¿Cómo cambia la presencia de un revestimiento de caucho en la pared del tanque el riesgo de corrosión galvánica de un calentador de titanio no adherido en el mismo electrolito?

Y para un ingeniero de procesos que coloca un calentador de inmersión de titanio en un tanque de acero con revestimiento de caucho, el riesgo de corrosión galvánica es muy diferente que si el tanque fuera de acero sin revestimiento. El calentador de titanio está conectado galvánicamente a una enorme superficie de acero al carbono en un tanque de acero sin revestimiento. El acero (ánodo) se corroe protegiendo preferentemente el titanio (cátodo). La pared del tanque de acero se corroe pero el calentador de titanio no se corroe. El caucho aislante en un tanque revestido de caucho-aisló eléctricamente el acero del electrolito. Ahora no hay una gran área catódica para acoplar el calentador de titanio. Sin embargo, si hay algún defecto menor en el revestimiento de caucho (un agujero, un rasguño o un área dañada), se crea un par galvánico muy dañino, en el que una cantidad muy pequeña de acero expuesto (ánodo) se acopla a un área muy grande de titanio (cátodo). La corriente galvánica se concentra en la pequeña falla del acero y provoca picaduras rápidas y profundas en la pared de acero del tanque debajo del caucho, lo que provoca el desprendimiento del revestimiento y la falla del tanque. El tanque falla pero el calentador de titanio está ileso.

El mecanismo de corrosión galvánica en tanques-revestidos de caucho
Forro de goma. El revestimiento de caucho de un tanque revestido de caucho aísla eléctricamente el sustrato de acero del electrolito. El calentador de titanio está eléctricamente aislado del acero cuando está sumergido. No pasará corriente galvánica y el titanio y el acero (cubiertos por la goma intacta) no se corroerán. Pero si el revestimiento de goma está defectuoso (un agujero, un corte o un área dañada), el acero expuesto actúa como un pequeño ánodo. El enorme calentador de titanio (y cualquier otra superficie metálica mojada) es un cátodo gigante. La relación entre el área catódica y el área anódica puede ser superior a 1000:1. La corriente galvánica se concentra en la pequeña falla de acero, lo que resulta en una densidad de corriente de 1 a 10 mA/cm2 en la falla. La alta densidad de corriente disuelve rápidamente el acero, creando una zanja profunda que socava el revestimiento de goma. La goma pierde su agarre, tal vez desprendiéndose y exponiendo más acero y, por lo tanto, aumentando la falla. Como el calentador de titanio en sí es el cátodo, está protegido y no sufre daños.

Cuantificación de la densidad de corriente galvánica en defectos en revestimientos de caucho.
Área de superficie del calentador de titanio (cm2) Área de defecto de caucho (cm2) Relación de área de cátodo/ánodo Corriente galvánica (μA) Densidad de corriente en el defecto (mA/cm2) Tiempo para perforar la pared del tanque de acero de 6 mm (años) 1,000 10 (defecto grande) 100:1 1,000 0.1 5-10 1,000 1 (orificio estenopeico) 1000:1 1,000 1.0 0.5-1 1,000 0.1 (rasguño pequeño) 10 000:1 1,000 10 0.05-0.1 (semanas a meses) 2000 0.1 20000:1 2,000 20 0.03-0.05 (meses) 5000 0.1 50000:1 5,000 50 < 1 mes 10.000 0.1 100.000:1 10,000 100 < 2 semanas
Un escenario sobre la instalación de calentadores de titanio en tanques-revestidos de caucho: una guía
Condición de la conexión eléctrica del calentador del revestimiento del tanque Riesgo galvánico Acción recomendada
La goma está bien, sin defectos. Calentador separado (no unido) Muy bajo (sin circuito) OK. Forro anual del monitor.
Sin fallas, caucho intacto Calentador conectado al acero (tierra) Bajo (sin contacto con el acero del electrolito) Opcional pero recomendado.
pequeños agujeros (< 1 mm2) in rubberHeater isolated High (localized pitting of steel)Fix pinholes. The heater is isolated by nylon bushings.
Orificios de pinchazo en cauchoCalentador unido a aceroBajo (titanio y acero al mismo potencial)La unión equivale a igualar el potencial y eliminar el par galvánico.
Gran área dañada de gomaCalentador aislado Muy alto (área expuesta de acero enorme)Elimine el calentador o repare el revestimiento inmediatamente.
Antigüedad del revestimiento de goma > 10 años (fallas desconocidas) Calentador aislado Desconocido (quizás grande) Realice una prueba de chispa en el revestimiento. Aislamiento del calentador.
Cualquier tanque con revestimiento de goma y protección catódica. Calentador aislado Bajo (CP protege el acero) OK. Compruebe que el sistema CP esté funcionando.
Soluciones de ingeniería para mitigar el riesgo galvánico
Hay tres opciones disponibles para evitar el peligro de corrosión galvánica de los defectos del revestimiento cuando se va a instalar un calentador de titanio en un tanque-revestido de caucho. En la primera opción, el calentador de titanio está conectado eléctricamente a la pared de acero del tanque (por ejemplo, mediante un cable de cobre unido a un accesorio sin recubrimiento). Si el titanio y el acero tienen el mismo potencial, entonces la corriente galvánica es cero incluso si el revestimiento de goma tiene fallas. El acero está protegido por la enorme zona catódica del titanio (protección catódica). El segundo método consiste en conectar un ánodo de sacrificio (zinc o aluminio) al calentador de titanio. Ante cualquier defecto en el revestimiento, se corroe el ánodo, no el acero. El tercer método consiste en realizar una prueba de chispa en el revestimiento de goma antes de instalar el calentador, para encontrar y rectificar todas las fallas. Los poros se detectan mediante un probador de chispa de alto-voltaje (5-15 kV) que cierra un circuito al sustrato de acero. Si se identifica una falla, se corrige con una sustancia de parche de goma.

Conclusión: Los tanques revestidos de calentador-caucho aislado-crean un alto riesgo galvánico en los defectos del revestimiento
La adición de un revestimiento de caucho en la pared del tanque altera completamente el riesgo de corrosión galvánica de un calentador de titanio no adherido. La gran área de acero es el ánodo de sacrificio para proteger el calentador de titanio en un tanque de acero sin revestimiento. El acero está aislado eléctricamente del electrolito en un tanque revestido de caucho-. Cuando el revestimiento de goma está defectuoso (perforación, abrasión o daño) se forma un par galvánico extremadamente dañino: un ánodo de acero muy pequeño acoplado a un cátodo de titanio muy grande. La densidad de corriente galvánica en la falla puede acercarse a 1-100 mA/cm², perforando una pared de acero de 6 mm del tanque en semanas o meses. El calentador de titanio en sí está bien, sin embargo, el tanque se rompe gravemente. Para evitar este modo de falla, los calentadores de titanio en tanques-revestidos de caucho deben estar conectados eléctricamente a la pared de acero del tanque para igualar los potenciales y eliminar el par galvánico. Por ejemplo, pedir un calentador de titanio para un tanque revestido de caucho, solicitar hardware de conexión eléctrica y realizar pruebas de chispa del revestimiento ayuda a garantizar que la corrosión galvánica en fallas del revestimiento no cause fallas prematuras en el tanque.