สำหรับการติดตั้งเครื่องทำความร้อนมัดท่อไทเทเนียมเพิ่มเติมในถังเหล็กคาร์บอนที่มีโซเดียมคลอไรต์ 10% ที่ 60 องศา ความต้านทานการแยกทางไฟฟ้าขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อป้องกันการดูดซึมไฮโดรเจนแบบกัลวานิกคือเท่าใด

โซเดียมคลอไรท์ (NaClO2) 10 % ที่ 60 องศา เป็นสารละลายออกซิไดซ์ที่ใช้ในการฟอกขาวและบำบัดน้ำ เมื่อชุดทำความร้อนแบบมัดท่อไทเทเนียมถูกดัดแปลงเข้ากับถังเหล็กคาร์บอนที่มีอยู่ จะมีการสร้างคู่กัลวานิกขึ้นเนื่องจากไทเทเนียมมีความหรูหรามากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นขั้วบวกและสึกกร่อน และไทเทเนียมเป็นแคโทด เมื่อมีศักยภาพเชิงลบเพียงพอ การลดออกซิเจนและการวิวัฒนาการของไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นที่แคโทดบนไทเทเนียม ไทเทเนียมที่สร้างขึ้นสามารถดูดซับไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นได้และทำให้เกิดการเปราะ เครื่องทำความร้อนไทเทเนียมมีฉนวนไฟฟ้าจากถังเหล็กคาร์บอน ซึ่งจะทำให้วงจรไฟฟ้าเสียหาย ความต้านทานการแยกทางไฟฟ้าขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้กระแสกัลวานิกเกินเกณฑ์การดูดซับไฮโดรเจน (ประมาณ 0.1 mA/cm^2 บนพื้นผิวไทเทเนียม) คือ 1 เมกะโอห์ม (1,000,000 โอห์ม)

กลไกการดูดซึมไฮโดรเจนกัลวานิกบนไทเทเนียมในอิเล็กโทรไลต์คลอไรต์

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- ->ฮ2 + 2โอ้- อะตอมไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นที่พื้นผิวไทเทเนียม และอาจซึมเข้าไปในโลหะได้ ที่ความหนาแน่นปัจจุบัน > 0.1-0.2 mA/cm2 อัตราการดูดซับไฮโดรเจนจะสูงพอที่จะทำให้วัสดุเปราะเมื่อเวลาผ่านไป การแยกไฟฟ้าทำให้เกิดเส้นทางที่มีความต้านทานสูงในวงจร เพื่อลดกระแสกัลวานิกให้ถึงขีดจำกัดที่ปลอดภัย ความต้านทานการแยกที่ต้องการถูกกำหนดจากความต่างศักย์ไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่อนุญาต

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างการดูดซับไฮโดรเจนและความต้านทานของฉนวน

สำหรับเครื่องทำความร้อนมัดท่อไทเทเนียมมาตรฐาน (พื้นที่ผิว 1 ตารางเมตร) และถังเหล็กคาร์บอน (พื้นที่ผิว 10 ตารางเมตร) ในโซเดียมคลอไรต์ 10% ที่ 60 องศาเซลเซียส ความต่างศักย์ไฟฟ้าคือประมาณ 0.6 V กระแสไฟฟ้ากัลวานิกคำนวณเป็น Igalv=ΔV / การแยกตัว i_Ti คือความหนาแน่นกระแสบนไทเทเนียม เท่ากับ I_galv หารด้วยพื้นที่ผิวไทเทเนียม ในกรณีที่ไม่มีการแยกตัว (R_isolation=0 Ω โดยพิจารณาเฉพาะความต้านทานของสารละลายที่ ~10 Ω เท่านั้น) กระแสไฟฟ้ากัลวานิกคือ ~60 mA และ i_Ti คือ 0.06 mA/cm² ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์การดูดซับไฮโดรเจน แต่เป็นเส้นเขตแดนและแปรผันตามรูปทรงเรขาคณิต ด้วย R_isolation=10,000 โอห์ม I_galv จะอยู่ที่ประมาณ 0.06 mA และ i_Ti คือ 0.00006 mA/cm² หรือ 0.06 µA/cm² ซึ่งปลอดภัย สำหรับ R_isolation=100,000 โอห์ม (0.1 MΩ), I_galv จะอยู่ที่ประมาณ 0.006 mA และ i_Ti=0.006 µA/cm 2 ซึ่งมีอัตราความปลอดภัยสูง หาก R_isolation=1,000,000 โอห์ม (1 MΩ) I_galv จะอยู่ที่ประมาณ 0.6 µA และ i_Ti คือ 0.0006 µA/cm 2 ซึ่งไม่มีนัยสำคัญและเป็นข้อกำหนดมาตรฐาน การแยกสัญญาณเกิน-ที่ระบุ (แต่ใช้ได้) โดยมี R_isolation=10,000,000 โอห์ม (10 MΩ)

อิทธิพลของความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรต์และอุณหภูมิต่อความต้านทานการแยกตัวที่ต้องการ

ความต้านทานการแยกขั้นต่ำที่จำเป็นนั้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรต์และอุณหภูมิในการทำงาน เนื่องจากสิ่งเหล่านี้มีอิทธิพลต่อความต่างศักย์ไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้าคือ 0.4 V ที่ 5% NaClO2 และ 40 องศา และความต้านทานการแยกขั้นต่ำสำหรับ i_Ti<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.

คู่มือข้อมูลจำเพาะและการตรวจสอบสำหรับความต้านทานการแยกสารคลอไรท์

ตารางต่อไปนี้แสดงวิธีการบรรลุความต้านทานการแยกขั้นต่ำและขั้นตอนการตรวจสอบระหว่างการติดตั้งและการตรวจสอบเป็นระยะ

วิธีการแยก การตรวจสอบความต้านทานที่คาดหวัง (MΩ) ระหว่างการตรวจสอบการติดตั้งเป็นระยะ (ทุก 6 เดือน)
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 โมอา
ปะเก็นยางเท่านั้น (ไม่แนะนำ) 0.1–1 เมกโอห์มมิเตอร์ไม่คงที่ (250V)
ติดต่อโดยตรง (ไม่มีการแยก)<0.001 Continuity test (beep) Not applicable
การออกแบบความต้านทานการแยกและการเลือกใช้วัสดุที่เหนือกว่า

ความต้านทานการแยกที่ต้องการไม่ขึ้นอยู่กับเกรดไทเทเนียม เนื่องจากพฤติกรรมทางไฟฟ้าของเกรด 2 และเกรด 7 มีความคล้ายคลึงกัน ความหนาของผนังให้ค่าเผื่อการดูดซับไฮโดรเจน ผนังขนาด 2.0 มม. เกิดการเปราะที่อัตราครึ่งหนึ่งของผนัง 1.0 มม. ที่อัตราการดูดซับเท่ากัน หากไม่สามารถแยกแยกได้ ควรป้องกันถังเหล็กคาร์บอนแบบ cathodic ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดศักย์ไฟฟ้าเชิงลบมากขึ้น และทำให้การดูดซึมไฮโดรเจนบนไทเทเนียมเพิ่มมากขึ้น เทคนิคที่เหมาะสมที่สุดคือการติดตั้งถังไทเทเนียมหรือถังพลาสติก-เพื่อขจัดข้อต่อกัลวานิกโดยสิ้นเชิง ควรตรวจสอบความต้านทานของฉนวนเป็นครั้งคราว เช่น ทุก 6 เดือน เนื่องจากปะเก็นอาจคืบคลานได้ และตัวยึดอาจคลายตัวและความต้านทานลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

ข้อมูลจำเพาะแจ้ง

สำหรับเครื่องทำความร้อนมัดท่อไทเทเนียมที่ดัดแปลงในถังเหล็กคาร์บอนที่มีโซเดียมคลอไรต์ 10% ที่ 60 องศา จำเป็นต้องมีการแยกทางไฟฟ้าที่มีความต้านทานขั้นต่ำ 1 MΩ วัดระหว่างเครื่องทำความร้อนและถังโดยใช้เมกะโอห์มมิเตอร์ 500V ฮาร์ดแวร์สำหรับติดตั้งทั้งหมดควรใช้ปะเก็น PTFE ที่มีความหนาอย่างน้อย 3 มม. และปลอกน๊อตและแหวนรอง PTFE การติดตั้งที่มีอยู่: วัดความต้านทานการแยกก่อนนำไปใช้งาน หากความต้านทานน้อยกว่า 1 MΩ ให้เพิ่มข้อต่อแยกอิเล็กทริกหรือเปลี่ยนปะเก็น ในระหว่างการทำงาน ให้-วัดความต้านทานอีกครั้งทุก 6 เดือน หากความต้านทานลดลงต่ำกว่า 0.5 MΩ ให้ตรวจสอบและแก้ไขส่วนประกอบแยก อย่าใช้การป้องกันแบบแคโทดิกแทนการแยกเดี่ยว เนื่องจากจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการดูดซับไฮโดรเจนบนไทเทเนียม วิศวกรป้องกันการเปราะของไฮโดรเจนกัลวานิกของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมในบริการโซเดียมคลอไรต์ โดยคงความต้านทานการแยกทางไฟฟ้าไว้ที่มากกว่า 1 MΩ