Dans un réchauffeur de faisceau de tubes en titane faisant bouillir une solution de monoéthanolamine à 15 % à 110 degrés, comment la charge de CO₂ (0,3 vs. 0.5 mole/mole) déplace-t-elle le mécanisme de dégradation de l'érosion aux piqûres ?
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La charge en dioxyde de carbone (CO₂) est définie comme le nombre de moles de CO₂ par mole de MEA dans un rebouilleur pour 15 % de monoéthanolamine (MEA) à 110 degrés. La solution est moins corrosive à faible charge (0,3) et la dégradation se fait principalement par érosion des particules en suspension. À charge élevée (0,5), la solution est plus agressive et le processus de dégradation passe de l'érosion à la corrosion par piqûres en raison de la production de carbamates et de bicarbonates. Ce changement est dû à l’effet d’une plus grande charge de CO2 qui abaisse le pH et augmente la concentration d’espèces agressives qui attaquent localement le film passif.
Mécanisme de changement de mécanisme avec chargement de CO2
Pour une injection modeste de CO2 de 0,3, le pH de la solution est d'environ 9,5 et le film passif sur le titane est stable. Les particules solides telles que le sulfure de fer ou les produits de dégradation produisent une érosion mécanique. Avec une injection importante de CO2 (0,5), le pH descend à 8,0-8,5. Augmentation des quantités de carbamate (RNHCOOH) et de bicarbonate (HCO_3^-). Ces espèces sont capables de complexer les ions titane et de perturber localement la couche passive pour initier des piqûres. La chimie agressive présente dans la fosse entraîne l'attaque après la formation d'une fosse. La transition de l'érosion aux piqûres modifie le mode de rupture d'un amincissement uniforme à une perforation localisée.
Taux et mécanismes de dégradation quantitative en fonction de la charge en 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 mm.
Charge de transition en fonction de la vitesse d'écoulement et de la température
La charge de transition à laquelle les piqûres deviennent dominantes est fonction de la vitesse d'écoulement et de la température. à 90 degrés, le passage de l'érosion à la piqûre s'effectue avec une charge de CO₂ de 0,6. La transition se produit entre 0,4 et 0,5 à 110 degrés. La transition est abaissée à 0,3-0,4 à 130 degrés. La charge de transition est de 0,35 à 0,45 pour une faible vitesse d'écoulement (0,5 m/s). L'érosion à haute vitesse d'écoulement (3 m/s) est le mécanisme principal jusqu'à une charge de 0,55 puisque l'élimination mécanique du film passif empêche l'apparition de piqûres.
Guide de contrôle du chargement du CO2 du rebouilleur MEA
Le tableau suivant donne des recommandations sur la charge maximale de CO2 pour éviter une dégradation dominée par les piqûres pour les rebouilleurs à faisceaux de tubes en titane de grade 2 à 110 degrés pour la durée de vie souhaitée.
Durée de vie souhaitée (années) Charge maximale de CO2 (mole/mole) Mécanisme dominant Taux de dégradation total attendu (mm/an)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
Ingénierie de la gestion des charges de CO₂
La charge de transition est affectée par la qualité du titane. Le grade 7 (palladium-stabilisé) déplace la transition vers des piqûres vers des charges de CO2 de 0,1 à 0,2 supérieures à celles du grade 2. Le grade 12 offre une amélioration intermédiaire. La pénétration des piqûres est fonction de l'épaisseur de la paroi. Avec une paroi de 2 . 0 mm et des piqûres de 0 . 2 mm/an, cela durera 10 ans. La solution MEA doit être filtrée pour éliminer les particules, ce qui minimise l'érosion mais peut augmenter le risque de piqûres en permettant la formation d'un film passif stable. Le pentoxyde de vanadium et d'autres inhibiteurs de corrosion augmentent la charge de transition. L'abaissement de la température à 100 degrés permet une charge de CO₂ plus élevée sans piqûres.
Conception de spécifications éclairée
Pour un rebouilleur à faisceau de tubes en titane dans 15 % de MEA à 110 degrés, la charge de CO2 doit être maintenue en dessous de 0,3 pour le grade 2 ou en dessous de 0,5 pour le grade 7 afin de contrôler les piqûres en tant que mécanisme de dégradation secondaire. "Surveillez la charge de CO2 chaque semaine par titrage. Pour le grade 2, si la charge est supérieure à 0,4, diminuez le taux de circulation du MEA pauvre ou augmentez le débit de vapeur de stripping pour diminuer la charge. Si vos appareils de chauffage présentent déjà des piqûres, vous souhaiterez peut-être les convertir au titane de grade 7 ou abaisser la température à 100 degrés. L'ingénieur maintient la charge de CO₂ en dessous du seuil de transition pour éviter un changement d'érosion prévisible à une corrosion par piqûre imprévisible.
