Em um aquecedor de feixe de tubos de titânio reaquecendo uma solução de monoetanolamina a 15% a 110 graus, como a carga de CO₂ (0,3 vs{3}} mol/mol) muda o mecanismo de degradação de erosão para corrosão?

A carga de dióxido de carbono (CO₂) é expressa em moles de CO₂ por mol de monoetanolamina (MEA) em um refervedor para 15% de monoetanolamina (MEA) a 110 graus. Com carga baixa (0,3) a solução é menos corrosiva e a degradação ocorre principalmente pela erosão das partículas suspensas. Em cargas elevadas (0,5) a solução torna-se mais agressiva devido à produção de carbamatos e bicarbonatos e o processo de degradação muda de erosão para corrosão por pite. A mudança é iniciada pelo pH mais baixo e pelo aumento da concentração de espécies agressivas que atacam o filme passivo localmente com maior carga de CO₂.

O mecanismo de mudança de mecanismo com carregamento de CO2

Com baixa carga de CO2 (0,3), o filme passivo no titânio é estável e o pH da solução é de cerca de 9,5. A erosão mecânica é causada por partículas sólidas, como sulfureto de ferro ou produtos de degradação. O pH diminui para 8,0–8,5 após injeção pesada de CO₂ (0,5). As concentrações de carbamato (RNHCOOH) e bicarbonato (HCO3-) aumentam. Esses organismos são capazes de complexar íons de titânio e desestabilizar localmente o filme passivo em poços nucleados. Uma vez formado um fosso, a química hostil dentro do fosso continua o ataque. Se o mecanismo mudar de erosão para pite, o modo de falha muda de adelgaçamento uniforme para perfuração localizada.

Taxas e mecanismos de degradação quantitativa versus carga de CO2

O seguinte foi estabelecido a partir de testes controlados em 15% MEA a 110 graus com uma velocidade de fluxo de 2 m/s durante 1.000 horas. Com uma carga de CO2 de 0,2, a taxa de degradação total é de 0,03–0,06 mm/ano, dos quais 70% são causados ​​pela erosão. Nenhum pite é detectado e a superfície mostra um padrão de desgaste uniforme . 60% de erosão, densidade de pite de 0-5 pites/cm^2 e mecanismo misto com carga de 0,3, com um ritmo de 0,05-0,10 mm/ano. A taxa é de 0,08–0,15 mm por ano com uma carga de 0,4. A corrosão por pites é o principal mecanismo de degradação de 60%, com uma densidade de pites de 10 a 30 pites por cm2 e profundidades de pites de 50 a 100 µm. O limite crítico para uma carga de 0,5 é de 0,12–0,25 mm/ano; 80% é contribuído por pite; a densidade de pites é de 30–80 pites/cm2 e as profundidades de pites são de 100–250 μm. No carregamento de 0,6, a taxa é de 0,20-0,40 mm/ano, o pite é totalmente dominante, a densidade do pite é superior a 80 pites/cm2 e as profundidades do pite são superiores a 250 µm.

Carregamento de Transição: Influência da Temperatura e Velocidade do Fluxo

A carga de transição na qual a corrosão se torna predominante é uma função da temperatura e da velocidade do fluxo. A 90 graus, uma carga de CO2 de 0,6 é a transição da erosão para a corrosão. A transição ocorre em 0,4-0,5 em 110 graus. A 130 graus, a transição reduz para 0,3–0,4. Em baixa velocidade de fluxo (0,5 m/s), a carga de transição é de 0,35-0,45. Em alta velocidade de fluxo (3 m/s) a erosão prevalece até um carregamento de 0,55, uma vez que a remoção mecânica do filme passivo dificulta o início do pite.

Guia de controle de carregamento de CO2 do Reboiler MEA

O gráfico abaixo fornece diretrizes sobre a carga máxima de CO 2 para minimizar a degradação dominada por pitting-em refervedores de feixe de tubos de titânio Grau 2 a 110 graus em função da vida útil necessária.

Vida útil desejada (anos) Carga máxima de CO_2 (mol/mol) Mecanismo dominante Taxa de degradação total esperada (mm/ano)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
Engenharia além do controle do carregamento de CO2

A carga de transição é influenciada pelo grau de titânio. A transição para pites ocorre com cargas de CO 2 0.1 0.2 maiores para o Grau 7 (estabilizado com paládio) do que para o Grau 2. Uma melhoria moderada no Grau 12. A espessura da parede oferece uma tolerância à penetração de pites. Uma parede de 2,0 mm com corrosão de 0,2 mm por ano sobreviverá 10 anos. A solução MEA deve ser filtrada para eliminar partículas e reduzir a erosão, mas pode aumentar o perigo de corrosão ao permitir a formação de uma película passiva estável. A adição de inibidores de corrosão como o pentóxido de vanádio pode aumentar a carga de transição. Com o aumento da carga de CO 2, a temperatura pode ser reduzida para 100 graus sem qualquer corrosão.

Criando uma boa especificação

Para um refervedor de feixe de tubos de titânio em 15% MEA a 110 graus, para evitar corrosão como um mecanismo de degradação secundário, mantenha a carga de CO2 abaixo de 0,3 para o Grau 2 ou abaixo de 0,5 para o Grau 7. Titulação semanal para rastrear a carga de CO2. Para um Grau 2, se a carga for superior a 0,4, reduza a taxa de circulação de MEA pobre ou aumente o fluxo de vapor de extração para minimizar a carga. Para aquecedores atuais que apresentam danos por corrosão, você pode pensar em mudar para titânio grau 7 ou reduzir a temperatura para 100 graus. O engenheiro mantém a carga de CO2 sob o ponto de transição, evitando a mudança da erosão previsível para a corrosão por pite imprevisível.