Когато титанов тръбен нагревател се модернизира в каталитичен реактор на основата на зеолит- с повтаряща се регенерация с пара (pH 4,0 кондензат), как дебелината на стената влияе върху скоростта на корозия в процепа под зеолитни отлагания?

Основният компромис-в дизайна на титанов нагревател за зеолитни реактори
Каталитичните реактори на базата на зеолити в нефтохимични и рафиниращи операции се подлагат на многократна регенерация с пара за отстраняване на коксовите отлагания. Парата при 150–200 градуса кондензира върху по-хладни повърхности, като например титаниеви тръбни нагреватели. Кондензатът е с pH 4,0 поради разтворения CO 2 и следи от органични киселини. Частиците зеолит (1–5 µm) се натрупват върху повърхността на нагревателя и образуват порест слой. Това зеолитно отлагане създава пукнатина отдолу, където кондензатът е в застой, хлоридите (от замърсителите на фуража) се концентрират и рН се понижава допълнително поради хидролизата на алуминия от зеолита. Тази недостатъчна корозия на пукнатини може да пробие титаниеви якета. Времето за перфорация след започване на атаката на пукнатината зависи от дебелината на стената, но контролиращата променлива е дебелината на отлаганията. Изследването оценява ефекта от дебелината на стената върху скоростите на корозия в пукнатините под зеолитни отлагания и дава информация за спецификациите за преоборудвани нагреватели.

Ефект върху механичната цялост: Корозия на пукнатини под зеолитни отлагания
Зеолитните отлагания (1–3 mm дебелина) са идеална геометрия на пукнатини. Зеолитният слой е порест и позволява преминаването на кондензата, но ограничава преминаването на кислород. Алуминият от зеолитната рамка се излугва в отлаганията при pH 4,0 като Al 3+ йони. Хидролизата на Al 3+ дава Н +, което води до локално рН от 2,5-3,0. Хлоридите в захранването (до 10 ppm) се концентрират до 500-1000 ppm в застоялия кондензат. Тази среда-pH 2,5-3,0, 500-1000 ppm Cl- , 150-200 градуса C-е доста корозивна за титана. Скоростта на корозия на пукнатините при наличие на зеолитни отлагания е 0,2–0,8 mm/година в зависимост от дебелината на отлаганията и температурата.

Устойчивостта на титана на тази атака зависи от дебелината на стената . 1.0 mm стената се перфорира за 2 години при скорост на корозия 0,5 mm/година. Стена 1,5 мм, 3г. За дебелина на стената 2,0 мм, 4 години. Връзката е приблизително линейна. Но по-дебелите стени са по-горещи (2-4 C по-горещи за 1,0 mm срещу 2,0 mm разлика), което може да увеличи скоростта на корозия с 20-30%, частично отричайки увеличения материал.

Ефект върху топлинните характеристики: Температура на отлагането и ускорена корозия
Титановата повърхност е изолирана от самия зеолит. 1 mm слой зеолит с топлопроводимост k ≈ 0,5 W/m K допринася за ΔT=q × tdeposit/kdeposit. За типичен топлинен поток от 2,0 W/cm² отлагане от 1 mm дава ΔT от 40 градуса. Температурата на титановата повърхност под депозита е 190-210 градуса, а обемната пара е 150 градуса. По-високата температура подобрява кинетиката на корозията в пукнатините. Повишаването на температурата не зависи от дебелината на титановата стена, но по-дебелата титаниева стена добавя още 2 до 4 градуса C, като температурата на повърхността се превръща в сфера, в която нивата на корозия се удвояват на всеки 10 градуса C.

Компромис-синтез: Дебелина на стената срещу корозионен живот на процепа
Дебелина на стената (mm) Температура на повърхността. Под отлагания (oC) Скорост на корозия в процепа (mm/година) Време до перфорация (години) Препоръчва се за 5-годишен живот?
1,0 mm 190 градуса 0,4 mm/година 2,5 години Не 1,2 mm 191 градуса 0,42 mm/година 2,9 години Не 1,5 mm 192,5 градуса 0,46 mm/година 3,3 години Не
1,8 мм 194 градуса 0,50 мм/година 3,6 години Не
2,0 мм 195 градуса 0,54 мм/година 3,7 години Да
2,5 mm 197 градуса 0,65 mm/год 3,8 години No
Дори дебелина на стената от 2,5 мм не издържа 5 години, тъй като повишената температура на повърхността повишава корозията и изразходва допълнителния материал. Максималният живот при разумна дебелина на стената е 3,5 до 4,0 години.

Инженеринг за предотвратяване и отстраняване на отлагания от зеолит: Отвъд стената
Избягването или отстраняването на отлагания е важно, тъй като дебелината на стената сама по себе си не може да гарантира 5-годишен живот със зеолитни отлагания. Продухването с пара, издухващо зеолитните частици от повърхността на нагревателя, предотвратява натрупването на отлагания. Малка дюза, пръскаща пара от 150 градуса през нагревателя при 5 m/s, намалява дебелината на отлаганията до<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.

Заключение: Необходимо е управление на депозита – дебелината на стената не е достатъчна
Дебелината на стената има незначително влияние върху скоростта на корозия на пукнатините под зеолитни отлагания, когато нагревател от титанова тръба се монтира допълнително в каталитичен реактор на базата на зеолит-с повтаряща се регенерация с пара (pH 4,0 кондензат). Дори при дебелина на стената от 2,5 мм експлоатационният живот е само 3,5–4,0 години, тъй като изолационният зеолитен слой повишава повърхностната температура до 190–200 градуса, което ускорява корозията и изразходва допълнителния материал. Предложеното средство за защита не е по-дебела стена, а предотвратяване на отлагане (продухване с пара) или периодично отстраняване (месечно измиване с вода). Контролът на отлаганията дава типична 1,2 мм титаниева стена от степен 2 с 5+ години експлоатация. Дайте на производителя очакваната дебелина на зеолитното отлагане и колко често ще се почиства. Основното изискване за задоволителен експлоатационен живот на модернизираните зеолитни реактори е контролът на отлаганията, докато дебелината на стената е второстепенна.