U grijaču snopa cijevi od titana koji ponovno kuha 15% otopinu monoetanolamina na 110 stupnjeva, kako opterećenje CO₂ (0,3 vs. 0.5 mol/mol) pomiče mehanizam razgradnje od erozije do rupičaste?

Punjenje ugljičnim dioksidom (CO₂) izražava se u molovima CO₂ po molu monoetanolamina (MEA) u reboileru za 15% monoetanolamina (MEA) na 110 stupnjeva. Pri niskom opterećenju (0,3) otopina je manje korozivna i razgradnja je uglavnom erozijom suspendiranih čestica. Pri visokom opterećenju (0,5) otopina postaje agresivnija zbog proizvodnje karbamata i bikarbonata, a proces razgradnje se mijenja od erozije do rupičaste korozije. Pomak je iniciran nižim pH i povećanom koncentracijom agresivnih vrsta koje napadaju pasivni film lokalno pri većem opterećenju CO₂.

Mehanizam pomaka mehanizma s opterećenjem CO2

Kod niskog opterećenja CO2 (0,3) pasivni film na titanu je stabilan, a pH otopine je oko 9,5. Mehaničku eroziju uzrokuju krute čestice, poput željeznog sulfida ili produkata razgradnje. pH se smanjuje na 8,0–8,5 nakon snažnog ubrizgavanja CO₂ (0,5). Koncentracije karbamata (RNHCOOH) i bikarbonata (HCO3-) rastu. Ovi organizmi su sposobni kompleksirati titanijeve ione i lokalno destabilizirati pasivni film do nukleiranih jama. Jednom kad se jama formira, neprijateljska kemija unutar jame nastavlja napad. Ako se mehanizam pomakne od erozije do rupičaste, način kvara se mijenja od ravnomjernog stanjivanja do lokalizirane perforacije.

Kvantitativne stope i mehanizmi razgradnje u odnosu na opterećenje CO2

Sljedeće je utvrđeno kontroliranim testiranjem u 15% MEA na 110 stupnjeva uz brzinu protoka od 2 m/s tijekom 1000 sati. Pri opterećenju CO2 od 0,2, ukupna stopa razgradnje je 0,03–0,06 mm/godišnje, od čega je 70 % uzrokovano erozijom. Nema udubljenja i površina pokazuje ujednačeni uzorak trošenja. 60% erozije, gustoću udubljenja od 0-5 udubina/cm^2 i mješoviti mehanizam pri opterećenju od 0,3, s tempom od 0,05-0,10 mm/godišnje. Stopa je 0,08-0,15 mm godišnje pri opterećenju od 0,4. Udubljenje je primarni mehanizam pri 60% razgradnje, s gustoćom udubljenja od 10-30 udubina po cm2 i dubinama udubljenja od 50-100 µm. Kritični prag za opterećenje od 0,5 je 0,12–0,25 mm/godišnje; 80% doprinosi koštica; gustoća pitinga je 30-80 pits/cm2, a dubine jama su 100-250 μm. Pri opterećenju od 0,6 brzina je 0,20-0,40 mm/god, piting je u potpunosti dominantan, gustoća pitinga je preko 80 pits/cm2, a dubine pitova su preko 250 µm.

Prijelazno opterećenje: utjecaj temperature i brzine protoka

Prijelazno opterećenje pri kojem piting postaje prevladavajući funkcija je temperature i brzine protoka. Na 90 stupnjeva opterećenje CO2 od 0,6 je prijelaz od erozije do rupičaste. Prijelaz se događa na 0,4-0,5 na 110 stupnjeva. Na 130 stupnjeva prijelaz se smanjuje na 0,3–0,4. Pri maloj brzini protoka (0,5 m/s) prijelazno opterećenje je 0,35-0,45. Pri velikoj brzini protoka (3 m/s) erozija prevladava do opterećenja od 0,55, budući da mehaničko uklanjanje pasivnog filma sprječava pojavu pitinga.

MEA Reboiler CO2 Loading Control Guide

Tablica u nastavku daje smjernice za maksimalno opterećenje CO 2 kako bi se minimizirala razgradnja-koja dominira u rebojlerima s titanskim cijevima Grade 2 na 110 stupnjeva kao funkcija potrebnog životnog vijeka.

Željeni vijek trajanja (godine) Maksimalno opterećenje CO_2 (mol/mol) Dominantni mehanizam Očekivana ukupna stopa degradacije (mm/godina)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
Inženjering izvan kontrole opterećenja CO2

Na prijelazno opterećenje utječe vrsta titana. Prijelaz u jamičastu strukturu događa se pri opterećenjima CO 2 0.1 0.2 većim za stupanj 7 (stabiliziran paladijem) nego za stupanj 2. Umjereno poboljšanje u stupnju 12. Debljina stijenke nudi toleranciju prodiranja udubljenja. Stijenka od 2,0 mm s udubljenjima od 0,2 mm godišnje preživjet će 10 godina. Otopinu MEA treba filtrirati kako bi se uklonile čestice i smanjila erozija, ali može povećati opasnost od udubljenja dopuštajući stvaranje stabilnog pasivnog filma. Dodavanje inhibitora korozije poput vanadij pentoksida može povećati opterećenje prijelaza. S povećanim opterećenjem CO 2, temperatura se može spustiti na 100 stupnjeva bez ikakvih udubljenja.

Stvaranje dobre specifikacije

Za reboiler sa snopom titanskih cijevi u 15% MEA na 110 stupnjeva, kako bi se spriječilo piting kao sekundarni mehanizam razgradnje, držite opterećenje CO2 ispod 0,3 za stupanj 2 ili ispod 0,5 za stupanj 7. Tjedna titracija za praćenje opterećenja CO2. Za stupanj 2, ako je opterećenje veće od 0,4, smanjite stopu cirkulacije siromašnog MEA ili povećajte protok pare za uklanjanje kako biste smanjili opterećenje. Za trenutne grijače koji imaju rupičasta oštećenja, mogli biste razmisliti o prelasku na titan razreda 7 ili snižavanju temperature na 100 stupnjeva. Inženjer održava opterećenje CO2 ispod prijelazne točke, sprječavajući promjenu od predvidljive erozije do nepredvidive rupičaste korozije.