W jaki sposób metoda uziemienia elektrycznego (bez uziemienia, z jednym-uziemieniem z jednego końca lub z uziemieniem od środka-od kranu) grzejnika z osłoną tytanową wpływa na ryzyko korozji prądów błądzących w elektrolicie przewodzącym (np. 5% NaCl)?

Podstawowy kompromis w projektowaniu uziemień dla elektrolitów przewodzących
Grzejniki w obudowie tytanowej w przewodzących elektrolitach (5% solanka NaCl, woda morska lub rozcieńczone kwasy) mogą podlegać korozji spowodowanej prądem błądzącym, gdy masa elektryczna tworzy niepożądane kanały prądowe. Jeżeli osłona ma inny potencjał elektryczny niż zbiornik lub roztwór, prądy błądzące będą przepływać z osłony grzejnika do masy poprzez elektrolit. W zależności od schematu uziemienia osłona tytanowa będzie albo anodą (koroduje), albo katodą (chronioną). Istnieją trzy typowe konfiguracje uziemienia: nieuziemione (pływające), uziemione-na jednym końcu (osłona połączona z uziemieniem w skrzynce przyłączowej) i uziemione-odczepem środkowym (uziemiony punkt środkowy wewnętrznego drutu oporowego). Każda z metod skutkuje odmiennym rozkładem potencjału na długości powłoki, co wpływa na lokalizację i nasilenie korozji prądami błądzącymi. Grubość ścianki nie wpływa na siłę napędową elektrochemiczną, chociaż ma to wpływ na czas do perforacji po rozpoczęciu korozji.

Wpływ na integralność mechaniczną: strefy anodowe, ścieżki prądu błądzącego
W nieuziemionym grzejniku (osłona oddzielona elektrycznie od masy) nie ma obwodu zamkniętego dla prądów błądzących, a tytanowa osłona przejmuje potencjał-elektrolitu w obwodzie otwartym (około -0,2 V w porównaniu z Ag/AgCl w 5% NaCl). Nie ma korozji spowodowanej prądem błądzącym, ponieważ nie ma możliwości przepływu prądu. Jednakże w łatwopalnej atmosferze może gromadzić się ładunek statyczny, który może spowodować iskrzenie.

W grzejniku z uziemieniem jednostronnym (uziemionym od strony skrzynki przyłączeniowej) uziemiony koniec ma napięcie 0 V, a koniec zanurzony unosi się na potencjale elektrolitu. Na całej długości osłony może występować gradient. Na zanurzonym końcu prąd przepływa od elektrolitu do powłoki (obszar katodowy, chroniony), podczas gdy w kierunku uziemionego końca prąd płynie od powłoki do elektrolitu (obszar anodowy, koroduje). Strefa anodowa zwykle znajduje się 50-150 mm od uziemionego końca. Szybkość korozji w tej strefie może sięgać 0,5-2,0 mm/rok w zależności od przewodności elektrolitu i napięcia błądzącego.

W grzejniku z uziemieniem centralnym (tj. środek wewnętrznego przewodu oporowego jest uziemiony, ale nie osłona) osłona jest oddzielona od uziemienia, ale wewnętrzne uziemienie przewodu generuje sprzężenie pojemnościowe. W trybie prądu przemiennego małe prądy (od mikroamperów do miliamperów) przepływają przez izolację MgO do powłoki, a następnie do elektrolitu. Powoduje to niewielką ilość prądu błądzącego na całej powierzchni powłoki, powodując uogólnioną korozję o wielkości 0,05–0,20 mm rocznie.

Wpływ na wydajność cieplną: Brak bezpośredniego wpływu
Przenikanie ciepła i parametry cieplne są niezależne od metody uziemienia. Uziemienie elektryczne nie ma wpływu na rozkład temperatury wzdłuż powłoki, który jest podyktowany gęstością mocy i warunkami cieczy.

Synteza-kompromisu: metoda uziemienia a ryzyko prądu błądzącego
Metoda uziemienia Lokalizacja strefy anodowej Typowy stopień korozji (mm/rok) Grubość ścianki (mm) przez 5 lat użytkowania Poziom ryzyka
Pływający (bez uziemienia) Brak 0.00 0.8 (tylko mechaniczne) Brak (ale zagrożenie statyczne)
Uziemiony na jednym końcu (skrzynka przyłączeniowa) W pobliżu uziemionego końca (50-150 mm) 0.5 - 2.0 mm/rok 3.5 - 10.5 mm Wysoka - niemożliwa
Izolacja dielektryczna + jeden koniec uziemionyBrak (jeśli jest prawidłowo izolowany) 0.00 0.8 mm Izolacja: Brak
Płaszcz pływający (uziemiony w środku-tap)Jednolity wzdłuż płaszcza 0,05 – 0,20 mm/rok 1,1 – 1,8 mm Od niskiego do mod
Uziemiony centralnie kran + kontrola wilgoci MgO Jednolita 0,02 – 0,05 mm/rok 0,9 – 1,1 mm Dopuszczalna
Uziemienie jednego końca bez izolacji dielektrycznej nie ma zastosowania do elektrolitów przewodzących, ponieważ szybkość korozji zlokalizowanej w pobliżu uziemionego końca przekracza 0,5 mm/rok, co wymaga niepraktycznie grubych ścian.

Inżynieria za ścianą: praktyki izolacji dielektrycznej i uziemienia
W przypadku grzejników w obudowie tytanowej stosowanych w elektrolitach przewodzących preferowaną praktyką jest działanie bez uziemienia (pływającego) z wykrywaniem zwarcia doziemnego. Podgrzewacz jest odizolowany elektrycznie od zbiornika uszczelkami i tulejami z PTFE lub PEEK. Monitor zwarcia doziemnego ostrzega, gdy prąd upływowy osiągnie bezpieczny limit (zwykle 5–30 mA). Eliminuje to całkowicie korozję powodowaną przez prądy błądzące.

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 przy 500 VDC. Lub centralne uziemienie-odczepu z pływającą osłoną zapewnia kontrolowany prąd błądzący o niskim-poziomie, który powoduje mniejszą korozję, jeśli izolacja MgO jest sucha i dobrej jakości.

Wniosek: nieuziemiony, z preferowaną-grubością ścianek GFCI, nie ma znaczenia
Metoda uziemienia elektrycznego grzejnika w obudowie tytanowej w przewodzącym elektrolicie (5% NaCl) określa ryzyko korozji spowodowanej prądem błądzącym, która może wymagać niepraktycznie grubych ścian, aby osiągnąć 5-letnią żywotność. Uziemienie jednego-końca bez izolacji dielektrycznej prowadzi do lokalnej szybkości korozji wynoszącej 0,5-2,0 mm rocznie w pobliżu uziemionego końca, co wymaga ścian o grubości 3,5-10,5 mm-co nie jest możliwe w przypadku rur grzewczych. Specyfikacja powinna dotyczyć nieuziemionego (pływającego) grzejnika z zabezpieczeniem przed zwarciem doziemnym (GFCI) i izolacją dielektryczną na kołnierzu montażowym. Usuwa to korozję spowodowaną prądami błądzącymi, umożliwiając normalną grubość ścianki 1,0-1,2 mm. Jeśli wymagane jest uziemienie, zainstaluj złącze dielektryczne i uziemienie na jednym końcu lub użyj uziemienia centralnego z dobrej jakości suchym MgO. Należy podać producentowi metodę uziemienia i przewodność elektrolitu wymagane w celu potwierdzenia, że ​​korozja spowodowana prądami błądzącymi jest zmniejszona. Grubość ścianki jest zmienną drugorzędną. Głównym wymaganiem projektowym jest zapobieganie prądom błądzącym.