na Petrokemični grelnik zbiralnika za jedko pralno vodo (10 % NaOH, 95 stopinj, s sulfidnimi onesnaževalci), kako debelina stene titanovega plašča vpliva na nastajanje vodnega kamna natrijevega titanata in kasnejše pregrevanje?
Pustite sporočilo
Osnovni kompromis-pri načrtovanju titanovih grelnikov za kavstične rezervoarje
Petrokemični grelniki zbiralnika se uporabljajo za ohranjanje kavstične vode za pranje (10 % NaOH) pri 95 stopinjah, da se prepreči zmrzovanje in ohrani sposobnost črpanja. Sulfidna onesnaževala (prenos iz surove nafte): 100-500 ppm. V tem okolju se titan združuje s kavstikom, da ustvari natrijev titanat (Na₂TiO₃ ali Na₂Ti₃O₇). Ta lestvica je porozna in ima nižjo toplotno prevodnost (≈1-2 W/mK) kot titan (17 W/mK). Vodni kamen se pri višjih temperaturah hitreje povečuje. Debelejši plašč iz titana deluje bolj vroče za enako gostoto moči in tako pospeši nastajanje vodnega kamna. Ko se plast vodnega kamna kopiči, izolira ovoj, notranje komponente pa se pregrejejo. V tej preiskavi razpravljamo o interakciji med debelino stene, hitrostjo proizvodnje obsega in tveganjem pregrevanja.
Vpliv na mehansko celovitost Nastajanje vodnega kamna natrijevega titanata
Korozija titana v 10 % NaOH pri 95 °C v prisotnosti sulfidnih nečistoč. poteka z dvema vzporednima mehanizmom. 1. Neposreden napad jedkega: Ti + 4NaOH → Na2TiO3 + 2Na2O + 2H2. 2. Napad, pospešen s sulfidom. S2- + 2H2O→ H2S + 2OH- H2S napada titan. Nastali kamen natrijevega titanata ni -zaščiten. Je porozen in dovoljuje nadaljnjo jedko penetracijo. Debelina luske se razvija parabolično: δ_scale=kx √t, kjer je k funkcija temperature. k je 0,1 mm/√mesec pri 105 stopinjah za površino iz titana, 0,2 mm/√mesec pri 115 stopinjah. Po 12 mesecih ima stena debeline 1,0 mm (T_surface ≈ 105 stopinj) debelino luske 0,35 mm; stena debeline 2,0 mm (T_surface ≈ 110 stopinj) ima debelino lestvice 0,5 mm. Hitrejša lestvica Debelejša stena.
Vodni kamen sam po sebi ne poje kovinskega titana – narejen je iz atomov titana na vmesniku kovinskega-vodnega kamna. Vendar se luska občasno odlušči in s seboj odnese nekaj titana. Stopnja izgube kovine je okoli 0,05 do 0,10 mm/leto za obe debelini stene, čeprav je zaradi višje površinske temperature debelejše stene ta nagnjena proti zgornjemu koncu.
Vpliv na toplotno učinkovitost: Izolacija vodnega kamna povzroča pregrevanje
Lestvica natrijevega titanata je izolator. 0,5 mm sloj vodnega kamna (k~1,5 W/mK) pri 2,0 W/cm2 daje ΔT_scale=20,000 x 0,0005 / 1.5=6.7C To dodatno zvišanje temperature ima za posledico pozitivno povratno zanko hitrejšega nastajanja vodnega kamna. Notranja MgO izolacija in uporovna žica sta izpostavljeni višjim temperaturam. Na lestvici 1,0 mm sta lahko ΔT_scale=13.3 stopinj in temperatura notranje stene višja od 450 stopinj, kar povzroči poslabšanje MgO in pregorelost žice.
Debelejše stene imajo na začetku višjo površinsko temperaturo in se hitreje skalijo, zato imajo krajši kritični čas do pregrevanja. Trajalo bo približno (1,0/0,1)^2=100 mesecev, da dosežete 1,0 mm lestvice za 1,0 mm steno. Za 2,0 mm steno: (1,0/0,2) 2=25 mesecev. Debelejša stena postane kritična 4-krat hitreje.
Kompromis-sinteza: čas pregrevanja glede na debelino stene
Debelina stene (mm) Temperatura površine pri 2,0 W/cm2 (stopinja) Koeficient rasti skale k (mm/√mesec) Čas do 1,0 mm Mere (meseci) Čas do pregretja (meseci) Priporočeno?
0,8 mm 103 stopinj 0.09 123 mesecev 120+ mesecev Da (najdaljša življenjska doba)
1,0 mm 104 stopinj 0.10 100 mesecev 96 mesecev Da
1,2 mm 105 stopinj 0.12 69 mesecev 66 mesecev Sprejemljivo
1,5 mm 107 stopinj 0.15 44 mesecev 42 mesecev Omejeno 1,8 mm 109 stopinj 0.18 31 mesecev 29 mesecev Ne 2,0 mm 110 stopinj 0.20 25 mesecev 23 mesecev Ne
Debelejše stene močno podaljšajo čas do pregrevanja, saj pospešijo nastajanje vodnega kamna.
Nadzor nad stenskim inženiringom in odstranjevanje vodnega kamna
Najboljša alternativa je preprečiti nastajanje vodnega kamna natrijevega titanata. Titanovi ioni so kompleksirani z dodajanjem kelatnega sredstva (npr. EDTA pri 50-100 ppm) v jedko pralno vodo, pri čemer se izognemo odlaganju vodnega kamna. Pri EDTA je debelina luske vedno manjša od 0,05 mm, debelina stene pa ni pomembna za nevarnost pregrevanja. Druga možnost je, da lahko vodni kamen natrijevega titanata odstranite z mesečnim čiščenjem s kislino (2 % citronska kislina pri 60 stopinjah 1 uro), preden doseže debelino 0,2 mm. 1.2 mm stene z mesečnim čiščenjem boste imeli 10+ let delovanja. Druga možnost je znižanje delovne temperature na 80 stopinj, kar zmanjša koeficient razvoja vodnega kamna za 70 % in omogoča debelino stene 1,5 mm.
Zaključek: Priporočena tanka stena (1,0 mm) za uporabo s kavstičnim sufidom
V petrokemičnem grelniku zbiralnika za jedko pralno vodo (10 % NaOH, 95 stopinj, s sulfidnimi nečistočami) debelejši titanov plašč spodbuja proizvodnjo izolacijskega natrijevega titanatnega kamna in povzroči pregrevanje v 23-42 mesecih v primerjavi z . 96+ meseci za 1,0 mm stene. Navedena specifikacija je titanov plašč razreda 2 z debelino stene 1,0 mm s tedenskim pranjem s kislino ali dodatkom EDTA za preprečevanje nabiranja vodnega kamna. Tanjše stene (manj kot ali enake 1,5 mm) so ugodne, saj delujejo hladnejše, se počasneje nabirajo in se pozneje pregrevajo. Obvestite proizvajalca o zahtevani ravni sulfida in ali je kemična obdelava praktična. Pri delu s sulfidom v kavstičnem zbiralniku je razredčilo boljše za preprečevanje pregrevanja zaradi vodnega kamna.
