Para dessalinizadores de petróleo bruto operando a 150 graus com água carregada de cloreto-, que espessura de parede do tubo de titânio grau 16 fornece um intervalo de substituição de 5 anos?

Dessalinizadores são navios enormes usados ​​em instalações de petróleo bruto para remover sal (principalmente cloretos de sódio, cálcio e magnésio) do petróleo bruto antes do refino. O petróleo bruto é misturado com água de lavagem a 120-150 graus para formar uma emulsão, que é posteriormente de{10}}emulsificada por um campo elétrico. A fase aquosa do dessalinizador compreende altas temperaturas de operação, com sulfeto de hidrogênio e ácidos orgânicos, sendo rica em cloretos (10.000-50.000 ppm). O titânio grau 16 (Ti-0,05Pd, também conhecido como Ti-Pd, uma variante com baixo teor de paládio do grau 7) é especificado para tubos aquecedores em pré-aquecedores de água dessalinizadora devido à sua resistência à corrosão por cloretos e rachaduras por tensão por sulfeto. Mas altas concentrações de cloreto em combinação com a temperatura e a presença de impurezas do petróleo bruto produzem uma taxa de corrosão notável. Este artigo fornece uma estimativa da espessura de parede necessária para tubos Grau 16 para um intervalo de substituição de 5 anos para uso normal do dessalinizador de petróleo bruto.

Ambiente Corrosivo em Aquecedores de Água Dessalinizadores
Os pré-aquecedores de água dessalinizadora aquecem a água de lavagem injetada da temperatura ambiente até 120-150 graus antes de misturar com o petróleo bruto. A fase aquosa não é salmoura pura; possui petróleo bruto emulsionado (geralmente 50-500 ppm), ácidos orgânicos (ácidos naftênicos), sulfeto de hidrogênio (50-200 ppm) e amônia (de compostos brutos de nitrogênio). O pH varia de 5,5 a 7,5 dependendo da fonte bruta e da presença de injeção cáustica.

Nesta situação, o titânio Grau 16 forma um revestimento passivo estável, mas é lentamente dissolvido quimicamente pela complexação de cloreto e ataque por ácidos orgânicos. O teor de paládio (0,04-0,08% Pd, metade do Grau 7) fornece uma modificação catódica que reduz a taxa de corrosão geral por um fator de 2-3 em comparação com o Grau 2. No entanto, o nível reduzido de paládio torna o Grau 16 menos resistente que o Grau 7 sob condições severamente redutoras. Mas a água dessalinizada é fracamente oxidante como resultado do oxigênio residual e dos efeitos do campo elétrico.

Dados de taxa de corrosão para o grau 16 no serviço dessalinizador
As taxas de corrosão mais confiáveis ​​são obtidas a partir de dados de campo em dessalinizadores operando a 140-150 graus com concentrações de cloreto de água de lavagem de 15.000-25.000 ppm em refinarias. A queda média na espessura da parede de 0,4-0,7 mm foi medida em tubos Grau 16 (25 mm de diâmetro externo) após 5 anos de serviço, correspondendo a uma taxa de corrosão de 0,08-0,14 mm por ano.

Essas taxas são apoiadas por testes de laboratório em água dessalinizada simulada (20.000 ppm Cl-, 100 ppm H2S, 100 ppm ácido naftênico, pH 6,5, 150 graus). A taxa de corrosão do Grau 16 foi de 0,10-0,15 mm/ano. O Grau 2 corroeu 0,25-0,40 mm por ano sob condições semelhantes, para comparação, e o Grau 7 corroeu 0,05-0,08 mm por ano. A 16ª série é um bom compromisso – melhor que a 2ª série, mas não tão cara quanto a 7ª série.

A corrosão é geral e uniforme e não é do tipo pite ou fenda. Isto é significativo porque uma tolerância à corrosão pode ser adicionada à espessura mínima da parede estrutural para compensar a corrosão uniforme.

Cálculo da vida útil da espessura da parede 5 anos
Usando a fórmula do vaso de pressão de parede-fina, a espessura estrutural mínima da parede para um tubo Grau 16 a 150 graus e pressões operacionais típicas do dessalinizador (pressão interna de 10-20 bar) é dada por t_min=(P × D)/(2 × S × E - 1.2P), onde P é a pressão (2 MPa no máximo), D é o diâmetro externo (25 mm), S é a tensão admissível para Grau 16 a 150 graus (aproximadamente. 85 MPa, reduzido da temperatura ambiente permitida de 138 MPa) e E é a eficiência de soldagem (1,0 para tubo sem costura). que fornece t_min=(2 × 25) / (2 × 85 × 1.0 - 1.2 × 2)=50 / (170 - 2.4)=50 / 167.6=0.30 mm.

Este mínimo estrutural é pequeno em relação à tolerância à corrosão. Para uma vida útil de 5 anos com uma taxa de corrosão de 0,12 mm/ano (faixa-média), a tolerância à corrosão necessária é de 5 × 0.12=0.60 mm. Um fator de segurança de 50% é adicionado para acomodar a variação na composição bruta e na concentração de cloreto, o que dá uma tolerância à corrosão de 0,90 mm. Espessura total da parede necessária=mínimo estrutural + tolerância à corrosão=0.3 + 0.9=1.2 mm.

No entanto, é necessária margem adicional para ataque localizado em suportes de tubos e soldas que apresentam taxas de corrosão 1,5 a 2 vezes maiores que as do tubo descoberto. Permitir 0,3 mm para impactos locais produz 1,5 mm no total. A partir da experiência de campo, a tubulação de 1,65 mm (calibre padrão BWG 14) Grau 16 oferece vida útil confiável de 5 anos na maioria das dessalinizadoras de petróleo bruto, enquanto a tubulação de 1,2 mm perfura em 3 a 4 anos.

Matriz de aplicação de espessura de parede do tubo do aquecedor dessalinizador
Operação do dessalinizador EstadoConcentração de cloreto de água Corrosividade Tipo brutoGrau recomendado Min. Espessura da Parede (5 anos de vida) Resultado Antecipado
Petróleo leve, baixo teor de cloreto 5.000-10.000 ppmGrau 2 1.2 mm 5+ anos Baixo teor de ácido naftênico
Bruto normal, cloreto médio, 10.000-20.000 ppm Grau de ácido moderado 16 1.65 mm 5-7 anos
Alto teor de cloreto Petróleo azedo 20.000-35.000 ppm Alto H2S Alto grau de ácido 7 1.65 mm 5-6 anos
Cloreto muito alto, petróleo bruto pesado 35.000-50.000 ppmSólidos de alta acidezGrau 7 2.0-2.5 mm 5 anos (acompanhamento)
Pior cenário de projeto - Variável de fornecimento bruto Até 50.000 ppm Grau desconhecido 7 2.0 mm 5 anos conservador
Guia para selecionar a espessura da parede
Um dessalinizador típico de petróleo bruto trabalhando a 150 graus com água carregada de cloreto (15.000-25.000 ppm Cl-) requer um tubo de titânio grau 16 (calibre padrão BWG 14) com uma espessura de parede mínima de 1,65 mm para atingir um intervalo de substituição de 5 anos. A tolerância à corrosão de 0,90-1,00 mm acima do mínimo estrutural de 0,3 mm permite uma corrosão uniforme esperada de 0,10-0,15 mm por ano, mais uma margem de segurança. Com paredes mais finas (1,2 mm), você não chegará consistentemente aos 5 anos; você falhará em 3-4 anos. Paredes mais espessas (2,0 mm ou 2,5 mm) permitem mais margem para perturbações, mas aumentam o custo do material e reduzem ligeiramente a transferência de calor (por exemplo, fluxo de calor ~5-10% menor). Para dessalinizadores que operam com concentrações de cloreto consistentemente abaixo de 15.000 ppm, o Grau 16 com parede de 1,2 mm pode ser aceitável com inspeção anual. Especifique Grau 7, parede de 1,65-2,0 mm para concentração acima de 25.000 ppm ou ao processar petróleo bruto pesado e ácido. Para o Grau 16, compre tubos sem costura ASTM B338 Grau 16 e solicite a certificação de paládio (0,04-0,08%) e uma tolerância de espessura de parede de +0/-0,1 mm para espessura mínima após a produção. Aquecedores de titânio grau 16 para dessalinizadores de petróleo bruto oferecem um bom compromisso entre o custo mais alto do grau 7 e a vida útil mais curta do grau 2. O grau adequado e a seleção da parede podem fornecer um serviço econômico de 5 anos.