Khi thiết bị gia nhiệt dạng ống titan được trang bị thêm vào Lò phản ứng xúc tác dựa trên Zeolit-có khả năng tái sinh bằng hơi nước định kỳ (ngưng tụ pH 4,0), Độ dày của thành ống ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ ăn mòn kẽ hở dưới lớp lắng đọng Zeolit?

Sự đánh đổi cơ bản{0}}trong thiết kế bộ gia nhiệt bằng titan cho lò phản ứng Zeolit
Các lò phản ứng xúc tác dựa trên zeolit ​​trong các hoạt động hóa dầu và lọc dầu phải được tái sinh bằng hơi nước nhiều lần để loại bỏ cặn than cốc. Hơi nước ở nhiệt độ 150–200 độ ngưng tụ trên các bề mặt mát hơn, chẳng hạn như lò sưởi ống titan. Nước ngưng có pH 4,0 do CO 2 hòa tan và các axit hữu cơ dạng vết. Các hạt Zeolite (1–5 µm) tích tụ trên bề mặt lò sưởi và tạo thành một lớp xốp. Lớp cặn zeolit ​​này tạo ra một môi trường kẽ hở bên dưới nơi nước ngưng tụ bị ứ đọng, clorua (từ các chất gây ô nhiễm thức ăn) tập trung và độ pH bị hạ thấp hơn nữa do quá trình thủy phân nhôm từ zeolit. Sự ăn mòn kẽ hở dưới lớp lắng đọng này có thể xuyên qua lớp vỏ titan. Thời gian thủng sau khi bắt đầu tấn công kẽ hở phụ thuộc vào độ dày của tường, nhưng biến số kiểm soát là độ dày cặn. Cuộc điều tra đánh giá ảnh hưởng của độ dày thành lên tốc độ ăn mòn kẽ hở dưới lớp lắng đọng zeolit ​​và đưa ra thông tin kỹ thuật cho máy sưởi được trang bị thêm.

Ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cơ học: Ăn mòn kẽ hở dưới lớp trầm tích Zeolit
Trầm tích Zeolit ​​(dày 1–3 mm) là dạng hình học kẽ hở lý tưởng. Lớp zeolite xốp và cho phép nước ngưng tụ đi qua nhưng hạn chế sự đi qua của oxy. Nhôm từ khung zeolit ​​thấm vào cặn ở pH 4,0 dưới dạng ion Al 3+. Quá trình thủy phân Al 3+ tạo ra H + , dẫn đến độ pH cục bộ là 2,5-3,0. Clorua trong nguyên liệu (xuống tới 10 ppm) cô đặc đến 500-1000 ppm trong chất ngưng tụ ứ đọng. Môi trường này-pH 2,5-3,0, 500-1.000 ppm Cl-, 150-200 độ C-có tính ăn mòn khá cao đối với titan. Tốc độ ăn mòn kẽ hở khi có cặn zeolit ​​là 0,2–0,8 mm/năm, tùy thuộc vào độ dày của cặn và nhiệt độ.

Khả năng chống lại sự tấn công này của titan phụ thuộc vào độ dày thành tường. 1.0 mm được đục lỗ trong 2 năm với tốc độ ăn mòn 0,5 mm/năm. Tường 1,5 mm, 3 năm. Đối với độ dày thành 2,0 mm, 4 năm. Mối quan hệ gần như tuyến tính. Nhưng các bức tường dày hơn sẽ nóng hơn (nóng hơn 2-4 C đối với chênh lệch 1,0 mm so với 2,0 mm), điều này có thể làm tăng tốc độ ăn mòn lên 20-30%, phủ nhận một phần vật liệu tăng lên.

Ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt: Nhiệt độ lắng đọng và ăn mòn tăng tốc
Bề mặt titan được cách nhiệt bằng chính lớp lắng đọng zeolit. Một lớp zeolite dày 1 mm có độ dẫn nhiệt k ≈ 0,5 W/m K đóng góp ΔT=q × tdeposit/kdeposit. Đối với thông lượng nhiệt điển hình là 2,0 W/cm2, lượng lắng đọng 1 mm sẽ cho ΔT là 40 độ. Nhiệt độ của bề mặt titan dưới lớp lắng là 190-210 độ và hơi nước số lượng lớn là 150 độ. Nhiệt độ cao hơn làm tăng động học của sự ăn mòn kẽ hở. Sự gia tăng nhiệt độ không phụ thuộc vào độ dày của thành titan, nhưng thành titan dày hơn sẽ tăng thêm 2 đến 4 độ C, đưa nhiệt độ bề mặt vào một lĩnh vực mà tốc độ ăn mòn tăng gấp đôi cứ sau 10 độ C.

Sự tổng hợp-đánh đổi: Độ dày của tường so với tuổi thọ ăn mòn kẽ hở
Độ dày của tường (mm) Nhiệt độ bề mặt. Dưới lớp cặn (oC) Tỷ lệ ăn mòn kẽ hở (mm/năm)Thời gian thủng (năm) Khuyến nghị cho thời hạn sử dụng 5 năm?
1,0 mm 190 độ 0,4mm/năm 2,5 năm Không 1,2 mm 191 độ 0,42 mm/năm 2,9 năm Không 1,5 mm 192,5 độ 0,46 mm/năm 3,3 năm Không
1,8 mm 194 độ 0,50 mm/năm 3,6 năm Không
2,0 mm 195 độ 0,54 mm/năm 3,7 năm Có
2,5 mm 197 độ 0,65 mm/năm 3,8 năm Không
Ngay cả độ dày thành 2,5 mm cũng không tồn tại được trong 5 năm vì nhiệt độ bề mặt tăng làm tăng tốc độ ăn mòn và sử dụng hết vật liệu bổ sung. Tuổi thọ tối đa với bất kỳ độ dày thành hợp lý nào là 3,5 đến 4,0 năm.

Kỹ thuật ngăn chặn và loại bỏ cặn Zeolit: Ngoài bức tường
Việc tránh hoặc loại bỏ cặn lắng là rất quan trọng vì chỉ độ dày của thành không thể đảm bảo tuổi thọ 5 năm cho cặn zeolit. Quá trình thanh lọc bằng hơi nước thổi các hạt zeolit ​​ra khỏi bề mặt lò sưởi sẽ ngăn ngừa sự tích tụ cặn. Một vòi phun nhỏ phun hơi nước 150 độ qua bộ gia nhiệt với tốc độ 5 m/s sẽ làm giảm độ dày cặn xuống còn<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.

Kết luận: Cần quản lý tiền gửi – Độ dày của tường không đủ
Độ dày thành có ảnh hưởng không đáng kể đến tốc độ ăn mòn kẽ hở dưới lớp lắng đọng zeolit ​​khi thiết bị gia nhiệt dạng ống titan được trang bị thêm vào lò phản ứng xúc tác dựa trên zeolit-với khả năng tái sinh bằng hơi nước định kỳ (ngưng tụ pH 4,0). Ngay cả với độ dày thành 2,5 mm, tuổi thọ sử dụng chỉ là 3,5–4,0 năm, do lớp zeolit ​​cách nhiệt nâng nhiệt độ bề mặt lên 190–200 độ, làm tăng tốc độ ăn mòn và sử dụng hết vật liệu thừa. Biện pháp khắc phục được đề xuất không phải là làm thành tường dày hơn mà là ngăn chặn sự lắng đọng (thanh lọc bằng hơi nước) hoặc loại bỏ định kỳ (rửa nước hàng tháng). Kiểm soát cặn lắng tạo ra một bức tường titan Loại 2 dày 1,2 mm điển hình với 5+ năm sử dụng. Cung cấp cho nhà sản xuất độ dày dự kiến ​​của cặn zeolit ​​và tần suất làm sạch nó. Yêu cầu chính để đảm bảo tuổi thọ sử dụng thỏa đáng của việc cải tiến lò phản ứng zeolite là kiểm soát cặn lắng, trong khi độ dày của thành chỉ là thứ yếu.