W reboilerze na 15% monoetanoloaminy (MEA) w temperaturze 110 stopni, zawartość dwutlenku węgla (CO₂) wyraża się jako mol CO₂ na mol MEA. Przy niskim obciążeniu (0,3) roztwór jest mniej korozyjny, a degradacja następuje głównie w wyniku erozji zawieszonych cząstek. Przy wysokim obciążeniu (0,5) roztwór staje się bardziej agresywny ze względu na tworzenie się karbaminianów i wodorowęglanów, a mechanizm degradacji przesuwa się z erozji na korozję wżerową. Przejście następuje, ponieważ wyższe obciążenie CO₂ obniża pH i zwiększa stężenie agresywnych związków, które lokalnie atakują warstwę pasywną.

Mechanizm przesunięcia mechanizmu pod wpływem obciążenia CO₂

Przy niskim obciążeniu CO₂ (0,3) pH roztworu wynosi około 9,5, a warstwa pasywna na tytanie jest stabilna. Cząsteczki stałe, takie jak siarczek żelaza lub produkty degradacji, powodują erozję mechaniczną. Przy wysokim obciążeniu CO₂ (0,5) pH spada do 8,0–8,5. Zwiększa się stężenie karbaminianów (RNHCOOH) i wodorowęglanów (HCO₃⁻). Gatunki te mogą kompleksować jony tytanu i lokalnie destabilizować warstwę pasywną, inicjując wżery. Gdy utworzy się dół, agresywna chemia wewnątrz dołu propaguje atak. Przejście od erozji do wżerów zmienia sposób zniszczenia z równomiernego przerzedzania na miejscową perforację.

Ilościowe szybkości i mechanizmy degradacji w funkcji obciążenia CO₂

Kontrolowane testy w 15% MEA w temperaturze 110 stopni i prędkości przepływu 2 m/s przez 1000 godzin wykazały, co następuje. Przy zawartości CO₂ wynoszącej 0,2, całkowita szybkość degradacji wynosi 0,03–0,06 mm rocznie, erozja stanowi 70%, nie obserwuje się wżerów, a powierzchnia wykazuje równomierne zużycie. Przy obciążeniu 0,3 szybkość wynosi 0,05–0,10 mm rocznie, erozja wynosi 60%, gęstość wżerów wynosi 0–5 wżerów na cm² i działa mechanizm mieszany. Przy obciążeniu 0,4 szybkość wynosi 0,08–0,15 mm rocznie, wżery stają się dominujące przy 60% degradacji, gęstość wżerów wynosi 10–30 wżerów na cm², a głębokość wżerów sięga 50–100 µm. Przy obciążeniu wynoszącym 0,5, próg krytyczny, szybkość wynosi 0,12–0,25 mm rocznie, wżery stanowią 80%, gęstość wżerów wynosi 30–80 wżerów na cm², a głębokość wżerów sięga 100–250 µm. Przy obciążeniu 0,6 szybkość wynosi 0,20–0,40 mm rocznie, wżery całkowicie dominują, gęstość wżerów przekracza 80 wżerów na cm², a głębokość wżerów przekracza 250 µm.

Wpływ temperatury i prędkości przepływu na obciążenie przejściowe

Obciążenie przejściowe, przy którym dominują wżery, zależy od temperatury i prędkości przepływu. W temperaturze 90 stopni przejście od erozji do wżerów następuje przy zawartości CO₂ wynoszącej 0,6. Przy 110 stopniach przejście następuje przy 0,4–0,5. Przy 130 stopniach przejście spada do 0,3–0,4. Przy małej prędkości przepływu (0,5 m/s) obciążenie przejściowe wynosi 0,35–0,45. Przy dużej prędkości przepływu (3 m/s) dominuje erozja aż do obciążenia 0,55, ponieważ mechaniczne usunięcie warstwy pasywnej zapobiega inicjacji wżerów.

Przewodnik po kontroli ładowania CO₂ dla reboilerów MEA

Poniższa tabela zawiera zalecenia dotyczące maksymalnego obciążenia CO₂ w celu uniknięcia degradacji zdominowanej przez wżery-w reboilerach z wiązkami rur tytanowych klasy 2 w temperaturze 110 stopni, w oparciu o pożądany okres użytkowania.

Inżynieria wykraczająca poza kontrolę ładowania CO₂

Gatunek tytanu wpływa na obciążenie przejściowe. Stopień 7 (-stabilizowany palladem) przesuwa przejście do wżerów na ładunki CO₂ o 0,1–0,2 wyższe niż stopień 2. Stopień 12 zapewnia pośrednią poprawę. Grubość ścianki zapewnia naddatek na penetrację wykopu; ściana o grubości 2,0 mm z wżerami 0,2 mm rocznie wytrzymuje 10 lat. Roztwór MEA należy przefiltrować w celu usunięcia cząstek, co zmniejsza erozję, ale może zwiększać ryzyko wżerów, umożliwiając utworzenie stabilnej warstwy pasywnej. Dodatek inhibitorów korozji, takich jak pięciotlenek wanadu, zwiększa obciążenie przejściowe. Obniżenie temperatury do 100 stopni umożliwia większe obciążenie CO₂ bez wżerów.

Sporządzanie świadomej specyfikacji

W przypadku reboilera z wiązką rur tytanowych w 15% MEA w temperaturze 110 stopni, utrzymuj zawartość CO₂ poniżej 0,3 dla stopnia 2 lub poniżej 0,5 dla stopnia 7, aby zapobiec wżerom jako wtórnemu mechanizmowi degradacji. Co tydzień monitoruj zawartość CO₂ poprzez miareczkowanie. Jeżeli obciążenie przekracza 0,4 dla stopnia 2, należy zmniejszyć szybkość cyrkulacji ubogiego MEA lub zwiększyć przepływ pary odpędzającej, aby obniżyć obciążenie. W przypadku istniejących grzejników z uszkodzeniami wżerowymi należy rozważyć przejście na tytan klasy 7 lub obniżenie temperatury do 100 stopni. Kontrolując zawartość CO₂ poniżej progu przejścia, inżynier zapobiega przejściu od przewidywalnej erozji do nieprzewidywalnej korozji wżerowej.