na Petrokjemisk sumpvarmer for kaustisk vaskevann (10 % NaOH, 95 grader, med sulfidforurensninger), hvordan samhandler veggtykkelsen til titankappen med dannelsen av natriumtitanatbelegg og påfølgende overoppheting?
Legg igjen en beskjed
Grunnleggende bytte-ved utforming av titanvarmere for kaustisk sump-service
Petrokjemiske sumpvarmere brukes til å holde kaustisk vaskevann (10 % NaOH) på 95 grader for å forhindre frysing og for å bevare pumpbarheten. Sulfidforurensninger (overføring fra råolje): 100-500 ppm. I dette miljøet kombineres titan med kaustisk for å generere natriumtitanat (Na₂TiO₃ eller Na₂Ti₃O₇)-skala. Denne skalaen er porøs og har lavere varmeledningsevne (≈1-2 W/mK) enn titan (17 W/mK). Skalaen øker raskere ved høyere temperaturer. En tykkere titankappe blir varmere for samme krafttetthet og påskynder dermed kalkdannelsen. Etter hvert som kalklaget bygger seg opp, isolerer det kappen, og de indre komponentene overopphetes. I denne undersøkelsen diskuterer vi samspillet mellom veggtykkelse, tempoet i beleggproduksjonen og risikoen for overoppheting.
Innvirkning på mekanisk integritet dannelse av natriumtitanatskala
Titankorrosjon i 10% NaOH ved 95C i nærvær av sulfid-urenheter. skjer av to parallelle mekanismer. 1. Direkte angrep av kaustisk: Ti + 4NaOH → Na2TiO3 + 2Na2O + 2H2. 2. Angrep akselerert av sulfid. S2- + 2H2O→ H2S + 2OH- H2S angriper titan. Den dannede natriumtitanatskalaen er ikke-beskyttende. Den er porøs og tillater ytterligere kaustisk penetrering. Skalatykkelsen utvikler seg parabolsk: δ_scale=kx √t, hvor k er en funksjon av temperaturen. k er 0,1 mm/√ måned ved 105 grader for titanoverflate, 0,2 mm/√ måned ved 115 grader . Etter 12 måneder har en vegg på 1,0 mm tykkelse (T_overflate ≈ 105 grader) en skalatykkelse på 0,35 mm; en vegg på 2,0 mm tykkelse (T_overflate ≈ 110 grader) har en skalatykkelse på 0,5 mm. Raskere skala Tykkere vegg.
Vekten i seg selv spiser ikke titanmetall – den er laget av titanatomer ved metall-skalagrensesnittet. Men vekten flasser av og til og tar med seg litt titan. Raten for metalltap er rundt 0,05 til 0,10 mm/år for begge veggtykkelser, selv om den høyere overflatetemperaturen til den tykkere veggen gjør at den heller mot den øvre enden.
Effekt på termisk ytelse: Skalisolasjon forårsaker overoppheting
Skalaen til natriumtitanat er en isolator. Et 0,5 mm skalalag (k~1,5 W/mK) ved 2,0 W/cm2 gir ΔT_scale=20,000 x 0,0005 / 1.5=6.7C Denne ekstra temperaturøkningen resulterer i en positiv tilbakemeldingssløyfe med raskere skaladannelse. Den innvendige MgO-isolasjonen og motstandstråden utsettes for høyere temperaturer. På skalaen 1,0 mm, ΔT_scale=13.3 grader og den indre veggtemperaturen kan være høyere enn 450 grader, noe som resulterer i MgO-forringelse og ledningsutbrenning.
Tykkere vegger har høyere overflatetemperatur til å begynne med og skalerer raskere, og har derfor kortere kritisk tid til overoppheting. Det vil ta omtrent (1,0/0,1)^2=100 måneder å komme til 1,0 mm skala for en 1,0 mm vegg. For 2,0 mm vegg: (1,0/0,2) 2=25 måneder. Den tykkere veggen går kritisk 4 ganger raskere.
Avvei-syntese: Overopphetingstid kontra veggtykkelse
Veggtykkelse (mm) Overflatetemperatur ved 2,0 W/cm2 ( grad ) Skala Vekstkoeffisient k (mm/√måned)Tid til 1,0 mm Skala (måneder) Tid til overoppheting (måneder)Anbefalt?
0,8 mm 103 grader 0.09 123 måneder 120+ månederJa (lengste levetid)
1,0 mm 104 grader 0.10 100 måneder 96 måneder Ja
1,2 mm 105 grader 0.12 69 måneder 66 måneder Akseptabelt
1,5 mm 107 grader 0.15 44 måneder 42 måneder Begrenset 1,8 mm 109 grader 0.18 31 måneder 29 måneder Nei 2,0 mm 110 grader 0.20 25 måneder 23 måneder Nei
Tykkere vegger øker tiden til overoppheting betydelig ved å akselerere dannelsen av skala.
Engineering Beyond the Wall Scale Control og fjerning
Det beste alternativet er å forhindre produksjon av natriumtitanatskala. Titanioner kompleksbindes ved å tilsette et chelateringsmiddel (f.eks. EDTA ved 50-100 ppm) til det kaustiske vaskevannet, slik at avleiring unngås. Med EDTA er kalktykkelsen alltid mindre enn 0,05 mm, og veggtykkelsen har ingen betydning for risikoen for overoppheting. Alternativt kan natriumtitanatbelegg fjernes ved månedlig syrerengjøring (2 % sitronsyre ved 60 grader i 1 time) før den når en tykkelse på 0,2 mm. 1.2 mm vegg med månedlig rengjøring vil gi deg 10+ års bruk. Et annet alternativ er å senke driftstemperaturen til 80 grader, noe som tillater skalautviklingskoeffisient med en 50 % tykkelse på 70 %. mm.
Konklusjon: Anbefalt tynnvegg (1,0 mm) for Caustic Sufide Service
I en petrokjemisk sumpvarmer for kaustisk vaskevann (10 % NaOH, 95 grader, med sulfidforurensninger), fremmer en tykkere titankappe produksjon av isolerende natriumtitanatbelegg og forårsaker overoppheting i 23-42 måneder vs.. 96+ måneder for 1,0 mm vegg. Spesifikasjonen som er spesifisert er grad 2 titankappe med veggtykkelse 1,0 mm med syrevasking ukentlig eller EDTA-tilsetning for å forhindre kalkoppbygging. Tynnere vegger (mindre enn eller lik 1,5 mm) er fordelaktige siden de kjører kjøligere, kalker langsommere og overopphetes senere. Informer produsenten om nødvendig sulfidnivå og om kjemisk behandling er praktisk. Ved bruk av sulfid i en kaustisk sump er tynnere bedre for å forhindre kalkrelatert overoppheting.
