Как методът на електрическо заземяване (незаземен, един-край заземен или централен-кран заземен) на нагревател с титаниева обвивка влияе върху риска от корозия на блуждаещ ток в проводящ електролит (напр. 5% NaCl)?

Основният компромис при проектирането на заземяване за проводими електролити
Обвити в титан нагреватели в проводящи електролити (5% NaCl солен разтвор, морска вода или разредени киселини) могат да бъдат обект на корозия на блуждаещ ток, когато електрическото заземяване създава нежелани токови канали. Ако обвивката е с различен електрически потенциал от резервоара или разтвора, блуждаещи токове ще протичат от обвивката на нагревателя към земята през електролита. В зависимост от схемата на заземяване, титановата обвивка ще бъде или анод (корозира), или катод (защитен). Има три типични конфигурации на заземяване: незаземено (плаващо), един-край заземен (обвивка, свързана със земята в съединителната кутия) и централен-кран заземен (централната точка на проводника с вътрешно съпротивление е заземена). Всеки от методите води до ясно разпределение на потенциала по дължината на обвивката и това влияе върху местоположението и тежестта на корозията на блуждаещ ток. Електрохимичната задвижваща мощност не се възпрепятства от дебелината на стената, въпреки че времето до перфорация след започване на корозията ще бъде засегнато.

Ефект върху механичната цялост: анодни зони, пътища на блуждаещ ток
В незаземен нагревател (обвивка, електрически отделена от земята), няма затворена верига за блуждаещи токове и титаниевата обвивка поема потенциала на отворената{0}} верига на електролита (около −0,2 V спрямо Ag/AgCl в 5% NaCl). Няма корозия на блуждаещ ток, тъй като няма начин токът да тече. Статичният заряд обаче може да се натрупа и да се превърне в опасност от искра в запалими атмосфери.

В-заземен нагревател в единия край (заземен в края на съединителната кутия), заземеният край е при 0 V, а потопеният край плава при потенциала на електролита. По дължината на обвивката може да има градиент. В потопения край токът протича от електролита към обвивката (катодна област, защитена), докато към заземения край токът тече от обвивката към електролита (анодна област, корозира). Анодната зона обикновено се намира на 50-150 mm от заземения край. Скоростта на корозия в тази зона може да достигне 0,5-2,0 mm/година в зависимост от проводимостта на електролита и блуждаещото напрежение.

В заземен нагревател с централен кран (т.е. средата на проводника с вътрешно съпротивление е заземен, но не и обвивката) обвивката е отделена от земята, но заземяването на вътрешния проводник генерира капацитивно свързване. При работа с променлив ток малки токове (микроампери до милиампери) преминават през MgO изолацията към обвивката и след това към електролита. Това причинява умерено количество блуждаещ ток по цялата повърхност на обвивката, създавайки обща корозия от 0,05-0,20 mm на година.

Ефект върху топлинните характеристики: Няма пряк ефект
Преносът на топлина и топлинните характеристики не зависят от метода на заземяване. Електрическото заземяване не влияе върху разпределението на температурата по обвивката, което се определя от плътността на мощността и условията на течността.

Компромис{0}}синтез: метод на заземяване срещу риск от блуждаещ ток
Метод на заземяване Местоположение на анодна зона Типична скорост на корозия (mm/год) Дебелина на стената (mm) за 5 години обслужване Ниво на риск
Плаващ (незаземен) Няма 0.00 0.8 (само механични) Няма (но статична опасност)
Заземен в единия край (съединителна кутия) Близо до заземен край (50-150 mm) 0.5 - 2.0 mm/година 3.5 - 10.5 mm Висок - не е възможно
Диелектрична изолация + единият край заземен Няма (ако е правилно изолиран) 0.00 0.8 mm Изолация: Няма
Плаваща обвивка (заземена в центъра-кран) Равномерна по протежение на обвивката 0,05 – 0,20 mm/година 1,1 – 1,8 mm Ниска до мод.
Централен кран заземен + MgO контрол на влагата Равномерно 0,02 – 0,05 mm/година 0,9 – 1,1 mm Приемливо
-Заземяването на единия край без диелектрична изолация не е приложимо за проводими електролити, тъй като локализираната скорост на корозия близо до заземения край е по-висока от 0,5 mm/година, което изисква непрактично дебели стени.

Инженерство зад стената: Диелектрична изолация и практики за заземяване
За нагреватели с титаниева обвивка, използвани в проводими електролити, предпочитаната практика е да работят незаземени (плаващи) с откриване на заземяване. Нагревателят е електрически изолиран от резервоара чрез PTFE или PEEK уплътнения и маншети. Мониторът за заземяване осигурява предупреждение, когато токът на утечка достигне безопасна граница (обикновено 5-30 mA). Това напълно елиминира корозията на блуждаещ ток.

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 MΩ при 500 VDC. Или централното{3}}заземяване на крана с плаваща обвивка дава контролирано ниско-ниво на блуждаещ ток, което причинява по-малко корозия, ако MgO изолацията е суха и с добро качество.

Заключение: липсата на основа с предпочитана{0}}дебелина на стената от GFCI е без значение
Методът за електрическо заземяване на нагревател с титаниева обвивка в проводим електролит (5% NaCl) определя риска от корозия на блуждаещ ток, която може да изисква непрактично дебели стени, за да се постигне 5-годишен живот. Заземяването на един-край без диелектрична изолация води до локални нива на корозия от 0,5-2,0 mm на година близо до заземения край, което изисква стени от 3,5-10,5 mm-не е възможно за нагревателни тръби. Спецификацията трябва да е за незаземен (плаващ) нагревател с прекъсвач на веригата при заземяване (GFCI) и диелектрична изолация на монтажния фланец. Това премахва корозията на блуждаещия ток, позволявайки нормална дебелина на стената от 1,0-1,2 mm. Ако се изисква заземяване, инсталирайте диелектричен конектор и заземяване в единия край или използвайте централно заземяване със сух MgO с добро качество. Осигурете на производителя необходимия метод за заземяване и електролитна проводимост, за да потвърдите, че корозията на блуждаещ ток е намалена. Дебелината на стената е вторична променлива. Основното изискване за проектиране е предотвратяване на блуждаещ ток.