternativni strujni put i pokreću nenamjernu elektrokemijsku koroziju obližnjih metalnih komponenti, PTFE je električki nevidljiv u krugu oplate. Ne ulazi struja, ne postoji put do uzemljenja i ne dolazi do korozije lutajuće struje.
Izolacija štiti anodne košare, stijenke spremnika i sav uronjeni metalni namještaj od oštećenja lutajuće struje. Životni vijek anodnih košara obično se udvostručuje ili utrostručuje kada PTFE grijači zamijene uzemljene metalne alternative.
Inženjerska analiza za prednosti električne izolacije PTFE izmjenjivača topline u specifičnim konfiguracijama spremnika za oplatu dostupna je nakon podnošenja specifikacija ispravljača, rasporeda spremnika, podataka o materijalu košare anode i životnom vijeku te trenutnoj konfiguraciji uzemljenja.
