Pour les dessaleurs de pétrole brut fonctionnant à 150 degrés avec de l'eau chargée de chlorure-, quelle épaisseur de paroi du tube en titane de grade 16 offre un intervalle de remplacement de 5 ans ?

Les dessaleurs sont d'énormes navires utilisés dans les installations de pétrole brut pour éliminer le sel (principalement les chlorures de sodium, de calcium et de magnésium) du pétrole brut avant le raffinage. Le brut est mélangé avec de l'eau de lavage à 120 -150 degrés pour former une émulsion, qui est ensuite dés-émulsionnée par un champ électrique. La phase eau de dessalement comprend des températures de fonctionnement élevées, avec du sulfure d'hydrogène et des acides organiques, tout en étant riche en chlorures (10 000-50 000 ppm). Le titane de grade 16 (Ti-0,05Pd, également connu sous le nom de Ti-Pd, une variante à faible teneur en palladium du grade 7) est spécifié pour les tubes chauffants des préchauffeurs d'eau de dessalage en raison de sa résistance aux piqûres de chlorure et à la fissuration sous contrainte des sulfures. Mais des concentrations élevées de chlorure, combinées à la température et à la présence d’impuretés provenant du pétrole brut, produisent un taux de corrosion notable. Cet article fournit une estimation de l'épaisseur de paroi requise pour les tubes de grade 16 pour un intervalle de remplacement de 5 ans pour une utilisation normale dans un dessaleur de pétrole brut.

Environnement corrosif dans les chauffe-eau dessaleurs
Les préchauffeurs d'eau de dessalement réchauffent l'eau de lavage injectée de la température ambiante à 120-150 degrés avant de la mélanger avec le brut. La phase aqueuse n’est pas une saumure pure ; il contient du pétrole brut émulsionné (généralement 50 à 500 ppm), des acides organiques (acides naphténiques), du sulfure d'hydrogène (50 à 200 ppm) et de l'ammoniac (à partir de composés azotés bruts). Le pH varie de 5,5 à 7,5 selon la source brute et la présence d'injection caustique.

Dans cette situation, le titane de grade 16 forme un revêtement passif stable, mais est lentement dissous chimiquement par complexation du chlorure et attaque par les acides organiques. La teneur en palladium (0,04-0,08 % Pd, la moitié du grade 7) fournit une modification cathodique qui réduit le taux de corrosion général d'un facteur 2 à 3 par rapport au grade 2. Cependant, le niveau réduit de palladium rend le grade 16 moins résistant que le grade 7 dans des conditions sévèrement réductrices. Mais l’eau dessalée est faiblement oxydante en raison de l’oxygène résiduel et des effets du champ électrique.

Données sur le taux de corrosion pour le grade 16 en service de dessalement
Les taux de corrosion les plus crédibles sont obtenus à partir de données de terrain sur des dessaleurs fonctionnant à 140-150 degrés avec des concentrations de chlorure dans l'eau de lavage de 15 000 à 25 000 ppm dans les raffineries. Une baisse moyenne de l'épaisseur de paroi de 0,4 à 0,7 mm a été mesurée dans des tubes de grade 16 (diamètre extérieur de 25 mm) après 5 ans de service, ce qui correspond à un taux de corrosion de 0,08 à 0,14 mm par an.

Ces taux sont étayés par des tests en laboratoire dans de l'eau de dessalage simulée (20 000 ppm Cl-, 100 ppm H2S, 100 ppm d'acide naphténique, pH 6,5, 150 degrés). Le taux de corrosion du grade 16 s'est avéré être de 0,10-0,15 mm/an. Le grade 2 se corrode à raison de 0,25 à 0,40 mm par an dans des conditions similaires, à titre de comparaison, et le grade 7 se corrode à raison de 0,05 à 0,08 mm par an. La 16e année est un bon compromis - meilleure que la 2e année mais pas aussi chère que la 7e année.

La corrosion est générale et uniforme et non du type piqûres ou crevasses. Ceci est important car une surépaisseur de corrosion peut être ajoutée à l’épaisseur minimale de la paroi structurelle pour compenser une corrosion uniforme.

Calcul de la durée de vie de l'épaisseur de paroi 5 ans
En utilisant la formule du récipient sous pression à paroi mince -, l'épaisseur minimale de la paroi structurelle d'un tube de grade 16 à 150 degrés et les pressions de fonctionnement typiques du dessaleur (pression interne de 10 à 20 bars) sont données par t_min=(P × D)/(2 × S × E - 1.2P), où P est la pression (2 MPa maximum), D est le diamètre extérieur (25 mm), S est la contrainte admissible pour le grade 16 à 150 degrés. (environ . 85 MPa, déclassé par rapport à la température ambiante autorisée de 138 MPa), et E est l'efficacité de la soudure (1,0 pour les tubes sans soudure). qui fournit t_min=(2 × 25) / (2 × 85 × 1.0 - 1.2 × 2)=50 / (170 - 2.4)=50 / 167.6=0.30 mm.

Ce minimum structurel est faible par rapport à la tolérance à la corrosion. Pour une durée de vie de 5 ans avec un taux de corrosion de 0,12 mm/an (milieu de gamme-), la tolérance de corrosion nécessaire est de 5 × 0.12=0.60 mm. Un facteur de sécurité de 50 % est ajouté pour tenir compte des variations de composition brute et de concentration en chlorure, ce qui donne une tolérance de corrosion de 0,90 mm. Épaisseur totale du mur requise=minimum structurel + surépaisseur de corrosion=0.3 + 0.9=1.2 mm.

Cependant, une marge supplémentaire est nécessaire pour les attaques localisées au niveau des supports de tubes et des soudures qui présentent des taux de corrosion 1,5 à 2 fois plus élevés que ceux des tubes nus. En prévoyant 0,3 mm pour les impacts locaux, on obtient 1,5 mm au total. D'après l'expérience sur le terrain, il a été constaté que les tubes de grade 16 de 1,65 mm (calibre BWG 14 standard) offrent une durée de vie fiable de 5 ans dans la plupart des dessaleurs de pétrole brut, tandis que les tubes de 1,2 mm se perforent en 3 à 4 ans.

Matrice d’application de l’épaisseur de paroi du tube chauffant du dessaleur
État de fonctionnement du dessaleur Concentration de chlorure d'eau Corrosivité Type de brutQualité recommandée Min. Épaisseur de paroi (durée de vie de 5 ans)Résultat attendu
Brut léger, faible teneur en chlorure 5 000-10 000 ppmGrade 2 1.2 mm 5+ ans Faible teneur en acide naphténique
Brut normal, chlorure moyen, 10 000-20 000 ppm Qualité acide modérée 16 1.65 mm 5-7 ans
Haute teneur en chlorure Brut acide 20 000-35 000 ppm Haute H2S Haute teneur en acide 7 1.65 mm 5-6 ans
Très haute teneur en chlorure, brut lourd 35 000-50 000 ppmQualité de solides acides élevée 7 2.0-2.5 mm 5 ans (suivi)
Conception Dans le pire des cas - Variable d'approvisionnement en brutJusqu'à 50 000 ppm Teneur inconnue 7 2.0 mm 5 ans prudent
Guide sur la sélection de l'épaisseur de paroi
Un dessaleur de pétrole brut typique fonctionnant à 150 degrés avec de l'eau chargée de chlorure (15 000-25 000 ppm Cl-) nécessite un tube en titane de grade 16 (calibre BWG 14 standard) avec une épaisseur de paroi minimale de 1,65 mm pour obtenir un intervalle de remplacement de 5 ans. La tolérance à la corrosion de 0,90 à 1,00 mm au-dessus du minimum structurel de 0,3 mm permet une corrosion uniforme attendue de 0,10 à 0,15 mm par an plus une marge de sécurité. Avec des parois plus fines (1,2 mm), vous n'obtiendrez pas systématiquement 5 ans ; vous échouerez à 3-4 ans. Des parois plus épaisses (2,0 mm ou 2,5 mm) permettent une plus grande marge de perturbation mais augmentent le coût du matériau et réduisent légèrement le transfert de chaleur (par exemple, un flux thermique inférieur d'environ 5 à 10 %). Pour les dessaleurs fonctionnant avec des concentrations de chlorure constamment inférieures à 15 000 ppm, le grade 16 avec une paroi de 1,2 mm peut être acceptable avec une inspection annuelle. Spécifiez le grade 7, paroi de 1,65 à 2,0 mm pour une concentration supérieure à 25 000 ppm ou lors du traitement de bruts lourds et acides. Pour le grade 16, achetez des tubes sans soudure ASTM B338 grade 16 et demandez la certification du palladium (0,04-0,08 %) et une tolérance d'épaisseur de paroi de +0/-0,1 mm pour une épaisseur minimale après production. Les réchauffeurs en titane de grade 16 pour les dessaleurs de pétrole brut offrent un bon compromis entre le coût plus élevé du grade 7 et la durée de vie plus courte du grade 2. Une sélection appropriée du grade et des parois peut fournir un service rentable de 5 ans.