هنگامی که یک بخاری لوله تیتانیوم در یک راکتور کاتالیستی مبتنی بر زئولیت-با بازسازی بخار مکرر (میعان pH 4.0) بهسازی می شود، چگونه ضخامت دیوار بر نرخ خوردگی شکاف زیر رسوبات زئولیت تأثیر می گذارد؟

تجارت اولیه-در طراحی هیتر تیتانیوم برای راکتورهای زئولیت
راکتورهای کاتالیزوری مبتنی بر زئولیت ها در عملیات پتروشیمی و پالایش به منظور حذف رسوبات کک، در معرض بازسازی بخار مکرر قرار می گیرند. بخار در دمای 150 تا 200 درجه بر روی سطوح سردتر مانند بخاری های تیتانیومی متراکم می شود. میعانات در pH 4.0 به دلیل CO 2 محلول و اسیدهای آلی کمیاب است. ذرات زئولیت (1 تا 5 میکرومتر) روی سطح بخاری جمع می شوند و یک لایه متخلخل تشکیل می دهند. این رسوب زئولیت یک محیط شکافی در زیر ایجاد می کند که در آن میعانات راکد هستند، کلریدها (از آلاینده های خوراک) متمرکز می شوند و pH به دلیل هیدرولیز آلومینیوم از زئولیت بیشتر کاهش می یابد. این خوردگی شکاف زیرین می تواند کت های تیتانیومی را سوراخ کند. زمان سوراخ شدن پس از شروع حمله به شکاف به ضخامت دیوار بستگی دارد، اما متغیر کنترل کننده ضخامت رسوب است. این تحقیق اثر ضخامت دیواره را بر نرخ خوردگی شکاف در زیر رسوبات زئولیت ارزیابی می‌کند و اطلاعات مشخصات را برای بخاری‌های مقاوم‌سازی شده ارائه می‌دهد.

اثر بر یکپارچگی مکانیکی: خوردگی شکافی زیر رسوبات زئولیت
رسوبات زئولیت (ضخامت 1-3 میلی متر) یک هندسه شکاف ایده آل هستند. لایه زئولیت متخلخل است و به میعانات اجازه عبور می دهد اما عبور اکسیژن را محدود می کند. آلومینیوم از چارچوب زئولیت در PH 4.0 به عنوان یون Al 3+ به رسوب شسته می شود. هیدرولیز Al 3+ H + را به دست می‌دهد که منجر به pH محلی 2.5-3.0 می‌شود. کلریدهای موجود در خوراک (تا 10 ppm) تا 500{17}}1000 ppm در میعانات راکد غلیظ می شوند. این محیط{19}}pH 2.5-3.0، 500-1000 ppm Cl-، 150-200 درجه سانتیگراد، برای تیتانیوم کاملاً خورنده است. نرخ خوردگی شکاف در حضور رسوبات زئولیت 0.2-0.8 میلی متر در سال است که به ضخامت رسوبات و دما بستگی دارد.

مقاومت تیتانیوم در برابر این حمله به ضخامت دیواره. 1.0 میلی‌متر سوراخ‌های دیوار در ۲ سال با نرخ خوردگی ۰.۵ میلی‌متر در سال بستگی دارد. دیوار 1.5 میلی متری 3 سال. برای ضخامت دیوار 2.0 میلی متر، 4 سال. رابطه تقریباً خطی است. اما دیوارهای ضخیم‌تر داغ‌تر هستند (۲ تا ۴ درجه سانتی‌گراد گرم‌تر برای ۱.۰ میلی‌متر در مقابل ۲.۰ میلی‌متر تفاوت)، که می‌تواند نرخ خوردگی را ۲۰ تا ۳۰ درصد افزایش دهد و تا حدی مواد افزایش‌یافته را نفی کند.

اثر بر عملکرد حرارتی: دمای رسوب و خوردگی تسریع شده
سطح تیتانیوم توسط خود رسوب زئولیت عایق شده است. یک لایه 1 میلی متری زئولیت با هدایت حرارتی k ≈ 0.5 W/m K به ΔT=q × tdeposit/kdeposit کمک می کند. برای یک شار حرارتی معمولی 2.0 W/cm² یک رسوب 1 میلی متری ΔT 40 درجه می دهد. دمای سطح تیتانیوم زیر رسوب 190-210 درجه و بخار حجیم 150 درجه است. دمای بالاتر سینتیک خوردگی شکاف را افزایش می دهد. افزایش دما مستقل از ضخامت دیواره تیتانیوم است، اما یک دیوار تیتانیوم ضخیم 2 تا 4 درجه سانتیگراد دیگر اضافه می کند و دمای سطح را به قلمرویی می برد که در آن نرخ خوردگی هر 10 درجه سانتیگراد دو برابر می شود.

ضخامت دیوار در مقابل عمر خوردگی شکاف
ضخامت دیوار (میلی متر) دمای سطح. نرخ خوردگی شکاف زیر رسوب (oC) (میلی متر/سال) زمان تا سوراخ شدن (سال) برای عمر 5 ساله توصیه می شود؟
1.0 میلی متر 190 درجه 0.4 میلی متر / سال 2.5 سال بدون 1.2 میلی متر 191 درجه 0.42 میلی متر / سال 2.9 سال بدون 1.5 میلی متر 192.5 درجه 0.46 میلی متر / سال 3.3 سال شماره
1.8 میلی متر 194 درجه 0.50 میلی متر / سال 3.6 سال نه
2.0 میلی متر 195 درجه 0.54 میلی متر / سال 3.7 سال بله
2.5 میلی متر 197 درجه 0.65 میلی متر در سال 3.8 سال شماره
حتی ضخامت دیواره 2.5 میلی متری نیز تا 5 سال دوام نمی آورد، زیرا افزایش دمای سطح، نرخ خوردگی را افزایش می دهد و مواد اضافی را مصرف می کند. حداکثر عمر با هر ضخامت دیوار مناسب 3.5 تا 4.0 سال است.

مهندسی پیشگیری و حذف رسوب زئولیت: فراتر از دیوار
اجتناب یا حذف رسوب مهم است زیرا ضخامت دیوار به تنهایی نمی تواند عمر 5 ساله را با رسوبات زئولیت تضمین کند. تصفیه بخار که ذرات زئولیت را از سطح بخاری خارج می کند از تجمع رسوبات جلوگیری می کند. یک نازل کوچک که بخار 150 درجه روی بخاری با سرعت 5 متر بر ثانیه پاشیده می شود، ضخامت رسوب را کاهش می دهد.<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.

نتیجه گیری: مدیریت سپرده ضروری است - ضخامت دیوار کافی نیست
ضخامت دیواره تأثیر ناچیزی بر نرخ خوردگی شکاف زیر رسوبات زئولیت دارد، هنگامی که یک بخاری لوله تیتانیوم در یک راکتور کاتالیزوری مبتنی بر زئولیت{0}}با بازسازی بخار مکرر (pH میعانات 4.0) مقاوم‌سازی می‌شود. حتی با ضخامت دیواره 2.5 میلی متر، عمر مفید آن تنها 3.5-4.0 سال است، زیرا لایه زئولیت عایق دمای سطح را به 190-200 درجه می رساند که باعث تسریع خوردگی و مصرف مواد اضافی می شود. راه حل پیشنهادی دیواره ضخیم تر نیست، بلکه جلوگیری از رسوب (پاکسازی بخار) یا حذف دوره ای (شستشوی ماهانه آب) است. کنترل سپرده یک دیوار تیتانیوم درجه 2 معمولی 1.2 میلی متری با 5+ سال خدمات تولید می کند. ضخامت مورد انتظار رسوب زئولیت و تعداد دفعات تمیز کردن آن را به سازنده بدهید. نیاز اصلی برای عمر مفید مقاوم سازی راکتور زئولیت، کنترل رسوب است، در حالی که ضخامت دیواره ثانویه است.