У ребойлері для 15% моноетаноламіну (MEA) при 110 градусах вміст вуглекислого газу (CO₂) виражається в молях CO₂ на моль MEA. При низькому навантаженні (0,3) розчин є менш корозійним, і деградація відбувається переважно шляхом ерозії зважених часток. При високому навантаженні (0,5) розчин стає агресивнішим за рахунок утворення карбаматів і бікарбонатів, а механізм деградації зміщується від ерозійної до точкової корозії. Перехід відбувається через те, що підвищене навантаження CO₂ знижує рН і збільшує концентрацію агресивних видів, які локально атакують пасивну плівку.

Механізм перемикання механізму з навантаженням CO₂

При низькому вмісті CO₂ (0,3) рН розчину становить приблизно 9,5, а пасивна плівка на титані є стабільною. Тверді частинки, такі як сульфід заліза або продукти розпаду, викликають механічну ерозію. При високому вмісті CO₂ (0,5) рН падає до 8,0–8,5. Збільшуються концентрації карбамату (RNHCOOH) і бікарбонату (HCO3⁻). Ці види можуть з’єднувати іони титану та локально дестабілізувати пасивну плівку, ініціюючи ямки. Коли утворюється яма, агресивна хімія всередині ями поширює атаку. Перехід від ерозії до точкової зміни руйнування від рівномірного стоншення до локалізованої перфорації.

Кількісні швидкості та механізми деградації як функція навантаження CO₂

Контрольоване випробування в 15% MEA при 110 градусах зі швидкістю потоку 2 м/с протягом 1000 годин показало наступне. При навантаженні CO₂ 0,2 загальна швидкість деградації становить 0,03–0,06 мм на рік, ерозія становить 70%, пітінг не спостерігається, а поверхня демонструє рівномірний малюнок зносу. При навантаженні 0,3 швидкість 0,05–0,10 мм на рік, ерозія 60 %, пітінгова щільність 0–5 пітингів на см², працює змішаний механізм. При навантаженні 0,4 швидкість становить 0,08–0,15 мм на рік, пітінг стає домінуючим при 60% деградації, щільність пітингу становить 10–30 пітингів на см², а глибина пітингу досягає 50–100 мкм. При навантаженні 0,5, критичному порозі, швидкість становить 0,12–0,25 мм на рік, пітінг становить 80%, щільність пітінгу становить 30–80 пітингів на см², а глибина пітингу досягає 100–250 мкм. При навантаженні 0,6 швидкість становить 0,20–0,40 мм на рік, повністю домінує пітінг, щільність пітингу перевищує 80 пітингів на см², а глибина пітингу перевищує 250 мкм.

Вплив температури та швидкості потоку на перехідне навантаження

Перехідне навантаження, при якому пітінг стає домінуючим, залежить від температури та швидкості потоку. Під кутом 90 градусів перехід від ерозії до пітінгу відбувається при навантаженні CO₂ 0,6. При 110 градусах перехід відбувається на 0,4–0,5. При 130 градусах перехід падає до 0,3–0,4. При низькій швидкості течії (0,5 м/с) перехідне навантаження становить 0,35–0,45. При високій швидкості потоку (3 м/с) ерозія домінує до навантаження 0,55, оскільки механічне видалення пасивної плівки запобігає виникненню пітингу.

Посібник із контролю завантаження CO₂ для ребойлерів MEA

У наведеній нижче таблиці наведено рекомендації щодо максимального навантаження CO₂, щоб уникнути деградації-з переважанням піттингу в ребойлерах з титановими трубками класу 2 при 110 градусах на основі бажаного терміну служби.

Розробка поза контролем навантаження CO₂

Марка титану впливає на перехідне навантаження. Ступінь 7 (стабілізований-паладій) зміщує перехід до піттингу до навантажень CO₂ на 0,1–0,2 вище, ніж клас 2. Ступінь 12 забезпечує проміжне покращення. Товщина стінки забезпечує припуск на проникнення ями; стінка товщиною 2,0 мм з точкою 0,2 мм на рік служить 10 років. Розчин МЕА слід відфільтрувати для видалення частинок, що зменшує ерозію, але може збільшити ризик точкової висипки, дозволяючи утворювати стабільну пасивну плівку. Додавання інгібіторів корозії, таких як пентоксид ванадію, підвищує перехідне навантаження. Зменшення температури до 100 градусів дозволяє збільшити навантаження CO₂ без виточки.

Складання обґрунтованої специфікації

Для титанового трубчастого ребойлера в 15% MEA при 110 градусах підтримуйте навантаження CO₂ нижче 0,3 для класу 2 або нижче 0,5 для класу 7, щоб зберегти точкову систему як вторинний механізм деградації. Контролюйте навантаження CO₂ щотижня шляхом титрування. Якщо навантаження перевищує 0,4 для класу 2, зменшіть швидкість циркуляції бідної МЕА або збільште потік відпарної пари, щоб зменшити навантаження. Для існуючих обігрівачів із точковими пошкодженнями подумайте про перехід на титан класу 7 або зниження температури до 100 градусів. Контролюючи навантаження CO₂ нижче перехідного порогу, інженер запобігає переходу від передбачуваної ерозії до непередбачуваної точкової корозії.