Използването на жертвен цинков анод в резервоара ускорява или забавя корозията на металната сърцевина на PFA нагревател?

Галванична корозия на метални стени и компоненти на резервоар от жертвени цинкови аноди. Металната сърцевина обаче е обвита и не е в директен контакт с течността на резервоара (в случай на PFA нагревател), докато PFA обвивката не бъде компрометирана. Ако PFA е непокътнат, цинковият анод няма да повлияе на сърцевината, тъй като няма електрически канал. Ако PFA е компрометиран (пукнатина, мехур, дупка), откритата метална сърцевина е в галваничната верига. В повечето резервоари цинкът е по-аноден (по-висок отрицателен потенциал) от основните материали (Incology, титан, неръждаема стомана). Това ще доведе до предпочитана корозия на цинковия анод, предпазвайки ядрото. Това забавя корозията на сърцевината и удължава живота на нагревателя след пробив. Но ако резервоарът е пълен с окислителни киселини (азотна, хромова) или цинковият анод се изтощава бързо, тогава разтворените цинкови йони могат да ускорят разграждането на PFA? Няма директен доказателство. Цинковият анод не се използва като жертвен анод за неутрална до умерено киселинна работа. Цинкът се разтваря бързо в силно оксидиращи киселини, без да образува защитен слой, така че не помага. В никакъв случай цинковият анод не ускорява корозията на сърцевината – той работи само след пробив.

Галванична серия и механизъм на защита
Стандартни електродни потенциали (спрямо стандартен водороден електрод):

Zn: -0,76V

Incoloy 825: Пасивен ≈-0,20 до -0,10 V

Титан: -0,05 до +0.05 V (пасивен)

Неръждаема стомана 316: пасивна -0,10 до -0,05 V

Цинкът е по-аноден от всички метали на сърцевината на нагревателя. Ако два метала са електрически свързани в електролит (течността в резервоара), по-анодният (цинк) корозира и защитава по-катодния (сърцевина). Сърцевината не е в контакт с течността-няма верига, когато PFA обвивката е непокътната. Ако се развие пробив, сърцевината влиза в контакт с течността. Цинковият анод, ако има такъв, е свързан в електрическа верига към масата на нагревателя, а земята е свързана към резервоара, така че цинкът ще корозира, а не сърцевината. Сърцевината е изложена само на ограничен потенциал от цинка (0,2-0,5 V), който не е достатъчен за получаване на питинг.

Ефект на цинковия анод върху удължаването на живота на нагревателя
Състояние PFA обвивка Цинков анод Има ли? Скорост на корозия на сърцевината след пробив (mm/год) Време от пробив до повреда Полза Цяло Да или Не 0 Без нарушение Неопределено Нито
Счупено (малка дупка) Повредено Не 1–3 (бързо) Дни до седмици Няма
Нарушено Повредено Да<0.1 (zinc protects) Months to years Significant Breached in oxidising acid (HNO3, CrO3) Damaged Yes Zinc degrades quickly, little protection Weeks little Very little
Нарушаване в хлориден разтвор (морска вода) Повредено Не 2-5 (питинг) Дни N/A
Нарушаване на хлорид Повреден Да<0.05 >1 г. Отлично
Кога е полезен цинковият анод
Цинкът е доста ефективен в неутрална до леко кисела вода (pH 4-9, наличие на хлориди). Той защитава нарушението на основния пост.

Разредена сярна или солна киселина (<10%, pH 1-3): Zinc will dissolve, but still offers some protection. Change the zinc more often.

Морска вода или саламура: Добра защита Използвайте цинк с висока чистота (без кадмий, без олово).

Заземяване: Трябва да се поддържа електрическа непрекъснатост от сърцевината на нагревателя до заземяването на резервоара и цинковият анод трябва да бъде заземен към същото заземяване.

Кога да избягвате използването на цинков анод
Strong oxidising acids (nitric, chromic, concentrated sulphuric >50%) Цинкът се разтваря бързо, не се образува защитно покритие. След дни или седмици анодът се изяжда. Без защита.

High temperature (>80 градуса): Цинкът корозира твърде бързо. Вместо това използвайте алуминиеви или магнезиеви аноди (по-анодни, но с по-кратък живот).

Alkaline solutions (pH >10): Цинкът създава цинкат и преминава в разтвор. Без алуминий или анод.

Ultrapure water (resistivity >1 MΩ·cm): не-проводима вода=без съществена галванична корозия. Не е необходим анод.

Практическо изпълнение
Ако изберете цинков анод за защита на вашия PFA нагревател:

Проверка на електрическата непрекъснатост: Проверете съпротивлението между заземяващия проводник на нагревателя и масата на резервоара. Трябва да бъде<1 ohm.

Инсталирайте цинков анод (среден размер 1 - 5 килограм) в резервоара, електрически свързан към същото заземяване

Проследявайте месечната консумация на цинк. За 2 килограма анод и 60 градуса разредена киселина консумацията може да бъде 50–200 g/месец Заменете, ако<500 g remains.

Месечна проверка на изолационното съпротивление на нагревателя. Ако падне под 100 MΩ, има пробив. Цинкът ще запази ядрото, но нагревателят трябва да се смени при следващото планирано прекъсване.

Примерно поле
An electroplating line employed PFA heaters in 10% H2SO4 at 70°C. Zinc anodes, 3 kg each, were placed in the tanks. Several heaters developed cracks (due to thermal cycling) over 5 years. In tanks with zinc anodes the broken heaters continued to work for 3–6 months until replacement (insulation resistance remained >10 MΩ). Пукнати нагреватели в резервоари без аноди се повредиха за 1-2 седмици (заземяване). Анодите спестяваха 2000 годишно при ненужен престой. Цинковите аноди струваха 2000 $/година при непланиран престой. Цинковите аноди струваха 50 $ всеки и се сменяха на всеки 3 месеца.

Заключение: Цинковият анод предпазва сърцевината след нарушаване на PFA
The metal core of a PFA heater is unaffected by a sacrificial zinc anode as long as the sheath is intact. When the PFA is breached, the zinc anode (more anodic) corrodes sacrificially, protecting the core and increasing post-breach heater life from days to months. This is suitable for neutral to slightly acidic aqueous service (pH 4-9). With strong oxidising chemicals or at elevated temperatures (>80 градуса) цинкът ще корозира твърде бързо, за да бъде защитен. Използвайте алуминиеви аноди за алкално обслужване. Цинковите аноди са евтина застрахователна полица ($50-100/резервоар), която може да предотврати скъпо заземяване, ако PFA обвивката се счупи. Те не засилват корозията на сърцевината. Те помагат само след поражение. Инсталирайте и наблюдавайте. Спете малко по-добре. Вашият нагревател все още ще се повреди, но ще се повреди по-бавно. И по-бавно е по-добре.