Dans un radiateur électrique en titane utilisé pour maintenir 25 % de monoéthanolamine à 80 degrés, pourquoi le produit de dégradation oxydative (Bicine) accélère-t-il les piqûres uniquement à l'interface liquide - vapeur ?

La monoéthanolamine (MEA) est couramment utilisée dans le traitement des gaz pour l'élimination du CO₂ et du H₂S. Le MEA est dégradé par oxydation en présence d'oxygène à 80 degrés et la bicine (N,N-bis(2-hydroxyéthyl)glycine) est un produit de dégradation important. La bicine est un dérivé d'acide aminé et un agent chélateur. Dans un radiateur électrique en titane, la bicine s'accumule préférentiellement près de l'interface liquide - vapeur, ou ménisque, en raison des effets d'évaporation et de tension superficielle. Les complexes concentrés d'ions bicine-titane à ce contact déstabilisent le film passif et accélèrent les piqûres. Le liquide en vrac entourant le ménisque est passif et contient une concentration plus faible de bicine. Cette attaque limitée explique pourquoi la ligne de flottaison s'effondre alors que la zone immergée reste dans un superbe état.

Piqûres induites par la bicine au niveau du ménisque : mécanisme

Les produits de dégradation non-volatils, y compris la bicine, s'enrichissent d'un facteur de 10 à 100 par rapport à la solution de MEA en vrac à mesure que l'eau s'évapore du ménisque. La bicine comprend des groupes fonctionnels carboxylate et amine, qui peuvent former des complexes stables avec les ions Ti⁴⁺ : Ti⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO₄ → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]⁴⁺. Cette complexation épuise le Ti4+ du film passif et évite la repassivation. La bicine concentrée réduit également le pH local de sa valeur globale de 9-10 à 6-7, déstabilisant davantage l'oxyde de titane. Les fosses débutent au ménisque entre 200 et 500 h. La zone sous le liquide n'est pas affectée. La concentration élevée en sel fournie par les produits de dégradation du MEA augmente la prolifération lors de la formation de piqûres.

Taux de piqûres quantitatifs à différents endroits du service MEA

Des tests contrôlés dans 25 % de MEA avec 5 % de bicine, simulant un solvant gravement dégradé, à 80 degrés pendant 1 000 heures, ont montré un comportement de piqûre différent à différents endroits. Dans le liquide en vrac (immergé, en dessous de 100 ppm de bicine), la densité des piqûres est de 0 à 2 piqûres/cm2, la profondeur maximale des piqûres est inférieure à 20 µm et la corrosion uniforme reste inférieure à 0,01 mm/an. Dans la zone du ménisque, le film évaporé est concentré avec de la bicine à 1 000-5 000 ppm, la densité de piqûres est de 50 à 200 piqûres/cm², la profondeur maximale des piqûres est de 0,3 à 0,8 mm après 1 000 heures et la perforation d'une paroi de 1,2 mm se produit en 1 500 à 2 500 heures. La densité des piqûres est de 5 à 20 piqûres/cm 2 et la profondeur maximale des piqûres est de 0,1 à 0,2 mm dans la zone de vapeur au-dessus du ménisque où la bicine cristallise. L'attaque ne se produit que lorsque la surface est mouillée par déliquescence.

Attaque du ménisque : effet de la concentration en bicine et du niveau d'oxygène

Il a été démontré que le degré de piqûres du ménisque est une fonction majeure de la concentration de bicine et de la disponibilité en oxygène. Pour le MEA frais contenant moins de 100 ppm de bicine et 5 ppm d'oxygène, la concentration de bicine au niveau du ménisque est inférieure à 500 ppm et le temps nécessaire pour atteindre une profondeur de piqûre de 0,5 mm est supérieur à 5 000 heures. MEA 500 ppm bicine, 5 ppm d'oxygène MEA modérément dégradé Temps jusqu'à une profondeur de fosse de 0,5 mm Ménisque bicine 2 500-5 000 ppm 2 000-3 000 heures Pour le MEA dans un état très endommagé avec 1 000 ppm de bicine et 5 ppm d'oxygène, le ménisque bicine est de 5 000 à 10 000 ppm et le temps jusqu'à une profondeur de fosse de 0,5 mm est de 800 à 1 500 heures. Avec du MEA fortement dégradé à 2 000 ppm de bicine et 5 ppm d'oxygène, le ménisque bicine est de 10 000 à 20 000 ppm et le temps nécessaire pour atteindre une profondeur de fosse de 0,5 mm est de 400 à 800 heures. L'intensité de l'attaque et le taux de création de bicine augmentent avec des niveaux d'oxygène plus élevés. Avec 20 ppm d'oxygène et 1 000 ppm de bicine en vrac, le temps nécessaire pour atteindre une profondeur de fosse de 0,5 mm est réduit à 500 à 1 000 heures.

Guide de prévention des piqûres de ménisque des réchauffeurs MEA

Vous trouverez ci-dessous les lignes directrices permettant d'éviter les piqûres induites par la bicine à l'interface liquide-vapeur pour 25 % de MEA à 80 °C, en fonction de la conception du réchauffeur et de l'état de dégradation du MEA.

Configuration du réchauffeur Conditions de dégradation du MEA (bicine ppm) Atténuation recommandée Taux de piqûres attendu (mm/an)
Niveau de liquide vertical fixe Frais (<100 ppm) None <0.05
Niveau de liquide fixe verticalDégradé dans une mesure modérée (500 à 1 000 ppm)Couverture d'azote pour minimiser l'oxygène. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm)Montage horizontal (supprime le ménisque)<0.05
Horizontal Tout Entièrement immergé 0,02<
Manchon vertical en PTFE Tout manchon couvre la zone du ménisque<0.05
Préservation du ménisque d’ingénierie et autres

La résistance aux piqûres au niveau du ménisque dépend de la qualité du titane. Le grade 7 (palladium-stabilisé) avait une résistance 2-3 fois plus élevée aux piqûres induites par la bicine que le grade 2 à la même concentration de ménisque. L'épaisseur de la paroi est une marge de matériau : une paroi de 2,0 mm avec des piqûres ménisques de 0,5 mm/an dure 4 ans. Pour réguler la détérioration du MEA, des inhibiteurs de corrosion (par exemple le sulfite de sodium) peuvent être utilisés pour éliminer l'oxygène et minimiser la production de bicine. La récupération régulière du MEA par distillation élimine la bicine et les autres produits de dégradation. Le niveau de liquide doit être maintenu constant pour éviter un mouillage et un séchage cycliques qui accélèrent la concentration de la bicine.

Faire une spécification éclairée

Concevez un radiateur électrique en titane pour un montage horizontal dans 25 % de MEA à 80 degrés pour effacer complètement le contact liquide-vapeur. Si l'installation verticale est inévitable, construisez une couverture d'azote au-dessus du liquide pour minimiser l'intrusion d'oxygène et le développement de bicine. Pour les radiateurs verticaux existants, appliquez une longueur de 50 à 100 mm de manchon rétractable en PTFE dans la zone estimée du ménisque pour séparer le titane de la bicine concentrée. Surveillez le MEA pour la concentration de bicine par HPLC ou analyse du carbone organique total pendant le fonctionnement. Si la bicine dépasse 1 000 ppm, récupérez le MEA ou minimisez la pénétration d’oxygène. Inspection trimestrielle de la zone du ménisque avec un endoscope, passage au montage horizontal si des piqûres sont détectées. L'ingénieur reconnaît que la bicine augmente les piqûres uniquement au niveau du ménisque, et il applique des méthodes d'atténuation ciblées qui améliorent la durée de vie du réchauffeur en cas de service de monoéthanolamine détérioré.