Kako obremenitev CO₂ (0,3 vs. 0.5 mol/mol) v grelniku snopa titanovih cevi, ki ponovno vre 15-odstotno raztopino monoetanolamina pri 110 stopinjah, premakne mehanizem razgradnje z erozije na luknjičasto?
Pustite sporočilo
V ponovnem kotlu za 15 % monoetanolamina (MEA) pri 110 stopinjah je obremenitev z ogljikovim dioksidom (CO₂) izražena kot mol CO₂ na mol MEA. Pri nizki obremenitvi (0,3) je raztopina manj jedka, razgradnja pa poteka predvsem zaradi erozije suspendiranih delcev. Pri visoki obremenitvi (0,5) postane raztopina bolj agresivna zaradi tvorbe karbamatov in bikarbonatov, mehanizem razgradnje pa preide iz erozije v luknjičasto korozijo. Do prehoda pride, ker višja obremenitev CO₂ zniža pH in poveča koncentracijo agresivnih vrst, ki lokalno napadajo pasivni film.
Mehanizem premikanja mehanizma z obremenitvijo CO₂
Pri nizki obremenitvi CO₂ (0,3) je pH raztopine približno 9,5, pasivni film na titanu pa je stabilen. Trdni delci, kot je železov sulfid ali produkti razgradnje, povzročajo mehansko erozijo. Pri visoki obremenitvi s CO₂ (0,5) pH pade na 8,0–8,5. Povečajo se koncentracije karbamata (RNHCOOH) in bikarbonata (HCO3⁻). Te vrste lahko zapletejo titanove ione in lokalno destabilizirajo pasivni film, kar povzroči jamice. Ko enkrat nastane jamica, agresivna kemija v jami razširi napad. Premik od erozije k luknjičastim spremembam načina okvare iz enakomernega tanjšanja v lokalizirano perforacijo.
Kvantitativne stopnje razgradnje in mehanizmi kot funkcija obremenitve CO₂
Kontrolirano testiranje v 15 % MEA pri 110 stopinjah s hitrostjo pretoka 2 m/s v 1000 urah je pokazalo naslednje. Pri obremenitvi CO₂ 0,2 je skupna stopnja razgradnje 0,03–0,06 mm na leto, erozija prispeva 70 %, luknjičastih lukenj ni opaziti in površina kaže enakomerne vzorce obrabe. Pri obremenitvi 0,3 je stopnja 0,05–0,10 mm na leto, erozija 60 %, gostota lukenj 0–5 jamic na cm², deluje mešani mehanizem. Pri obremenitvi 0,4 je stopnja 0,08–0,15 mm na leto, luknjičastost postane prevladujoča pri 60 % razgradnje, gostota luknjičastih lukenj je 10–30 jamic na cm², globine jamic pa dosežejo 50–100 µm. Pri obremenitvi 0,5, kritičnem pragu, je stopnja 0,12–0,25 mm na leto, luknjičastost prispeva 80 %, gostota luknjičastih lukenj je 30–80 jamic na cm², globina jamic pa doseže 100–250 µm. Pri obremenitvi 0,6 je stopnja 0,20–0,40 mm na leto, luknjičastost popolnoma prevladuje, gostota luknjičastosti presega 80 jamic na cm², globine jamic presegajo 250 µm.
Vpliv temperature in hitrosti toka na prehodno obremenitev
Prehodna obremenitev, pri kateri postane luknjast prevladujoč, je odvisna od temperature in hitrosti toka. Pri 90 stopinjah pride do prehoda od erozije do luknjanja pri obremenitvi CO₂ 0,6. Pri 110 stopinjah se prehod zgodi pri 0,4–0,5. Pri 130 stopinjah prehod pade na 0,3–0,4. Pri nizki hitrosti pretoka (0,5 m/s) je prehodna obremenitev 0,35–0,45. Pri visoki hitrosti pretoka (3 m/s) prevladuje erozija do obremenitve 0,55, ker mehansko odstranjevanje pasivnega filma prepreči nastanek luknjičaste luknje.
Vodnik za nadzor nad nalaganjem CO₂ za reboilerje MEA
Naslednja tabela podaja priporočila za največjo obremenitev s CO₂, da bi se izognili razgradnji, ki jo- prevladuje pitting, v ponovnih kotlih snopa titanovih cevi stopnje 2 pri 110 stopinjah, na podlagi želene življenjske dobe.
| Želena življenjska doba (leta) | Največja obremenitev CO₂ (mol/mol) | Prevladujoči mehanizem | Pričakovana skupna stopnja razgradnje (mm/leto) |
|---|---|---|---|
| >10 | <0.3 | Erozija | <0.08 |
| 5–10 | 0.3–0.4 | Mešano | 0.08–0.15 |
| 3–5 | 0.4–0.5 | luknjičasta (obrobna) | 0.12–0.20 |
| 1–3 | 0.5–0.6 | Koščičkanje | 0.15–0.30 |
| <1 | >0.6 | Huda luknjastost | >0.30 |
Inženiring, ki presega nadzor nad obremenitvijo CO₂
Vrsta titana vpliva na prehodno obremenitev. Stopnja 7 (stabiliziran-paladij) premakne prehod na luknjičasto obremenitev CO₂ za 0,1–0,2 višje kot stopnja 2. Stopnja 12 ponuja vmesno izboljšanje. Debelina stene zagotavlja dodatek za preboj jame; 2,0 mm stena z luknjicami 0,2 mm na leto traja 10 let. Raztopino MEA je treba filtrirati, da se odstranijo delci, kar zmanjša erozijo, vendar lahko poveča tveganje luknjičaste luknje, saj omogoča nastanek stabilnega pasivnega filma. Dodatek inhibitorjev korozije, kot je vanadijev pentoksid, poveča prehodno obremenitev. Znižanje temperature na 100 stopinj omogoča večjo obremenitev CO₂ brez luknjičastih lukenj.
Izdelava informirane specifikacije
Za reboiler s titanovim cevnim snopom v 15 % MEA pri 110 stopinjah vzdržujte obremenitev CO₂ pod 0,3 za stopnjo 2 ali pod 0,5 za stopnjo 7, da ohranite piting kot sekundarni mehanizem razgradnje. Tedensko spremljajte nalaganje CO₂ s titracijo. Če obremenitev preseže 0,4 za stopnjo 2, zmanjšajte stopnjo kroženja revne MEA ali povečajte pretok pare za odstranjevanje, da zmanjšate obremenitev. Pri obstoječih grelnikih z luknjičastimi poškodbami razmislite o prehodu na titan razreda 7 ali znižanju temperature na 100 stopinj. Z nadzorovanjem obremenitve CO₂ pod prehodnim pragom inženir prepreči prehod od predvidljive erozije k nepredvidljivi luknjičasti koroziji.
