Kad titāna cauruļu sildītājs tiek modernizēts ceolīta{0}}katalītiskajā reaktorā ar periodisku tvaicēšanas reģenerāciju (pH 4,0 kondensāts), kā sienas biezums ietekmē plaisu korozijas ātrumu zem ceolīta nogulsnēm?
Atstāj ziņu
Pamatatlaide{0}}titāna sildītāju dizainam ceolīta reaktoriem
Katalītiskie reaktori, kuru pamatā ir ceolīti naftas ķīmijas un rafinēšanas operācijās, tiek pakļauti atkārtotai tvaicēšanas reģenerācijai, lai noņemtu koksa nogulsnes. Tvaiki 150–200 grādu temperatūrā kondensējas uz vēsākām virsmām, piemēram, titāna cauruļu sildītājiem. Kondensāta pH ir 4,0 izšķīdušā CO 2 un organisko skābju pēdu dēļ. Ceolīta daļiņas (1–5 µm) uzkrājas uz sildītāja virsmas un veido porainu slāni. Šīs ceolīta nogulsnes zem tā rada plaisu vidi, kur kondensāts stagnē, tiek koncentrēti hlorīdi (no barības piesārņotājiem) un pH tiek vēl vairāk pazemināts alumīnija hidrolīzes dēļ no ceolīta. Šī zemā nogulsnes spraugas korozija var caurdurt titāna jakas. Perforācijas laiks, kad tiek uzsākts spraugas uzbrukums, ir atkarīgs no sienas biezuma, bet kontrolējošais mainīgais ir nogulsnes biezums. Izpētē novērtēta sienu biezuma ietekme uz plaisu korozijas ātrumu zem ceolīta nogulsnēm un sniegta informācija par modernizētiem sildītājiem.
Ietekme uz mehānisko integritāti: spraugas korozija zem ceolīta nogulsnēm
Ceolīta nogulsnes (1–3 mm biezas) ir ideāla plaisu ģeometrija. Ceolīta slānis ir porains un ļauj iziet cauri kondensātam, bet ierobežo skābekļa caurlaidību. Alumīnijs no ceolīta karkasa izskalojas nogulsnēs pie pH 4,0 kā Al 3+ joni. Al 3+ hidrolīze rada H +, kā rezultātā lokālais pH ir 2,5-3,0. Hlorīdi barībā (līdz 10 ppm) koncentrējas līdz 500-1000 ppm stagnējošā kondensātā. Šī vide -pH 2,5–3,0, 500–1000 ppm Cl- , 150–200 grādi C-ir diezgan kodīga titānam. Plaisu korozijas ātrums ceolīta nogulumu klātbūtnē ir 0,2–0,8 mm/gadā atkarībā no nogulšņu biezuma un temperatūras.
Titāna izturība pret šo uzbrukumu ir atkarīga no sienas biezuma . 1.0 mm, siena caurduras 2 gados ar korozijas ātrumu 0,5 mm/gadā. Siena 1,5 mm, 3 gadi. Sienas biezumam 2,0 mm, 4 gadi. Attiecības ir aptuveni lineāras. Bet biezākas sienas ir karstākas (2-4 C karstākas 1,0 mm pret 2,0 mm starpībai), kas var palielināt korozijas ātrumu par 20-30%, daļēji liedzot palielināto materiālu.
Ietekme uz termisko veiktspēju: nogulsnes temperatūra un paātrināta korozija
Titāna virsmu izolē pats ceolīta nogulsnes. 1 mm ceolīta slānis ar siltumvadītspēju k ≈ 0,5 W/m K nodrošina ΔT=q × tnogulsnējumu/kdepozītu. Tipiskai siltuma plūsmai 2,0 W/cm² 1 mm depozīts nodrošina ΔT 40 grādu. Titāna virsmas temperatūra zem nogulsnes ir 190-210 grādi un lielapjoma tvaika temperatūra ir 150 grādi. Augstāka temperatūra uzlabo spraugas korozijas kinētiku. Temperatūras paaugstināšanās nav atkarīga no titāna sienas biezuma, bet biezāka titāna siena palielina vēl 2 līdz 4 grādus C, pārceļot virsmas temperatūru tādā līmenī, kur korozijas ātrums dubultojas ik pēc 10 grādiem C.
Izmaiņu sintēze-: sienas biezums pret spraugas korozijas kalpošanas laiku
Sienas biezums (mm) Virsmas temp. Zem nogulsnes (oC) Plaisas korozijas ātrums (mm/gadā) Laiks līdz perforācijai (gadi) Ieteicams 5 gadu mūžam?
1,0 mm 190 grādi 0,4 mm/gadā 2,5 gadi Nē 1,2 mm 191 grāds 0,42 mm/gadā 2,9 gadi Nr 1,5 mm 192,5 grādi 0,46 mm gadā 3,3 gadi Nē
1,8 mm 194 grāds 0,50 mm/gadā 3,6 gadi Nav
2,0 mm 195 grādi 0,54 mm/gadā 3,7 gadi Jā
2,5 mm 197 grādi 0,65 mm/gadā 3,8 gadi Nr
Pat sienas biezums 2,5 mm nenotur 5 gadus, jo paaugstināta virsmas temperatūra paaugstina korozijas ātrumu un iztērē papildu materiālu. Maksimālais kalpošanas laiks ar jebkuru saprātīgu sienu biezumu ir 3,5 līdz 4,0 gadi.
Ceolīta nogulšņu novēršanas un noņemšanas inženierija: aiz sienas
Izvairīšanās no nogulsnēm vai to noņemšana ir svarīga, jo sienas biezums vien nevar garantēt 5 gadu kalpošanas laiku ar ceolīta nogulsnēm. Tvaika tīrīšana, kas izpūš ceolīta daļiņas no sildītāja virsmas, novērš nogulšņu uzkrāšanos. Maza sprausla, kas izsmidzina 150 grādu tvaiku pāri sildītājam ar ātrumu 5 m/s, samazina nogulsnes biezumu līdz<0.1 mm and eliminates crevice corrosion totally. Standard 1.2mm wall with steam purge gives 10+ years. Alternatively, a weekly water wash (low pressure spray) can be scheduled to remove zeolite deposits before they reach a thickness of 0.2 mm, resetting the crevice corrosion timer. 1.2 mm wall gives 5+ years of service with regular washing. A third option is to coat the titanium sheath with a PTFE coating (50 µm). The coating inhibits zeolite from adhering and restricts the way for crevice corrosion.
Secinājums: nepieciešama depozīta pārvaldība – sienas biezums nav pietiekams
Sienas biezumam ir nenozīmīga ietekme uz spraugas korozijas ātrumu zem ceolīta nogulsnēm, kad titāna caurules sildītājs tiek modernizēts ceolīta- bāzes katalītiskajā reaktorā ar periodisku tvaicēšanas reģenerāciju (pH 4,0 kondensāts). Pat ar sieniņu biezumu 2,5 mm kalpošanas laiks ir tikai 3,5–4,0 gadi, jo izolējošais ceolīta slānis paaugstina virsmas temperatūru līdz 190–200 grādiem, kas paātrina koroziju un iztērē papildu materiālu. Piedāvātais līdzeklis nav biezāka siena, bet gan nogulsnēšanās novēršana (attīrīšana ar tvaiku) vai periodiska noņemšana (ikmēneša ūdens mazgāšana). Depozīta kontrole nodrošina tipisku 1,2 mm 2. pakāpes titāna sienu ar 5+ gadu kalpošanas laiku. Norādiet ražotājam paredzamo ceolīta nogulsnes biezumu un to, cik bieži tas tiks tīrīts. Galvenā prasība, lai nodrošinātu apmierinošu ceolīta reaktoru modernizēto iekārtu kalpošanas laiku, ir nogulšņu kontrole, savukārt sieniņu biezums ir sekundārs.
