Wie verändert das Vorhandensein einer Gummiauskleidung an der Tankwand das Risiko galvanischer Korrosion für eine ungebundene Titanheizung im selben Elektrolyten?

Und für einen Verfahrenstechniker, der einen Titan-Tauchsieder in einen Stahltank mit Gummiauskleidung einbaut, ist das Risiko einer galvanischen Korrosion ganz anders, als wenn der Tank aus nicht ausgekleidetem Stahl wäre. Die Titanheizung ist galvanisch mit einer riesigen Oberfläche aus Kohlenstoffstahl in einem nicht ausgekleideten Stahltank verbunden. Der Stahl (Anode) korrodiert bevorzugt und schützt dabei vorzugsweise das Titan (Kathode). Die Wand des Stahltanks korrodiert, die Titanheizung jedoch nicht. Der Isoliergummi in einem mit Gummi ausgekleideten Tank isolierte den Stahl elektrisch vom Elektrolyten. Es gibt jetzt keinen großen kathodischen Bereich, mit dem die Titanheizung gekoppelt werden kann. Wenn es jedoch einen geringfügigen Defekt in der Gummiauskleidung gibt (ein Loch, ein Kratzer oder eine beschädigte Stelle), entsteht ein sehr schädliches galvanisches Paar, bei dem eine sehr kleine Menge freiliegender Stahl (Anode) mit einer sehr großen Titanfläche (Kathode) verbunden wird. Der galvanische Strom konzentriert sich auf den kleinen Stahlfehler und führt zu einer schnellen, tiefen Lochfraßbildung in der Stahltankwand unter dem Gummi, was zu einer Ablösung der Auskleidung und einem Tankversagen führt. Der Tank fällt aus, aber die Titanheizung selbst bleibt unversehrt.

Der Mechanismus der galvanischen Korrosion in mit Gummi-ausgekleideten Tanks
Gummifutter. Die Gummiauskleidung eines mit Gummi ausgekleideten Tanks isoliert das Stahlsubstrat elektrisch vom Elektrolyten. Der Titanheizer ist beim Eintauchen elektrisch vom Stahl isoliert. Es fließt kein galvanischer Strom durch und das Titan und der Stahl (umhüllt vom unbeschädigten Gummi) korrodieren nicht. Wenn die Gummiauskleidung jedoch defekt ist (Loch, Schnitt oder beschädigte Stelle), fungiert der freiliegende Stahl als winzige Anode. Die riesige Titanheizung (und alle anderen benetzten Metalloberflächen) ist eine riesige Kathode. Das Verhältnis von Kathodenfläche zu Anodenfläche kann größer als 1.000:1 sein. Der galvanische Strom wird auf den kleinen Stahlfehler fokussiert, was zu einer Stromdichte von 1 bis 10 mA/cm2 an der Fehlerstelle führt. Die hohe Stromdichte löst den Stahl schnell auf und erzeugt einen tiefen Graben, der die Gummiauskleidung untergräbt. Der Gummi verliert seinen Halt, löst sich möglicherweise ab und legt mehr Stahl frei, was zu einem häufigeren Versagen führt. Da der Titanheizer selbst die Kathode ist, ist er geschützt und wird nicht beschädigt.

Quantifizierung der galvanischen Stromdichte an Defekten in Gummiauskleidungen
Titan-Heizungsoberfläche (cm2) Gummi-Defektfläche (cm2) Kathoden-/Anodenflächenverhältnis Galvanischer Strom (μA) Stromdichte am Defekt (mA/cm2) Zeit bis zur Perforation einer 6-mm-Stahltankwand (Jahre) 1,000 10 (großer Defekt) 100:1 1,000 0.1 5-10 1,000 1 (Nadelloch) 1.000:1 1,000 1.0 0.5-1 1,000 0.1 (kleiner Kratzer) 10.000:1 1,000 10 0.05-0.1 (Wochen bis Monate) 2,000 0.1 20.000:1 2,000 20 0.03-0.05 (Monate) 5,000 0.1 50.000:1 5,000 50 < 1 Monat 10.000 0.1 100.000:1 10,000 100 < 2 Wochen
Ein Szenario zur Installation von Titanheizungen in mit Gummi ausgekleideten Tanks: Ein Leitfaden
Zustand der elektrischen Verbindung der Tankauskleidungsheizung. Galvanisches Risiko. Empfohlene Maßnahme
Gummi ist in Ordnung, keine Mängel. Heizung getrennt (nicht verklebt) Sehr niedrig (kein Stromkreis) OK. Jährliche Auskleidung des Monitors.
Keine Mängel, Gummi intaktHeizung mit Stahl (Erde) verbundenNiedrig (keine Berührung des Elektrolyten mit Stahl)Optional, aber empfohlen.
kleine Löcher (< 1 mm2) in rubberHeater isolated High (localized pitting of steel)Fix pinholes. The heater is isolated by nylon bushings.
Löcher in Gummi stechenStahlgebundener HeizerNiedrig (Titan und Stahl auf gleichem Potenzial) Durch das Kleben wird das Potenzial ausgeglichen und galvanische Paare entfernt.
Große beschädigte Gummifläche. Heizung isoliert. Sehr hoch (große freiliegende Stahlfläche). Heizung entfernen oder Auskleidung sofort reparieren.
Alter der Gummiauskleidung > 10 Jahre (unbekannte Fehler). Heizung isoliert. Unbekannt (vielleicht groß). Führen Sie einen Funkentest an der Auskleidung durch. Heizungsisolierung.
Jeder Tank mit Gummiauskleidung und kathodischem Schutz. Heizung isoliert. Niedrig (CP schützt Stahl). OK. Überprüfen Sie, ob das CP-System funktioniert.
Technische Lösungen zur Minderung galvanischer Risiken
Es stehen drei Optionen zur Verfügung, um die Gefahr einer galvanischen Korrosion von Auskleidungsfehlern zu verhindern, wenn eine Titanheizung in einen mit Gummi ausgekleideten Tank eingebaut werden soll. Bei der ersten Option ist die Titanheizung elektrisch mit der Stahltankwand verbunden (z. B. über einen Kupferdraht, der an einer unbeschichteten Armatur befestigt ist). Liegen Titan und Stahl auf dem gleichen Potenzial, ist der galvanische Strom Null, auch wenn die Gummiauskleidung fehlerhaft ist. Der Stahl wird durch die große kathodische Fläche des Titans geschützt (kathodischer Schutz). Die zweite Methode besteht darin, eine Opferanode (Zink oder Aluminium) an der Titanheizung anzubringen. Bei jedem Auskleidungsfehler korrodiert die Anode, nicht der Stahl. Die dritte Methode besteht darin, vor dem Einbau des Heizgeräts einen Funkentest an der Gummiauskleidung durchzuführen, um alle Fehler zu finden und zu beheben. Nadellöcher werden mit einem Hochspannungs-Funkentester (5–15 kV) erkannt, der einen Stromkreis zum Stahlsubstrat schließt. Wenn ein Fehler festgestellt wird, wird dieser durch ein Gummiflickenmittel behoben.

Fazit: Heizungs-Isolierte Gummitanks-ausgekleidete Tanks bergen bei Auskleidungsdefekten ein hohes galvanisches Risiko
Das Hinzufügen einer Gummiauskleidung in einer Tankwand verändert das Risiko galvanischer Korrosion für eine ungebundene Titanheizung vollständig. Der große Stahlbereich dient als Opferanode zum Schutz der Titanheizung in einem unausgekleideten Stahltank. Der Stahl ist in einem mit Gummi-ausgekleideten Tank elektrisch vom Elektrolyten isoliert. Wenn die Gummiauskleidung defekt ist (Löcher, Abrieb oder Beschädigung), entsteht ein äußerst schädliches galvanisches Paar: eine sehr kleine Stahlanode gepaart mit einer sehr großen Titankathode. Die galvanische Stromdichte an der Fehlstelle kann 1-100 mA/cm² erreichen und eine 6 mm dicke Stahltankwand innerhalb von Wochen bis Monaten perforieren. Die Titanheizung selbst ist in Ordnung, allerdings ist der Tank stark kaputt. Um diese Fehlerart zu vermeiden, sollten Titanheizungen in mit Gummi-ausgekleideten Tanks elektrisch mit der Stahltankwand verbunden werden, um Potentiale auszugleichen und das galvanische Paar zu beseitigen. Wenn Sie beispielsweise eine Titanheizung für einen mit Gummi ausgekleideten Tank bestellen, die Hardware für die elektrische Verbindung anfordern und die Auskleidung auf Funken prüfen, können Sie sicherstellen, dass galvanische Korrosion an Auskleidungsfehlern nicht zu einem vorzeitigen Ausfall des Tanks führt.