En un calentador de haz de tubos de titanio que vuelve a hervir una solución de monoetanolamina al 15 % a 110 grados, ¿cómo cambia la carga de CO₂ (0,3 frente a . 0.5 mol/mol) el mecanismo de degradación de erosión a picaduras?

La carga de dióxido de carbono (CO₂) se define como los moles de CO₂ por mol de MEA en un hervidor para monoetanolamina (MEA) al 15% a 110 grados. La solución es menos corrosiva con cargas bajas (0,3) y la degradación se produce principalmente por erosión de partículas suspendidas. A cargas altas (0,5) la solución es más agresiva y el proceso de degradación cambia de erosión a corrosión por picadura debido a la producción de carbamatos y bicarbonatos. Este cambio se debe al efecto de la mayor carga de CO2 que baja el pH y eleva la concentración de especies agresivas que atacan localmente la película pasiva.

Mecanismo de cambio de mecanismo con carga de CO2

Para una inyección modesta de CO2 de 0,3, el pH de la solución es aproximadamente 9,5 y la película pasiva sobre el titanio es estable. Las partículas sólidas como el sulfuro de hierro o los productos de degradación producen erosión mecánica. Con una gran inyección de CO2 (0,5), el pH baja a 8,0-8,5. Aumento de las cantidades de carbamato (RNHCOOH) y bicarbonato (HCO_3^-). Estas especies pueden formar complejos con iones de titanio y alterar localmente la capa pasiva para iniciar picaduras. La química agresiva en el pozo impulsa el ataque después de que se ha formado el pozo. La transición de erosión a picaduras cambia el modo de falla de adelgazamiento uniforme a perforación localizada.

Tasas y mecanismos de degradación cuantitativa en función de la carga de CO_2

The following has been established by controlled testing in 15% MEA at 110°C with a flow velocity of 2 m/s over 1,000 hours. At a loading of 0.2 CO2, the overall degradation rate is 0.03–0.06 mm/year, with 70% erosion, no pitting, and a consistent wear pattern on the surface. At 0.3 loading the rate is 0.05 - 0.10 mm/year, erosion is 60%, pitting density is 0 - 5 pits/cm 2 and a mixed mechanism is active. At a loading of 0.4 the rate is 0.08–0.15 mm/year, pitting becomes prevalent at 60 % of deterioration, pitting density is 10–30 pits/cm 2 , and pit depths approach 50–100 µm. At the critical threshold loading of 0.5, the rate is 0.12–0.25 mm/yr, pitting accounts for 80%, pitting density is 30–80 pits/cm², and pit depths are 100–250 µm. At a loading of 0.6, the rate is 0.20–0.40 mm/year, pitting is entirely dominant, the pitting density is >80 pits/cm2, and pit depths are >250 milímetros.

Carga de transición en función de la velocidad del flujo y la temperatura.

La carga de transición en la que las picaduras se vuelven dominantes es función de la velocidad del flujo y la temperatura. con 90 grados, el cambio de erosión a picaduras se produce con una carga de CO₂ de 0,6. La transición se produce entre 0,4 y 0,5 a 110 grados. La transición se reduce a 0,3-0,4 a 130 grados. La carga de transición es de 0,35 a 0,45 para una velocidad de flujo baja (0,5 m/s). La erosión a alta velocidad de flujo (3 m/s) es el mecanismo principal hasta una carga de 0,55, ya que la eliminación mecánica de la película pasiva impide la aparición de picaduras.

Guía de control de carga de CO2 del hervidor MEA

La siguiente tabla brinda recomendaciones de carga máxima de CO2 para evitar la degradación dominada por picaduras para hervidores de haces de tubos de titanio de grado 2 a 110 grados para lograr la vida útil deseada.

Vida útil deseada (años) Carga máxima de CO2 (mol/mol) Mecanismo dominante Tasa de degradación total esperada (mm/año)10<0.3 Erosion <0.08 5-10 0.3-0.4Mixed 0.08-0.15 3-5 0.4-0.5 Pitting (marginal) 0.12-0.20 1-3 0.5-0.6 Pitting 0.15-0.30 <1 >0.6 Severe pitting >0.30
Ingeniería de gestión de carga de CO₂ anterior

La carga de transición se ve afectada por el grado de titanio. El grado 7 (paladio-estabilizado) cambia la transición a las picaduras a cargas de CO2 entre 0,1 y 0,2 por encima de las del grado 2. El grado 12 proporciona una mejora intermedia. La penetración de las picaduras es función del espesor de la pared. Con paredes de 2 . 0 mm y picaduras de 0 . 2 mm/año, durará 10 años. La solución MEA debe filtrarse para eliminar las partículas, lo que minimiza la erosión pero puede aumentar el peligro de picaduras al permitir que se forme una película pasiva estable. El pentóxido de vanadio y otros inhibidores de la corrosión aumentan la carga de transición. Bajar la temperatura a 100 grados permite una mayor carga de CO₂ sin picaduras.

Diseño de especificaciones informado

Para un hervidor de haz de tubos de titanio en 15% MEA a 110 grados, la carga de CO2 debe mantenerse por debajo de 0,3 para el Grado 2 o por debajo de 0,5 para el Grado 7 para controlar las picaduras como mecanismo de degradación secundaria. "Monitoree la carga de CO2 semanalmente mediante titulación. Para el Grado 2, si la carga es superior a 0,4, disminuya la tasa de circulación pobre de MEA o aumente el flujo de vapor de extracción para disminuir la carga. Si sus calentadores ya están presentando picaduras, es posible que desee convertirlos a titanio de Grado 7 o bajar la temperatura a 100 grados. El ingeniero mantiene la carga de CO₂ por debajo del umbral de transición para evitar un cambio de erosión predecible a corrosión por picaduras impredecible.