När en titanrörsvärmare eftermonteras i en zeolitbaserad-katalytisk reaktor med återkommande ångande regenerering (pH 4,0 kondensat), hur påverkar väggtjockleken spaltens korrosionshastighet under zeolitavlagringar?

Den grundläggande avvägningen- av Titanium Heater Design för zeolitreaktorer
Katalytiska reaktorer baserade på zeoliter i petrokemiska och raffineringsoperationer utsätts för upprepad ångregenerering för att avlägsna koksavlagringar. Ånga vid 150–200 grader kondenserar på kallare ytor, som titanrörsvärmare. Kondensatet har pH 4,0 på grund av löst CO 2 och spårorganiska syror. Zeolitpartiklar (1–5 µm) samlas på värmarens yta och bildar ett poröst lager. Denna zeolitavlagring skapar en spaltmiljö under där kondensatet står stilla, klorider (från foderföroreningar) koncentreras och pH sänks ytterligare på grund av hydrolys av aluminium från zeoliten. Denna korrosion av underavsättningssprickor kan tränga igenom titanjackor. Tiden för perforering när sprickangrepp väl har initierats beror på väggtjockleken, men den styrande variabeln är avlagringstjockleken. Undersökningen utvärderar effekten av väggtjocklek på spaltkorrosionshastigheter under zeolitavlagringar och ger specifikationsinformation för eftermonterade värmare.

Effekt på mekanisk integritet: Spaltkorrosion under zeolitavlagringar
Zeolitavlagringar (1–3 mm tjocka) är en idealisk spaltgeometri. Zeolitskiktet är poröst och tillåter kondensat att passera igenom men begränsar syrepassage. Aluminium från zeolitramverket läcker in i avsättningen vid pH 4,0 som Al 3+-joner. Hydrolys av Al 3+ ger H+, vilket leder till ett lokalt pH på 2,5-3,0. Kloriderna i fodret (ned till 10 ppm) koncentreras till 500-1000 ppm i det stillastående kondensatet. Denna miljö-pH 2,5-3,0, 500-1 000 ppm Cl-, 150-200 grader C-är ganska frätande för titan. Spaltkorrosionshastigheten i närvaro av zeolitavlagringar är 0,2–0,8 mm/år, beroende på avlagringarnas tjocklek och temperatur.

Titanets motstånd mot denna attack beror på väggtjockleken . 1.0 mm väggperforeringar inom 2 år med 0,5 mm/år korrosionshastighet. Vägg på 1,5 mm, 3 år. För en väggtjocklek på 2,0 mm, 4 år. Sambandet är ungefär linjärt. Men tjockare väggar är hetare (2-4 C varmare för 1,0 mm vs 2,0 mm skillnad), vilket kan öka korrosionshastigheten med 20-30 %, vilket delvis upphäver det ökade materialet.

Effekt på termisk prestanda: Avlagringstemperatur och accelererad korrosion
Titanytan är isolerad av själva zeolitavlagringen. Ett 1 mm lager av zeolit ​​med en värmeledningsförmåga på k ≈ 0,5 W/m K bidrar med ΔT=q × tavsättning/kavsättning. För ett typiskt värmeflöde på 2,0 W/cm² ger en 1 mm avsättning en ΔT på 40 grader. Temperaturen på titanytan under avsättningen är 190-210 grader och bulkångan är 150 grader. Den högre temperaturen förbättrar kinetiken för spaltkorrosion. Temperaturökningen är oberoende av tjockleken på titanväggen, men en tjockare titanvägg ger ytterligare 2 till 4 grader C, vilket tar yttemperaturen till ett område där korrosionshastigheten fördubblas var 10:e grader C.

Avvägning-syntes: väggtjocklek vs. spaltkorrosionslivslängd
Väggtjocklek (mm) Yttemp. Under avlagring (oC) Spaltkorrosionshastighet (mm/år) Tid till perforering (år) Rekommenderas för 5-årig livslängd?
1,0 mm 190 grader 0,4 mm/år 2,5 år Nej 1,2 mm 191 grader 0,42 mm/år 2,9 år Nej 1,5 mm 192,5 grader 0,46 mm/år 3,3 år Nej
1,8 mm 194 grader 0,50 mm/år 3,6 år Ej
2,0 mm 195 grader 0,54 mm/år 3,7 år Ja
2,5 mm 197 grader 0,65 mm/år 3,8 år Nr
Även en väggtjocklek på 2,5 mm håller inte i 5 år, eftersom den ökade yttemperaturen höjer korrosionshastigheten och förbrukar tilläggsmaterialet. Maximal livslängd med någon rimlig väggtjocklek är 3,5 till 4,0 år.

Teknik för att förhindra och avlägsna zeolitavlagringar: bortom väggen
Att undvika eller avlägsna avlagringar är viktigt eftersom enbart väggtjockleken inte kan garantera en 5-årig livslängd med zeolitavlagringar. En ångspolning som blåser bort zeolitpartiklar från värmarens yta förhindrar uppbyggnad av avlagringar. Ett litet munstycke som sprutar 150 graders ånga över värmaren med 5 m/s minskar avlagringens tjocklek till<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.

Slutsats: Insättningshantering nödvändig – väggtjockleken är inte tillräcklig
Väggtjockleken har försumbar inverkan på spaltens korrosionshastighet under zeolitavlagringar när en titanrörsvärmare eftermonteras i en zeolit-baserad katalytisk reaktor med återkommande ångande regenerering (pH 4,0 kondensat). Även med en väggtjocklek på 2,5 mm är livslängden endast 3,5–4,0 år, eftersom det isolerande zeolitskiktet höjer yttemperaturen till 190–200 grader, vilket accelererar korrosion och förbrukar det extra materialet. Den föreslagna åtgärden är inte en tjockare vägg utan förhindrande av avsättning (ångrening) eller periodiskt avlägsnande (månadstvätt med vatten). Avlagringskontroll ger en typisk 1,2 mm titanvägg av klass 2 med 5+ års tjänst. Ge tillverkaren den förväntade tjockleken på zeolitavlagringen och hur ofta den kommer att rengöras. Huvudkravet för tillfredsställande livslängd för eftermontering av zeolitreaktorer är avsättningskontroll, medan väggtjockleken är sekundär.