Når en titanrørvarmer eftermonteres i en zeolit-baseret katalytisk reaktor med tilbagevendende dampende regenerering (pH 4,0 kondensat), hvordan påvirker vægtykkelsen spaltekorrosionshastigheden under zeolitaflejringer?

Den grundlæggende afvejning- af titaniumvarmerdesign til zeolitreaktorer
Katalytiske reaktorer baseret på zeolitter i petrokemiske og raffineringsoperationer udsættes for gentagen dampende regenerering for at fjerne koksaflejringer. Damp ved 150-200 grader kondenserer på køligere overflader, såsom titanium rørvarmere. Kondensatet har pH 4,0 på grund af opløst CO 2 og spororganiske syrer. Zeolitpartikler (1-5 µm) samler sig på varmelegemets overflade og danner et porøst lag. Denne zeolitaflejring skaber et sprækkemiljø nedenunder, hvor kondensatet er stillestående, chlorider (fra foderforurenende stoffer) koncentreres og pH-værdien sænkes yderligere på grund af hydrolyse af aluminium fra zeolitten. Denne underaflejrede sprækkekorrosion kan gennembore titaniumjakker. Tiden for perforering, når spalteangreb er påbegyndt, afhænger af vægtykkelsen, men den styrende variabel er aflejringstykkelsen. Undersøgelsen evaluerer effekten af ​​vægtykkelse på spaltekorrosionshastigheder under zeolitaflejringer og giver specifikationsoplysninger for eftermonterede varmeapparater.

Effekt på mekanisk integritet: Spaltekorrosion under zeolitaflejringer
Zeolitaflejringer (1-3 mm tykke) er en ideel sprækkegeometri. Zeolitlaget er porøst og tillader kondensat at passere igennem, men begrænser oxygenpassagen. Aluminium fra zeolitstrukturen udvaskes i aflejringen ved pH 4,0 som Al 3+-ioner. Hydrolyse af Al 3+ giver H+, hvilket fører til en lokal pH på 2,5-3,0. Klorider i foderet (ned til 10 ppm) koncentreres til 500-1000 ppm i det stillestående kondensat. Dette miljø-pH 2,5-3,0, 500-1.000 ppm Cl-, 150-200 grader C-er ret ætsende for titanium. Spaltekorrosionshastigheden ved tilstedeværelse af zeolitaflejringer er 0,2-0,8 mm/år, afhængigt af aflejringernes tykkelse og temperaturen.

Titaniumets modstand mod dette angreb afhænger af vægtykkelsen . 1.0 mm vægperforering om 2 år med en korrosionshastighed på 0,5 mm/år. Væg på 1,5 mm, 3 år. Til en vægtykkelse på 2,0 mm, 4 år. Forholdet er nogenlunde lineært. Men tykkere vægge er varmere (2-4 C varmere for 1,0 mm vs 2,0 mm forskel), hvilket kan øge korrosionshastigheden med 20-30 %, hvilket delvist ophæver det øgede materiale.

Effekt på termisk ydeevne: Aflejringstemperatur og accelereret korrosion
Titaniumoverfladen er isoleret af selve zeolitaflejringen. Et 1 mm lag af zeolit ​​med en termisk ledningsevne på k ≈ 0,5 W/m K bidrager med ΔT=q × taflejring/kaflejring. For en typisk varmeflux på 2,0 W/cm² giver en 1 mm aflejring en ΔT på 40 grader. Temperaturen på titaniumoverfladen under aflejringen er 190-210 grader, og bulkdampen er 150 grader. Den højere temperatur forbedrer kinetikken af ​​spaltekorrosion. Temperaturstigningen er uafhængig af tykkelsen af ​​titaniumvæggen, men en tykkere titaniumvæg tilføjer yderligere 2 til 4 grader C, hvilket fører overfladetemperaturen ind i et område, hvor korrosionshastigheden fordobles hver 10. grader C.

Afvej-syntese: Vægtykkelse vs. sprækkekorrosionslevetid
Vægtykkelse (mm) Overfladetemp. Under aflejring (oC) Spaltekorrosionshastighed (mm/år)Tid til perforering (år) Anbefales til 5 års levetid?
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 Ikke
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
Selv en vægtykkelse på 2,5 mm holder ikke i 5 år, fordi den øgede overfladetemperatur hæver korrosionshastigheden og opbruger det ekstra materiale. Maksimal levetid med enhver rimelig vægtykkelse er 3,5 til 4,0 år.

Teknik til forebyggelse og fjernelse af zeolitaflejringer: Beyond the Wall
Undgåelse eller fjernelse af aflejringer er vigtigt, da vægtykkelse alene ikke kan garantere en 5-årig levetid med zeolitaflejringer. En damprensning, der blæser zeolitpartikler af overfladen af ​​varmelegemet, forhindrer opbygning af aflejringer. En lille dyse, der sprøjter 150 graders damp hen over varmeren med 5 m/s, reducerer aflejringstykkelsen til<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.

Konklusion: Indskudshåndtering er nødvendig – vægtykkelse ikke nok
Vægtykkelsen har ubetydelig indflydelse på spaltekorrosionshastigheden under zeolitaflejringer, når en titaniumrørvarmer eftermonteres i en zeolit-baseret katalytisk reaktor med tilbagevendende dampende regenerering (pH 4,0 kondensat). Selv med en vægtykkelse på 2,5 mm er levetiden kun 3,5-4,0 år, fordi det isolerende zeolitlag hæver overfladetemperaturen til 190-200 grader, hvilket accelererer korrosion og opbruger det ekstra materiale. Det foreslåede middel er ikke en tykkere væg, men forebyggelse af aflejring (damprensning) eller periodisk fjernelse (månedlig vandvask). Aflejringskontrol giver en typisk 1,2 mm grad 2 titaniumvæg med 5+ års levetid. Giv producenten den forventede tykkelse af zeolitaflejringen, og hvor ofte den vil blive renset. Hovedkravet for tilfredsstillende levetid for eftermontering af zeolitreaktorer er aflejringskontrol, hvorimod vægtykkelsen er sekundær.