Hoe verschuift de CO₂-belasting (0,3 versus . 0.5 mol/mol) in een titaniumbuisbundelverwarmer die een oplossing van 15% monoethanolamine bij 110 graden opnieuw kookt, het afbraakmechanisme van erosie naar putjesvorming?
Laat een bericht achter
In een reboiler voor 15% monoethanolamine (MEA) bij 110 graden wordt de kooldioxide (CO₂)-belasting uitgedrukt als mol CO₂ per mol MEA. Bij lage belasting (0,3) is de oplossing minder corrosief en vindt afbraak voornamelijk plaats door erosie door zwevende deeltjes. Bij hoge belasting (0,5) wordt de oplossing agressiever door de vorming van carbamaten en bicarbonaten, en verschuift het afbraakmechanisme van erosie naar putcorrosie. De overgang vindt plaats omdat een hogere CO₂-belasting de pH verlaagt en de concentratie van agressieve soorten verhoogt die de passieve film lokaal aantasten.
Het mechanisme van mechanismeverschuiving bij het laden van CO₂
Bij een lage CO₂-belasting (0,3) is de pH van de oplossing ongeveer 9,5 en is de passieve film op titanium stabiel. Vaste deeltjes zoals ijzersulfide of afbraakproducten veroorzaken mechanische erosie. Bij een hoge CO₂-belasting (0,5) daalt de pH naar 8,0–8,5. De concentraties carbamaat (RNHCOOH) en bicarbonaat (HCO₃⁻) nemen toe. Deze soorten kunnen titaniumionen complexeren en de passieve film lokaal destabiliseren, waardoor putten ontstaan. Zodra zich een put vormt, verspreidt de agressieve chemie in de put de aanval. De verschuiving van erosie naar putjes verandert de faalwijze van uniforme verdunning naar plaatselijke perforatie.
Kwantitatieve afbraaksnelheden en mechanismen als functie van CO₂-belasting
Gecontroleerd testen in 15% MEA bij 110 graden met een stroomsnelheid van 2 m/s gedurende 1000 uur heeft het volgende aangetoond. Bij een CO₂-belasting van 0,2 bedraagt de totale degradatiesnelheid 0,03–0,06 mm per jaar, draagt erosie 70% bij, wordt er geen putvorming waargenomen en vertoont het oppervlak uniforme slijtagepatronen. Bij een belasting van 0,3 is de snelheid 0,05–0,10 mm per jaar, is de erosie 60%, is de putdichtheid 0–5 putjes per cm² en werkt een gemengd mechanisme. Bij een belasting van 0,4 is de snelheid 0,08–0,15 mm per jaar, wordt putvorming dominant bij 60% van de afbraak, is de putdichtheid 10–30 putjes per cm² en bereiken de putdieptes 50–100 µm. Bij een belasting van 0,5, de kritische drempel, bedraagt de snelheid 0,12–0,25 mm per jaar, draagt putvorming voor 80% bij, bedraagt de putdichtheid 30–80 putjes per cm² en bereiken de putdieptes 100–250 µm. Bij een belasting van 0,6 is de snelheid 0,20–0,40 mm per jaar, domineert putvorming volledig, is de putdichtheid groter dan 80 putjes per cm² en is de putdiepte groter dan 250 µm.
Invloed van temperatuur en stroomsnelheid op de transitiebelasting
De overgangsbelasting waarbij putcorrosie dominant wordt, hangt af van de temperatuur en de stroomsnelheid. Bij 90 graden vindt de overgang van erosie naar putvorming plaats bij een CO₂-belasting van 0,6. Bij 110 graden vindt de overgang plaats bij 0,4–0,5. Bij 130 graden daalt de overgang naar 0,3–0,4. Bij een lage stroomsnelheid (0,5 m/s) bedraagt de overgangsbelasting 0,35–0,45. Bij hoge stroomsnelheid (3 m/s) overheerst erosie tot een belasting van 0,55, omdat de mechanische verwijdering van passieve film het ontstaan van putjes voorkomt.
CO₂-laadcontrolegids voor MEA-reboilers
De volgende tabel geeft aanbevelingen voor maximale CO₂-belasting om putjes te voorkomen-gedomineerde afbraak in klasse 2 titanium buisbundelherverdampers bij 110 graden, op basis van de gewenste levensduur.
| Gewenste levensduur (jaren) | Maximale CO₂-belasting (mol/mol) | Dominant mechanisme | Verwachte totale afbraaksnelheid (mm/jaar) |
|---|---|---|---|
| >10 | <0.3 | Erosie | <0.08 |
| 5–10 | 0.3–0.4 | Gemengd | 0.08–0.15 |
| 3–5 | 0.4–0.5 | Pitten (marginaal) | 0.12–0.20 |
| 1–3 | 0.5–0.6 | Pitten | 0.15–0.30 |
| <1 | >0.6 | Ernstige putjes | >0.30 |
Techniek die verder gaat dan CO₂-laadcontrole
De titaniumkwaliteit beïnvloedt de overgangsbelasting. Graad 7 (palladium-gestabiliseerd) verschuift de overgang naar putvorming naar CO₂-belastingen die 0,1–0,2 hoger zijn dan Graad 2. Graad 12 biedt een tussentijdse verbetering. De wanddikte zorgt voor een putpenetratietoeslag; een wand van 2,0 mm met putjes van 0,2 mm per jaar gaat 10 jaar mee. De MEA-oplossing moet worden gefilterd om deeltjes te verwijderen, wat erosie vermindert maar het risico op putvorming kan vergroten doordat een stabiele passieve film kan worden gevormd. De toevoeging van corrosieremmers zoals vanadiumpentoxide verhoogt de overgangsbelasting. Het verlagen van de temperatuur tot 100 graden maakt een hogere CO₂-belasting mogelijk zonder putvorming.
Een geïnformeerde specificatie maken
Voor een reboiler van titaniumbuisbundels in 15% MEA bij 110 graden moet de CO₂-belasting onder 0,3 worden gehouden voor klasse 2 of onder 0,5 voor klasse 7 om putvorming als secundair afbraakmechanisme te behouden. Controleer de CO₂-belasting wekelijks door titratie. Als de belasting groter is dan 0,4 voor klasse 2, verlaag dan de magere MEA-circulatiesnelheid of verhoog de stripstoomstroom om de belasting te verlagen. Voor bestaande verwarmingselementen met putschade kunt u overwegen om over te stappen op titanium van klasse 7 of de temperatuur te verlagen tot 100 graden. Door de CO₂-belasting onder de overgangsdrempel te houden, voorkomt de ingenieur de verschuiving van voorspelbare erosie naar onvoorspelbare putcorrosie.
