W podgrzewaczu z rurkami tytanowymi, ponownie gotując 15% roztwór monoetanoloaminy w temperaturze 110 stopni, w jaki sposób obciążenie CO₂ (0,3 vs. 0.5 mol/mol) przesuwa mechanizm degradacji z erozji na wżery?

Zawartość dwutlenku węgla (CO₂) definiuje się jako liczbę moli CO₂ na mol MEA w reboilerze dla 15% monoetanoloaminy (MEA) w temperaturze 110°C. Roztwór jest mniej korozyjny przy niskim obciążeniu (0,3), a degradacja następuje głównie w wyniku erozji zawieszonych cząstek. Przy wysokim obciążeniu (0,5) roztwór jest bardziej agresywny, a proces degradacji zmienia się z erozji na korozję wżerową w wyniku wytwarzania karbaminianów i wodorowęglanów. Zmiana ta wynika z efektu większego obciążenia CO2, które obniża pH i zwiększa stężenie agresywnych substancji, które lokalnie atakują warstwę pasywną.

Mechanizm zmiany mechanizmu przy obciążeniu CO2

Przy umiarkowanym wtrysku CO2 wynoszącym 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 dużym wtrysku CO2 (0,5) pH spada do 8,0-8,5. Zwiększenie ilości karbaminianu (RNHCOOH) i wodorowęglanu (HCO_3^-). Gatunki te są w stanie kompleksować jony tytanu i lokalnie zakłócać warstwę pasywną, inicjując wżery. Agresywna chemia w dole napędza atak po utworzeniu dołu. Przejście od erozji do wżerów zmienia tryb zniszczenia z równomiernego przerzedzania do zlokalizowanej perforacji.

Ilościowe szybkości i mechanizmy degradacji w funkcji ładunku CO_2

The following has been established by controlled testing in 15% MEA at 110°C with a flow velocity of 2 m/s over 1,000 hours. At a loading of 0.2 CO2, the overall degradation rate is 0.03–0.06 mm/year, with 70% erosion, no pitting, and a consistent wear pattern on the surface. At 0.3 loading the rate is 0.05 - 0.10 mm/year, erosion is 60%, pitting density is 0 - 5 pits/cm 2 and a mixed mechanism is active. At a loading of 0.4 the rate is 0.08–0.15 mm/year, pitting becomes prevalent at 60 % of deterioration, pitting density is 10–30 pits/cm 2 , and pit depths approach 50–100 µm. At the critical threshold loading of 0.5, the rate is 0.12–0.25 mm/yr, pitting accounts for 80%, pitting density is 30–80 pits/cm², and pit depths are 100–250 µm. At a loading of 0.6, the rate is 0.20–0.40 mm/year, pitting is entirely dominant, the pitting density is >80 pits/cm2, and pit depths are >250 mm.

Obciążenie przejściowe w funkcji prędkości przepływu i temperatury

Obciążenie przejściowe, przy którym dominują wżery, jest funkcją prędkości przepływu i temperatury. przy 90 stopniach przejście od erozji do wżerów następuje przy zawartości CO₂ wynoszącej 0,6. Przejście następuje przy 0,4–0,5 przy 110 stopniach. Przejście jest obniżone do 0,3-0,4 przy 130 stopniach. Obciążenie przejściowe wynosi 0,35–0,45 dla małej prędkości przepływu (0,5 m/s). Erozja przy dużej prędkości przepływu (3 m/s) jest głównym mechanizmem aż do obciążenia 0,55, ponieważ mechaniczne usunięcie folii pasywnej zapobiega powstawaniu wżerów.

Przewodnik po kontroli ładowania CO2 reboilera MEA

Poniższa tabela podaje zalecenia dotyczące maksymalnego obciążenia CO2, aby uniknąć degradacji zdominowanej przez wżery dla reboilerów z wiązkami rur tytanowych klasy 2 przy 110 stopniach dla pożądanej żywotności.

Pożądany okres użytkowania (lata) Maksymalne obciążenie CO2 (mol/mol) Dominujący mechanizm Oczekiwany całkowity stopień degradacji (mm/rok)10<0.3 Erosion <0.08 5-10 0.3-0.4Mixed 0.08-0.15 3-5 0.4-0.5 Pitting (marginal) 0.12-0.20 1-3 0.5-0.6 Pitting 0.15-0.30 <1 >0.6 Severe pitting >0.30
Inżynieria Zarządzanie dotychczasowym obciążeniem CO₂

Na obciążenie przejściowe ma wpływ gatunek tytanu. Stopień 7 (-stabilizowany palladem) przesuwa przejście od wżerów do ładunków CO2 o 0,1–0,2 w stosunku do stopnia 2. Stopień 12 zapewnia pośrednią poprawę. Penetracja wżerów jest funkcją grubości ścianki. Przy 2 . 0 mm ściany i 0 . 2 mm rocznie wżerów, wytrzyma 10 lat. Roztwór MEA należy przefiltrować w celu usunięcia cząstek, co minimalizuje erozję, ale może zwiększać niebezpieczeństwo wżerów, umożliwiając utworzenie stabilnej warstwy pasywnej. Pięciotlenek wanadu i inne inhibitory korozji zwiększają obciążenie przejściowe. Obniżenie temperatury do 100 stopni umożliwia większe obciążenie CO₂ bez wżerów.

Świadomy projekt specyfikacji

W przypadku reboilera z wiązką rur tytanowych w 15% MEA w temperaturze 110 stopni, zawartość CO2 powinna być utrzymywana poniżej 0,3 dla stopnia 2 lub poniżej 0,5 dla stopnia 7, aby kontrolować wżery jako wtórny mechanizm degradacji. „Monitoruj zawartość CO2 co tydzień poprzez miareczkowanie. W przypadku stopnia 2, jeśli obciążenie przekracza 0,4, zmniejsz szybkość cyrkulacji ubogiej mieszanki MEA lub zwiększ przepływ pary odpędzającej, aby zmniejszyć obciążenie. Jeśli w twoich grzejnikach już występują wżery, możesz chcieć przejść na tytan stopnia 7 lub obniżyć temperaturę do 100 stopni. Inżynier utrzymuje ładunek CO₂ poniżej progu przejścia, aby zapobiec zmianie z przewidywalnej erozji na nieprzewidywalną korozję wżerową.