Kada se cijevni grijač od titana naknadno ugradi u katalitički reaktor na bazi zeolita-s ponavljajućom regeneracijom pare (pH 4,0 kondenzat), kako debljina stijenke utječe na stopu korozije u pukotinama ispod naslaga zeolita?
Ostavite poruku
Osnovni kompromis-u dizajnu grijača od titana za zeolitne reaktore
Katalitički reaktori koji se temelje na zeolitima u petrokemijskim i rafinerijskim operacijama podvrgavaju se opetovanoj regeneraciji parom kako bi se uklonile naslage koksa. Para na 150–200 stupnjeva kondenzira se na hladnijim površinama, kao što su grijači od titanijske cijevi. Kondenzat ima pH 4,0 zbog otopljenog CO 2 i tragova organskih kiselina. Čestice zeolita (1-5 µm) nakupljaju se na površini grijača i stvaraju porozni sloj. Ta naslaga zeolita stvara pukotinsko okruženje ispod gdje kondenzat stagnira, kloridi (iz zagađivača hrane) se koncentriraju, a pH se dodatno snižava zbog hidrolize aluminija iz zeolita. Ova nedovoljno taložena korozija u pukotinama može probiti titanske omotače. Vrijeme za perforaciju nakon što se započne napad na pukotinu ovisi o debljini stijenke, ali kontrolna varijabla je debljina naslaga. Istraživanje ocjenjuje učinak debljine stjenke na stope korozije u pukotinama ispod naslaga zeolita i daje informacije o specifikacijama za naknadno ugrađene grijače.
Učinak na mehanički integritet: pukotinska korozija ispod naslaga zeolita
Naslage zeolita (1-3 mm debljine) su idealna geometrija pukotina. Sloj zeolita je porozan i propušta kondenzat, ali ograničava prolaz kisika. Aluminij iz zeolitnog okvira ispire se u talog pri pH 4,0 kao ioni Al 3+. Hidroliza Al 3+ daje H +, što dovodi do lokalnog pH od 2,5-3,0. Kloridi u hrani (do 10 ppm) koncentriraju se na 500-1000 ppm u ustajalom kondenzatu. Ovo okruženje-pH 2,5-3,0, 500-1000 ppm Cl- , 150-200 stupnjeva C-prilično je korozivno za titan. Brzina pukotinske korozije u prisutnosti naslaga zeolita je 0,2-0,8 mm/godišnje, ovisno o debljini naslaga i temperaturi.
Otpornost titana na ovaj napad ovisi o debljini stijenke . 1.0 mm stijenka se perforira u 2 godine pri brzini korozije od 0,5 mm/godišnje. Stjenka 1,5 mm, 3 godine. Za debljinu stijenke od 2,0 mm, 4 godine. Odnos je otprilike linearan. Ali deblje stijenke su toplije (2-4 C toplije za 1,0 mm u odnosu na 2,0 mm razlike), što može povećati stopu korozije za 20-30%, djelomično poništavajući povećani materijal.
Učinak na toplinsku izvedbu: temperatura taloga i ubrzana korozija
Površina titana je izolirana samim naslagama zeolita. Sloj zeolita od 1 mm s toplinskom vodljivošću k ≈ 0,5 W/m K doprinosi ΔT=q × tdepozit/kdepozit. Za tipični toplinski tok od 2,0 W/cm² sloj od 1 mm daje ΔT od 40 stupnjeva. Temperatura površine titana ispod naslaga je 190-210 stupnjeva, a vodene pare je 150 stupnjeva. Viša temperatura pojačava kinetiku pukotinske korozije. Porast temperature ne ovisi o debljini stijenke od titana, ali deblja stijenka od titana dodaje još 2 do 4 stupnja C, dovodeći površinsku temperaturu u područje u kojem se stope korozije udvostručuju svakih 10 stupnjeva C.
Kompromis-sinteze: debljina stijenke u odnosu na vijek trajanja korozije pukotine
Debljina stijenke (mm) Temp. Ispod naslaga (oC) Brzina korozije u pukotinama (mm/godina) Vrijeme do perforacije (godine) Preporučeno za 5 godina života?
1,0 mm 190 stupnjeva 0,4 mm/godina 2,5 godine Ne 1,2 mm 191 stupanj 0,42 mm/godina 2,9 godina Ne 1,5 mm 192,5 stupnjeva 0,46 mm/godina 3,3 godine Ne
1,8 mm 194 stupnjeva 0,50 mm/godina 3,6 godina Nije
2,0 mm 195 stupnjeva 0,54 mm/godina 3,7 godina Da
2,5 mm 197 stupnjeva 0,65 mm/god 3,8 godina Br
Čak i debljina stijenke od 2,5 mm ne traje 5 godina, jer povišena površinska temperatura povećava brzinu korozije i troši dodatni materijal. Maksimalni vijek trajanja s bilo kojom razumnom debljinom stijenke je 3,5 do 4,0 godine.
Inženjering za sprječavanje i uklanjanje naslaga zeolita: S onu stranu zida
Izbjegavanje naslaga ili uklanjanje naslaga je važno jer sama debljina stijenke ne može jamčiti 5-godišnji vijek trajanja naslaga zeolita. Čišćenje parom koje otpuhuje čestice zeolita s površine grijača sprječava nakupljanje naslaga. Sićušna mlaznica koja prska paru od 150 stupnjeva preko grijača brzinom od 5 m/s smanjuje debljinu naslaga na<0.1 mm and eliminates crevice corrosion totally. Standard 1.2mm wall with steam purge gives 10+ years. Alternatively, a weekly water wash (low pressure spray) can be scheduled to remove zeolite deposits before they reach a thickness of 0.2 mm, resetting the crevice corrosion timer. 1.2 mm wall gives 5+ years of service with regular washing. A third option is to coat the titanium sheath with a PTFE coating (50 µm). The coating inhibits zeolite from adhering and restricts the way for crevice corrosion.
Zaključak: Upravljanje depozitom je neophodno – debljina stijenke nije dovoljna
Debljina stjenke ima zanemariv utjecaj na stopu korozije u pukotinama ispod naslaga zeolita kada se cijevni grijač od titana naknadno ugradi u katalitički reaktor na bazi zeolita-s ponavljajućom regeneracijom pare (pH 4,0 kondenzat). Čak i kod debljine stijenke od 2,5 mm vijek trajanja je samo 3,5-4,0 godine, jer izolacijski sloj zeolita podiže površinsku temperaturu na 190-200 stupnjeva, što ubrzava koroziju i troši dodatni materijal. Predloženi lijek nije deblja stijenka, već sprječavanje taloženja (čišćenje parom) ili periodično uklanjanje (mjesečno pranje vodom). Kontrola naslaga daje tipičnu stijenku od titana od 1,2 mm Grade 2 s 5+ godina rada. Dajte proizvođaču očekivanu debljinu naslaga zeolita i koliko često će se čistiti. Glavni uvjet za zadovoljavajući radni vijek retrofita zeolitnog reaktora je kontrola naslaga, dok je debljina stijenke sekundarna.
