Чому в титановому електричному нагрівачі, який використовується для утримання 25% моноетаноламіну при 80 градусах, продукт окисної деградації (біцин) прискорює пітинг лише на межі розділу рідина-пар?

Моноетаноламін (MEA) зазвичай використовується в обробці газу для видалення CO₂ і H₂S. MEA окислювально розкладається в присутності кисню при 80 градусах, а біцин (N,N-біс(2-гідроксіетил)гліцин) є значним продуктом розпаду. Біцин є похідною амінокислоти та хелатуючим агентом. У титановому електричному нагрівачі біцин переважно накопичується поблизу поверхні розділу рідини-пари, або меніска, через випаровування та ефекти поверхневого натягу. Концентровані іонні комплекси біцин-титан у цьому контакті дестабілізують пасивну плівку та прискорюють пітінг. Об’єм рідини, що оточує меніск, пасивний і містить меншу концентрацію біцину. Ця обмежена атака пояснює, чому ватерлінія виходить з ладу, тоді як занурена зона залишається в чудовому стані.

Біцин-індукований піттинг на меніску: механізм

Не-леткі продукти розпаду, включаючи біцин, збагачуються в 10–100 разів порівняно з об’ємним розчином MEA, коли вода випаровується з меніска. Біцин містить карбоксилатну та амінну функціональні групи, які можуть утворювати стабільні комплекси з іонами Ti⁴⁺: Ti4⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO₄ → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]4⁺. Це комплексоутворення позбавляє Ti4+ пасивну плівку та запобігає репасивації. Концентрований біцин також знижує місцевий рН з його основного значення 9–10 до 6–7, ще більше дестабілізуючи оксид титану. Ямки починаються на меніску між 200 і 500 год. Область під рідиною не зачіпається. Висока концентрація солі, отримана з продуктів розпаду MEA, збільшує проліферацію при утворенні ямок.

Кількісні показники піттингу в різних місцях служби MEA

Контрольоване випробування в 25% MEA з 5% біцину, що імітує сильно погіршений розчинник, при 80 градусах протягом 1000 годин показало різну точкову поведінку в різних місцях. У масовій рідині (зануреної, нижче 100 ppm біцин) щільність піттингу становить 0-2 піттингу/см2, максимальна глибина піттингу становить менше 20 мкм, а рівномірна корозія залишається нижче 0,01 мм/рік. У зоні меніска випарена плівка концентрується біцином до 1000-5000 ppm, щільність пітінгу становить 50-200 пітінгів/см2, максимальна глибина пітінгу становить 0,3-0,8 мм через 1000 годин, а перфорація стінки 1,2 мм відбувається через 1500-2500 годин. Щільність пітингу становить 5-20 пітингів/см 2 , а максимальна глибина пітингу становить 0,1-0,2 мм у зоні випаровування над меніском, де кристалізується біцин. Напад виникає лише тоді, коли поверхня змочується розплавленням.

Напад меніска: вплив концентрації біцину та рівня кисню

Показано, що ступінь піттингу меніска є основною функцією концентрації біцину та наявності кисню. Для свіжого МЕА з менш ніж 100 ppm біцину та 5 ppm кисню, концентрація біцину в меніску становить менше 500 ppm, а час до глибини піта 0,5 мм перевищує 5000 годин. MEA 500 ppm біцину, 5 ppm кисню Помірно погіршений MEA Час до глибини ямки 0,5 мм Меніск Bicine 2500-5000 ppm 2000-3000 годин Для MEA у сильно пошкодженому стані з 1000 ppm біцину та 5 ppm кисню меніск біцин є 5000-10000 ppm, а час досягнення глибини ямки 0,5 мм становить 800-1500 годин. З сильно погіршеним MEA при 2000 ppm біцину та 5 ppm кисню, біцин меніска становить від 10 000 до 20 000 ppm, а час до глибини ямки 0,5 мм становить 400-800 годин. Інтенсивність атаки та швидкість утворення біцину збільшуються з підвищенням рівня кисню. З 20 ppm кисню та 1000 ppm насипного біцину час до глибини пит-та 0,5 мм скорочується до 500-1000 годин.

Посібник із запобігання піттингу меніска MEA Heaters

Нижче наведено вказівки щодо уникнення точкової висипки, спричиненої біцином, на межі розділу рідини-пари для 25% MEA при 80°C на основі конструкції нагрівача та стану деградації MEA.

Конфігурація нагрівача MEA Умови деградації (біцин ppm) Рекомендоване пом’якшення Очікувана швидкість пітингу (мм/рік)
Вертикальний фіксований рівень рідини Fresh (<100 ppm) None <0.05
Вертикальний фіксований рівень рідини Деградує до помірної міри (500–1000 ppm)Азотна оболонка для мінімізації кисню. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm) Горизонтальний монтаж (видалення меніска)<0.05
Горизонтальний Будь-який Повністю занурений 0,02<
Вертикальна, PTFE рукав. Будь-який рукав покриває зону меніска<0.05
Інженерне збереження меніска та інші

Стійкість до пітингу на меніску залежить від якості титану. Ступінь 7 (стабілізований-паладієм) мав у 2-3 рази більшу стійкість до біцин-індукованого піттингу, ніж клас 2 за тієї самої концентрації меніска. Товщина стінки є допуском на матеріал: стінка товщиною 2,0 мм із точкою меніска 0,5 мм/рік служить 4 роки. Для регулювання зносу MEA можна використовувати інгібітори корозії (наприклад, сульфіт натрію), щоб поглинати кисень і мінімізувати виробництво біцину. Регулярна регенерація MEA шляхом дистиляції усуває біцин та інші продукти розпаду. Рівень рідини слід підтримувати постійним, щоб уникнути циклічного змочування та висихання, що прискорює концентрацію біцину.

Складання обґрунтованої специфікації

Сконструюйте титановий електричний нагрівач для горизонтального монтажу в 25% MEA при 80 градусах, щоб повністю стерти контакт рідини-пару. Якщо вертикальне встановлення неминуче, створіть азотну ковдру над рідиною, щоб мінімізувати проникнення кисню та утворення біцину. Для існуючих вертикальних нагрівачів нанесіть термоусадочну муфту з ПТФЕ довжиною 50–100 мм у передбачувану зону меніска, щоб відокремити титан від концентрованого біцину. Контролюйте MEA на концентрацію біцину за допомогою ВЕРХ або аналізу загального органічного вуглецю під час роботи. Якщо біцин перевищує 1000 ppm, відновіть MEA або зведіть до мінімуму надходження кисню. Щоквартальний огляд зони меніска за допомогою бороскопа, зміна на горизонтальне кріплення, якщо виявлено виразки. Інженер визнає, що біцин збільшує точкову висипку виключно на меніску, і він застосовує цілеспрямовані методи пом’якшення, які покращують термін служби нагрівача в умовах погіршеної роботи моноетаноламіну.