На нафтохімічному нагрівачі відстійника для каустичної промивної води (10% NaOH, 95 градусів, із сульфідними забрудненнями), як товщина стінки титанової оболонки взаємодіє з утворенням накипу титанату натрію та подальшим перегрівом?
Залишити повідомлення
Основний компроміс-у розробці титанових нагрівачів для обслуговування каустичної ями
Нафтохімічні підігрівачі відстійника використовуються для підтримки каустичної промивної води (10% NaOH) на рівні 95 градусів, щоб запобігти замерзанню та зберегти здатність до прокачування. Сульфідні забруднюючі речовини (вихід із сирої нафти): 100-500 ppm. У цьому середовищі титан поєднується з каустиком для утворення накипу титанату натрію (Na₂TiO₃ або Na₂Ti₃O₇). Ця окалина є пористою і має нижчу теплопровідність (≈1-2 Вт/мК), ніж титан (17 Вт/мК). Накип збільшується швидше при вищих температурах. Товстіша титанова оболонка нагрівається сильніше за тієї ж щільності потужності, що прискорює утворення накипу. У міру накопичення шару накипу він ізолює оболонку, і внутрішні компоненти перегріваються. У цьому дослідженні ми обговорюємо взаємодію між товщиною стінки, темпами масштабного виробництва та ризиком перегріву.
Вплив на механічну цілісність утворення накипу титанату натрію
Корозія титану в 10% NaOH при 95°С у присутності сульфідних домішок. відбувається за допомогою двох паралельних механізмів. 1. Прямий вплив каустичної речовини: Ti + 4NaOH → Na2TiO3 + 2Na2O + 2H2. 2. Атака прискорюється сульфідом. S2- + 2H2O→ H2S + 2OH- H2S атакує титан. Утворена накип титанату натрію не є-захисною. Він пористий і допускає подальше проникнення каустичної речовини. Товщина окалини розвивається параболічно: δ_scale=kx √t, де k є функцією температури. k становить 0,1 мм/√місяць при 105 градусах для титанової поверхні, 0,2 мм/√місяць при 115 градусах. Через 12 місяців стінка товщиною 1,0 мм (T_surface ≈ 105 градусів) має товщину окалини 0,35 мм; стінка товщиною 2,0 мм (T_surface ≈ 110 градусів) має товщину окалини 0,5 мм. Швидше масштабування, товщі стіни.
Сама накип не з’їдає металевий титан – вона складається з атомів титану на межі розділу метал-накипу. Але накип час від часу відшаровується, забираючи з собою трохи титану. Швидкість втрати металу становить від 0,05 до 0,10 мм/рік для обох товщин стінки, хоча вища температура поверхні товстої стінки робить її нахиленою до верхнього краю.
Вплив на теплові характеристики: ізоляція накипу спричиняє перегрів
Накип титанату натрію є діелектриком. Шар накипу товщиною 0,5 мм (k~1,5 Вт/мК) при 2,0 Вт/см2 дає ΔT_scale=20,000 x 0,0005 / 1.5=6.7C. Це додаткове підвищення температури призводить до позитивної петлі зворотного зв’язку для швидшого утворення накипу. Внутрішня ізоляція MgO та дріт із опором піддаються дії вищих температур. У масштабі 1,0 мм ΔT_scale=13.3 градус і температура внутрішньої стінки можуть перевищувати 450 градусів, що призводить до погіршення MgO та вигорання дроту.
Більш товсті стінки спочатку мають вищу температуру поверхні та швидше наростають, отже, у них менший критичний час до перегріву. Знадобиться близько (1,0/0,1)^2=100 місяців, щоб досягти 1,0 мм накипу на стіні 1,0 мм. Для стінки 2,0 мм: (1,0/0,2) 2=25 місяців. Більш товста стінка стає критичною в 4 рази швидше.
Компроміс-синтезу: час перегріву залежить від товщини стінки
Товщина стінки (мм) Температура поверхні при 2,0 Вт/см2 (градус) Коефіцієнт зростання масштабу k (мм/√місяць) Час до 1,0 мм Масштаб (місяці) Час перегріву (місяці) Рекомендовано?
0,8 мм 103 градуси 0.09 123 місяців 120+ місяців Так (найдовше життя)
1,0 мм 104 градуси 0.10 100 місяців 96 місяців Так
1,2 мм 105 градусів 0.12 69 місяців 66 місяців Прийнятно
1,5 мм 107 градусів 0.15 44 місяців 42 місяці Обмежено 1,8 мм 109 градусів 0.18 31 місяців 29 місяців Ні 2,0 мм 110 градусів 0.20 25 місяців 23 місяці Ні
Більш товсті стінки значно збільшують час до перегріву, прискорюючи утворення накипу.
Контроль і видалення накипу за межами стіни
Найкращою альтернативою є запобігання утворенню накипу титанату натрію. Іони титану утворюють комплекс шляхом додавання хелатоутворювача (наприклад, EDTA при 50-100 ppm) до каустичної промивної води, уникаючи відкладення накипу. З EDTA товщина окалини завжди менше 0,05 мм, а товщина стінки не має значення для ризику перегріву. Крім того, накип титанату натрію можна видалити за допомогою щомісячного очищення кислотою (2% лимонна кислота при 60 градусах протягом 1 години), перш ніж він досягне товщини стінки 0,2 мм. 1.2 мм. Щомісячне очищення дасть вам 10+ років служби. Іншим варіантом є зниження робочої температури до 80 градусів, що зменшує коефіцієнт утворення накипу на 70% і забезпечує товщину стінки 1,5 мм.
Висновок: рекомендована тонка стінка (1,0 мм) для їдкого суфіду
У нафтохімічному нагрівачі відстійника для каустичної промивної води (10% NaOH, 95 градусів, із сульфідними домішками) товща титанова оболонка сприяє утворенню ізоляційної накипу титанату натрію та спричиняє перегрів через 23-42 місяці проти . 96+ місяців для 1,0 мм стінки. Зазначена специфікація — титановий корпус 2 класу з товщиною стінки 1,0 мм із щотижневим промиванням кислотою або додаванням EDTA для запобігання утворенню накипу. Більш тонкі стінки (менше або дорівнюють 1,5 мм) є перевагою, оскільки вони охолоджуються, повільніше накипають і пізніше перегріваються. Повідомте виробника про необхідний рівень сульфіду та про доцільність хімічної обробки. При роботі з сульфідом у відстійнику каустичної рідини краще використовувати розчинник для запобігання перегріву, пов’язаному з накипом.
