na Grijač spremnika petrokemije za kaustičnu vodu za pranje (10% NaOH, 95 stupnjeva, sa sulfidnim kontaminantima), kako debljina stijenke plašta od titana utječe na stvaranje kamenca natrijevog titanata i naknadno pregrijavanje?

Osnovni kompromis-u projektiranju grijača od titana za usluge kaustične jame
Petrokemijski grijači korita koriste se za održavanje kaustične vode za pranje (10% NaOH) na 95 stupnjeva kako bi se spriječilo smrzavanje i očuvala sposobnost pumpanja. Sulfidni zagađivači (prijenos iz sirove nafte): 100-500 ppm. U ovom okruženju titan se spaja s kaustikom kako bi se stvorio kamenac natrijevog titanata (Na₂TiO₃ ili Na₂Ti₃O₇). Ovaj kamenac je porozan i ima nižu toplinsku vodljivost (≈1-2 W/mK) od titana (17 W/mK). Kamenac se brže povećava pri višim temperaturama. Deblji omotač od titana radi toplije za istu gustoću snage i tako ubrzava stvaranje kamenca. Kako se sloj kamenca nakuplja, on izolira plašt, a unutarnje komponente se pregrijavaju. U ovom istraživanju raspravljamo o interakciji između debljine stijenke, tempa proizvodnje kamenca i rizika od pregrijavanja.

Utjecaj na mehanički integritet Stvaranje naslaga natrijevog titanata
Korozija titana u 10% NaOH na 95C u prisutnosti sulfidnih nečistoća. događa se pomoću dva paralelna mehanizma. 1. Izravan napad kaustika: Ti + 4NaOH → Na2TiO3 + 2Na2O + 2H2. 2. Napad ubrzan sulfidom. S2- + 2H2O→ H2S + 2OH- H2S napada titan. Nastali kamenac natrijevog titanata nije -zaštitni. Porozno je i dopušta daljnje prodiranje kaustične tvari. Debljina ljuski razvija se parabolično: δ_scale=kx √t, gdje je k funkcija temperature. k je 0,1 mm/√mjesec na 105 stupnjeva za površinu od titana, 0,2 mm/√mjesec na 115 stupnjeva. Nakon 12 mjeseci, stijenka debljine 1,0 mm (T_surface ≈ 105 stupnjeva) ima debljinu ljuske od 0,35 mm; stijenka debljine 2,0 mm (T_surface ≈ 110 stupnjeva) ima debljinu ljuske od 0,5 mm. Brže skaliranje Deblji zid.

Sam kamenac ne jede metalni titan – napravljen je od atoma titana na sučelju metal-kamenca. Ali kamenac se s vremena na vrijeme ljušti, noseći sa sobom malo titana. Stopa gubitka metala je oko 0,05 do 0,10 mm/godišnje za obje debljine stijenke, iako veća površinska temperatura deblje stijenke čini da se naginje prema gornjem kraju.

Učinak na toplinsku izvedbu: Izolacija kamenca uzrokuje pregrijavanje
Kamenac natrijevog titanata je izolator. Sloj kamenca od 0,5 mm (k~1,5 W/mK) pri 2,0 W/cm2 daje ΔT_scale=20,000 x 0,0005 / 1.5=6.7C Ovo dodatno povećanje temperature rezultira pozitivnom povratnom spregom bržeg stvaranja kamenca. Unutarnja MgO izolacija i otporna žica izloženi su višim temperaturama. Na ljestvici od 1,0 mm, ΔT_scale=13.3 stupanj i temperatura unutarnje stijenke mogu biti viša od 450 stupnjeva što rezultira propadanjem MgO i pregorjevanjem žice.

Deblje stijenke imaju veću površinsku temperaturu u početku i brže se skaliraju, stoga imaju kraće kritično vrijeme do pregrijavanja. Trebat će otprilike (1,0/0,1)^2=100 mjeseci da se postigne 1,0 mm kamenca za zid od 1,0 mm. Za zid od 2,0 mm: (1,0/0,2) 2=25 mjeseci. Deblji zid postaje kritičan 4 puta brže.

Kompro-sinteza: vrijeme pregrijavanja u odnosu na debljinu stijenke
Debljina stijenke (mm) Površinska temperatura pri 2,0 W/cm2 (stupanj) Koeficijent rasta kamenca k (mm/√mjesec) Vrijeme do 1,0 mm Razmjer (mjeseci) Vrijeme do pregrijavanja (mjeseci) Preporučeno?
0,8 mm 103 stupnja 0.09 123 mjeseci 120+ mjeseci Da (najduži život)
1,0 mm 104 stupnja 0.10 100 mjeseci 96 mjeseci Da
1,2 mm 105 stupnjeva 0.12 69 mjeseci 66 mjeseci Prihvatljivo
1,5 mm 107 stupnjeva 0.15 44 mjeseci 42 mjeseca Ograničeno 1,8 mm 109 stupnjeva 0.18 31 mjeseci 29 mjeseci Ne 2,0 mm 110 stupnjeva 0.20 25 mjeseci 23 mjeseca Ne
Deblje stijenke uvelike povećavaju vrijeme do pregrijavanja, ubrzavajući stvaranje kamenca.

Inženjering izvan zida Kontrola i uklanjanje kamenca
Najbolja alternativa je spriječiti stvaranje kamenca natrijevog titanata. Titanijevi ioni se kompleksiraju dodavanjem kelirajućeg sredstva (npr. EDTA pri 50-100 ppm) u kaustičnu vodu za pranje, izbjegavajući taloženje kamenca. Kod EDTA debljina kamenca je uvijek manja od 0,05 mm, a debljina stijenke nije bitna za rizik od pregrijavanja. Alternativno, kamenac natrijevog titanata može se ukloniti mjesečnim čišćenjem kiselinom (2% limunska kiselina na 60 stupnjeva tijekom 1 sata) prije nego što dosegne debljinu stijenke od 0,2 mm. 1.2 mm s mjesečnim čišćenjem dat će vam 10+ godina rada. Druga je mogućnost snižavanje radne temperature na 80 stupnjeva, što smanjuje koeficijent razvoja kamenca za 70% i omogućuje debljinu stijenke od 1,5 mm.

Zaključak: Preporučena tanka stijenka (1,0 mm) za uslugu s kaustičnim sufidom
U grijaču petrokemijskog rezervoara za kaustičnu vodu za pranje (10% NaOH, 95 stupnjeva , s nečistoćama sulfida), deblji omotač od titana potiče proizvodnju izolacijskog kamenca natrijevog titanata i uzrokuje pregrijavanje u 23-42 mjeseca naspram. 96+ mjeseci za stijenku od 1,0 mm. Navedena specifikacija odnosi se na omotač od titana Grade 2 s debljinom stijenke od 1,0 mm s tjednim pranjem kiselinom ili dodatkom EDTA kako bi se spriječilo nakupljanje kamenca. Tanje stijenke (manje od ili jednake 1,5 mm) imaju prednost jer rade hladnije, sporije se stvaraju kamenac i kasnije se pregrijavaju. Obavijestite proizvođača o potrebnoj razini sulfida i je li kemijska obrada praktična. U slučaju sulfida u rezervoaru za kaustik, bolji je razrjeđivač za sprječavanje pregrijavanja uzrokovanog kamencem.