Khi các ống gia nhiệt titan được ghép điện với các kim loại khác nhau có sự chênh lệch điện thế rõ ràng và được ngâm trong môi trường điện phân dẫn điện, một tế bào điện sơ cấp được hình thành một cách tự nhiên. Titan thường có điện thế tương đối dương với màng thụ động titan dioxide ổn định và đóng vai trò là cực âm cần được bảo vệ trong hầu hết các trường hợp. Kim loại có điện thế thấp hơn sẽ đóng vai trò là cực dương và hòa tan nhanh chóng. Tuy nhiên, khi kết hợp với bạch kim, than chì hoặc các kim loại quý khác có tiềm năng cao hơn nhiều, titan sẽ biến thành cực dương và bị ăn mòn cục bộ nghiêm trọng ở các ranh giới tiếp xúc, dẫn đến rỗ và rò rỉ xuyên thấu. Sự ăn mòn như vậy tập trung vào các mối nối lắp ráp, có tốc độ hư hỏng cực kỳ nhanh so với ăn mòn đồng đều thông thường.
1. Cơ chế ăn mòn điện hóa
Titan tạo ra màng thụ động TiO₂ dày đặc trong hầu hết các môi trường nước, có khả năng ăn mòn cao. Khi kết nối trực tiếp với thép carbon, nhôm, kẽm và các kim loại hoạt động khác, kim loại khác biệt này liên tục mất electron và hòa tan ở dạng cực dương, trong khi cực âm titan về cơ bản vẫn còn nguyên vẹn. Nếu titan tiếp xúc với các kim loại quý như bạch kim và than chì, tiềm năng của nó tương đối âm, màng thụ động ở cạnh tiếp xúc sẽ bị phá vỡ tốt hơn và ma trận titan hòa tan mạnh mẽ dưới dạng cực dương. Tỷ lệ diện tích giữa cực âm và cực dương càng lớn thì mật độ dòng điện trên bề mặt cực dương càng cao và sự ăn mòn cục bộ lan rộng dọc theo khe hở tiếp xúc càng nhanh. Môi trường có ion clorua và florua sẽ tiếp tục phá hủy màng thụ động không hoàn chỉnh và đẩy nhanh quá trình thẩm thấu.
2. Vị trí điển hình dễ bị ăn mòn điện
Vùng tiếp xúc giữa ống titan và giá đỡ bằng thép cacbon, kẹp ống và giá đỡ cố định;
Kết nối mặt bích sử dụng bu lông và miếng đệm bằng đồng thau, thép mạ kẽm hoặc hợp kim nhôm;
Vị trí hàn chuyển tiếp giữa đường ống chính bằng titan và-các phụ kiện đường ống phụ không bằng titan;
Các mối nối ren phù hợp với bộ điều hợp thép thông thường và đầu nối kim loại không đồng nhất;
Các khu vực bị ướt, nơi các bộ phận titan chạm vào các khung kết cấu kim loại khác và vỏ thiết bị.
3. Các yếu tố cốt lõi đẩy nhanh quá trình ăn mòn điện
Khoảng cách tiềm năng quá mức giữa hai loại vật liệu kim loại không đồng nhất phù hợp;
Titan là cực dương-diện tích nhỏ kết hợp với cực âm-kim loại quý có diện tích lớn, tăng tốc độ ăn mòn lên rất nhiều;
Môi trường có độ dẫn điện cao và các ion halogen phá vỡ màng thụ động và tăng cường phản ứng điện hóa;
Chất lỏng ngưng tụ và môi trường xử lý thấm vào các khe lắp ráp tạo thành môi trường điện phân khép kín;
Thiếu biện pháp cách ly cách điện dẫn đến tiếp xúc dẫn điện trực tiếp giữa hai kim loại.
4. Các biện pháp kỹ thuật kiểm soát và ngăn chặn liên kết đầy đủ-
① Áp dụng nguyên tắc kết hợp vật liệu đồng nhất
Thống nhất các giá đỡ, ốc vít và các phụ kiện kết nối bằng vật liệu titan để loại bỏ sự khác biệt tiềm ẩn một cách cơ bản.
② Thêm miếng đệm cách điện và ống cách ly giữa các kim loại khác nhau
Sử dụng các bộ phận cách điện bằng PTFE, cao su hoặc gốm để cắt các vòng dẫn điện và ngăn chặn sự hình thành tế bào điện.
③ Tối ưu hóa tỷ lệ diện tích cực âm-cực dương cho kết nối hỗn hợp không thể tránh khỏi
Đảm bảo phần cực dương dễ bị ăn mòn có diện tích tiếp xúc lớn hơn để giảm mật độ dòng điện ăn mòn thiết bị.
④ Bịt kín các khe hở của cụm lắp ráp bằng-chất bịt kín chống ăn mòn
Ngăn chặn chất lỏng ăn mòn thấm vào các bề mặt tiếp xúc để tránh tích tụ chất điện phân.
⑤ Cấu hình bảo vệ cực dương hy sinh cho các cấu trúc kim loại hỗn hợp phức tạp
Lắp đặt các khối hy sinh có tiềm năng thấp-để ưu tiên ăn mòn và bảo vệ các ống gia nhiệt bằng titan.
5. Bảng so sánh hiệu quả phòng ngừa
表格
| Sơ đồ kết hợp lắp ráp | Nguy cơ ăn mòn điện | Đề xuất ứng dụng |
|---|---|---|
| Tiếp xúc trực tiếp giữa các phụ kiện bằng thép carbon và bề mặt titan trần | Ăn mòn nhanh các phụ kiện và rỗ cạnh trên titan | Thêm lớp cách nhiệt hoặc thay thế bằng các bộ phận titan ngay lập tức |
| Kết hợp titan đầy đủ + xử lý bịt kín khe hở | Về cơ bản loại bỏ những nguy hiểm tiềm ẩn do ăn mòn điện | Đặc điểm kỹ thuật lắp đặt tiêu chuẩn cho đường ống áp lực titan |
| Cách ly cách điện + bảo vệ cực dương hy sinh phụ | Hiệu suất chống ăn mòn điện-ổn định lâu dài- | Kế hoạch hỗ trợ bắt buộc thiết kế kim loại hỗn hợp |
Phần kết luận
Ăn mòn điện của ống gia nhiệt titan được gây ra bởi sự chênh lệch điện thế giữa các kim loại khác nhau và mạch dẫn điện kín. Ý tưởng phòng ngừa cốt lõi là lựa chọn vật liệu phù hợp thống nhất, sử dụng vật liệu cách nhiệt để ngắt kết nối các đường dẫn điện, bịt kín các khoảng trống để cách ly môi trường ăn mòn và áp dụng biện pháp bảo vệ phụ trợ anode hy sinh. Việc kiểm tra nghiêm ngặt vật liệu đầu vào và quản lý quy trình lắp ráp được tiêu chuẩn hóa có thể tránh được hiện tượng rò rỉ sớm do ăn mòn điện tại các vị trí kết nối của ống gia nhiệt titan một cách hiệu quả.
