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?
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A carga de dióxido de carbono (CO₂) é definida como os moles de CO₂ por mol de MEA em um refervedor para 15% de monoetanolamina (MEA) a 110 graus. A solução é menos corrosiva em baixas cargas (0,3) e a degradação ocorre principalmente pela erosão de partículas suspensas. Em cargas elevadas (0,5) a solução é mais agressiva e o processo de degradação muda de erosão para corrosão por pites devido à produção de carbamatos e bicarbonatos. Essa mudança se deve ao efeito da maior carga de CO2 que diminui o pH e aumenta a concentração de espécies agressivas que agridem localmente o filme passivo.
Mecanismo de mudança de mecanismo com carregamento de CO2
Para uma injeção modesta de CO2 de 0,3, o pH da solução é de cerca de 9,5 e o filme passivo no titânio é estável. Partículas sólidas como sulfeto de ferro ou produtos de degradação produzem erosão mecânica. Com uma grande injeção de CO2 (0,5), o pH cai para 8,0-8,5. Aumento das quantidades de carbamato (RNHCOOH) e bicarbonato (HCO_3^-). Estas espécies são capazes de complexar íons de titânio e romper localmente a camada passiva para iniciar poços. A química agressiva no fosso impulsiona o ataque após a formação do fosso. A transição da erosão para o pite altera o modo de falha de afinamento uniforme para perfuração localizada.
Taxas e mecanismos de degradação quantitativa em função da carga de CO_2
The following has been established by controlled testing in 15% MEA at 110°C with a flow velocity of 2 m/s over 1,000 hours. At a loading of 0.2 CO2, the overall degradation rate is 0.03–0.06 mm/year, with 70% erosion, no pitting, and a consistent wear pattern on the surface. At 0.3 loading the rate is 0.05 - 0.10 mm/year, erosion is 60%, pitting density is 0 - 5 pits/cm 2 and a mixed mechanism is active. At a loading of 0.4 the rate is 0.08–0.15 mm/year, pitting becomes prevalent at 60 % of deterioration, pitting density is 10–30 pits/cm 2 , and pit depths approach 50–100 µm. At the critical threshold loading of 0.5, the rate is 0.12–0.25 mm/yr, pitting accounts for 80%, pitting density is 30–80 pits/cm², and pit depths are 100–250 µm. At a loading of 0.6, the rate is 0.20–0.40 mm/year, pitting is entirely dominant, the pitting density is >80 pits/cm2, and pit depths are >250 milímetros.
Carga de transição em função da velocidade e temperatura do fluxo
A carga de transição na qual a corrosão se torna dominante é uma função da velocidade do fluxo e da temperatura. com 90 graus, a mudança de erosão para corrosão ocorre com uma carga de CO₂ de 0,6. A transição ocorre em 0,4–0,5 em 110 graus. A transição é reduzida para 0,3-0,4 a 130 graus. A carga de transição é de 0,35–0,45 para uma velocidade de fluxo baixa (0,5 m/s). A erosão em alta velocidade de fluxo (3 m/s) é o principal mecanismo até uma carga de 0,55, uma vez que a remoção mecânica do filme passivo impede o aparecimento de pites.
Guia de controle de carregamento de CO2 do Reboiler MEA
A tabela a seguir fornece recomendações de carga máxima de CO2 para evitar degradação dominada por pites para refervedores de feixe de tubos de titânio Grau 2 a 110 graus para a vida útil desejada.
Vida útil desejada (anos) Carga máxima de CO2 (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 anterior ao gerenciamento de carga de CO₂
A carga de transição é afetada pelo grau de titânio. O grau 7 (paládio-estabilizado) muda a transição para corrosão para cargas de CO2 0,1–0,2 acima do grau 2. O grau 12 fornece melhoria intermediária. A penetração do pite é uma função da espessura da parede. Com 2 . 0 mm de parede e 0 . 2 mm/ano de corrosão, durará 10 anos. A solução MEA deve ser filtrada para remover partículas, o que minimiza a erosão, mas pode aumentar o perigo de corrosão ao permitir a formação de uma película passiva estável. O pentóxido de vanádio e outros inibidores de corrosão aumentam a carga de transição. A redução da temperatura para 100 graus permite maior carga de CO₂ sem corrosão.
Design de especificação informado
Para um refervedor de feixe de tubos de titânio em 15% MEA a 110 graus, a carga de CO2 deve ser mantida abaixo de 0,3 para o Grau 2 ou abaixo de 0,5 para o Grau 7 para controlar a corrosão como um mecanismo de degradação secundário. "Monitore a carga de CO2 semanalmente por titulação. Para Grau 2, se a carga estiver acima de 0,4, diminua a taxa de circulação de MEA pobre ou aumente o fluxo de vapor de extração para diminuir a carga. Se seus aquecedores já estiverem com corrosão, você pode querer converter para titânio de Grau 7 ou diminuir a temperatura para 100 graus. O engenheiro mantém a carga de CO₂ abaixo do limite de transição para evitar uma mudança de erosão previsível para corrosão por corrosão imprevisível.
