In un riscaldatore a fascio tubiero in titanio che ribolle una soluzione di monoetanolammina al 15% a 110 gradi, in che modo il carico di CO₂ (0,3 vs . 0.5 mole/mole) sposta il meccanismo di degradazione dall'erosione alla vaiolatura?

Il carico di anidride carbonica (CO₂) è definito come le moli di CO₂ per mole di MEA in un ribollitore per monoetanolammina (MEA) al 15% a 110 gradi. La soluzione è meno corrosiva a basso carico (0,3) e la degradazione avviene principalmente per erosione da particelle sospese. A carichi elevati (0,5) la soluzione è più aggressiva e il processo di degradazione cambia da erosione a corrosione per vaiolatura a causa della produzione di carbammati e bicarbonati. Questo cambiamento è dovuto all'effetto del maggior carico di CO2 che abbassa il pH ed aumenta la concentrazione di specie aggressive che aggrediscono localmente il film passivo.

Meccanismo di spostamento del meccanismo con carico di CO2

Per una modesta iniezione di CO2 pari a 0,3, il pH della soluzione è circa 9,5 e il film passivo sul titanio è stabile. Le particelle solide come il solfuro di ferro o i prodotti di degradazione producono erosione meccanica. Con una grande iniezione di CO2 (0,5), il pH si abbassa a 8,0-8,5. Aumento delle quantità di carbammato (RNHCOOH) e bicarbonato (HCO_3^-). Queste specie sono in grado di complessare gli ioni titanio e di distruggere localmente lo strato passivo per avviare buche. La chimica aggressiva nella fossa guida l'attacco dopo che si è formata una fossa. La transizione dall’erosione alla vaiolatura modifica la modalità di rottura da un assottigliamento uniforme a una perforazione localizzata.

Tassi e meccanismi di degradazione quantitativa in funzione del carico di 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 mm.

Carico di transizione in funzione della velocità del flusso e della temperatura

Il carico di transizione al quale la vaiolatura diventa dominante è una funzione della velocità del flusso e della temperatura. con 90 gradi il passaggio da erosione a vaiolatura avviene con un carico di CO₂ di 0,6. La transizione avviene a 0,4–0,5 a 110 gradi. La transizione viene abbassata a 0,3-0,4 a 130 gradi. Il carico di transizione è 0,35–0,45 per una velocità di flusso bassa (0,5 m/s). L'erosione ad alta velocità di flusso (3 m/s) è il meccanismo principale fino ad un carico di 0,55 poiché la rimozione meccanica del film passivo previene la comparsa della vaiolatura.

Guida al controllo del carico di CO2 del ribollitore MEA

La tabella seguente fornisce raccomandazioni sul carico massimo di CO2 per evitare la degradazione dominata dalla vaiolatura per i ribollitori di fasci tubieri in titanio di grado 2 a 110 gradi per la durata di servizio desiderata.

Vita utile desiderata (anni) Carico massimo di CO2 (mole/mole) Meccanismo dominante Tasso di degradazione totale previsto (mm/anno)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
Ingegneria Passata Gestione del carico di CO₂

Il carico di transizione è influenzato dal grado di titanio. Il Grado 7 (palladio-stabilizzato) sposta la transizione dalla vaiolatura a carichi di CO2 di 0,1–0,2 superiori a quelli del Grado 2. Il Grado 12 fornisce un miglioramento intermedio. La penetrazione della vaiolatura è una funzione dello spessore della parete. Con 2 . 0 mm di parete e 0 . 2 mm/anno di perforazione durerà 10 anni. La soluzione MEA deve essere filtrata per rimuovere le particelle, il che riduce al minimo l'erosione ma può aumentare il pericolo di vaiolatura consentendo la formazione di una pellicola passiva stabile. Il pentossido di vanadio e altri inibitori della corrosione aumentano il carico di transizione. L'abbassamento della temperatura a 100 gradi consente un maggiore carico di CO₂ senza vaiolatura.

Progettazione informata delle specifiche

Per un ribollitore di fasci tubieri in titanio con MEA al 15% a 110 gradi, il carico di CO2 deve essere mantenuto al di sotto di 0,3 per il Grado 2 o inferiore a 0,5 per il Grado 7 per controllare la vaiolatura come meccanismo di degradazione secondaria. "Monitora settimanalmente il carico di CO2 mediante titolazione. Per il Grado 2, se il carico è superiore a 0,4, diminuisci la velocità di circolazione della magra MEA o aumenta il flusso di vapore di stripping per diminuire il carico. Se i tuoi riscaldatori stanno già andando a vaiolarsi, potresti voler convertirli al titanio di grado 7 o abbassare la temperatura a 100 gradi. L'ingegnere mantiene il carico di CO₂ al di sotto della soglia di transizione per evitare un cambiamento dall'erosione prevedibile alla corrosione per vaiolatura imprevedibile.