En els reactors de producció d'urea amb carbamat d'amoni, quin marge de gruix de paret es requereix per a un tub d'escalfador de titani per assolir una vida útil de 10 anys?
Deixa un missatge
Els reactors de síntesi d'urea funcionen en condicions dures amb una solució de carbamat d'amoni a alta temperatura a 180-210 graus, pressions de 140-250 bar i una combinació corrosiva d'amoníac, diòxid de carboni i espècies intermèdies de carbamat. El titani de grau 2 s'ha convertit en el material estàndard per als tubs d'escalfament a les plantes d'urea tipus stripping-per la seva resistència a la corrosió del carbamat quan es selecciona un marge de gruix de paret adequat. En molts entorns químics, la corrosió homogènia controla la pèrdua de material. El carbamat d'amoni ataca el titani mitjançant una combinació de corrosió general, picats localitzats a les zones afectades per la calor de soldadura i corrosió assistida per flux en llocs d'impacte a alta velocitat. Aquest document determina el gruix de paret mínim dels tubs de calefacció de titani de grau 2 per mantenir una vida útil de disseny de 10 anys basant-se en les dades de la taxa de corrosió de les plantes d'urea en funcionament i les proves accelerades d'autoclau.
Perfil de la taxa de corrosió en carbamat d'amoni
La taxa de corrosió del titani de grau 2 en solució de carbamat d'amoni no és constant, però depèn de la temperatura, el contingut d'oxigen i el règim de flux. La condició de passivació s'obté en presència de 0,1-0,5% d'oxigen o aire al corrent de carbamat i la taxa de corrosió global és de 0,02 a 0,05 mm per any a 190 graus. La pel·lícula passiva es torna menys estable en condicions de desaireació (O2 < 10 ppm) i la velocitat de corrosió augmenta a 0,10-0,15 mm per any. La majoria dels processos comercials d'urea funcionen amb una entrada d'oxigen controlada (20-50 ppm) per mantenir la passivació, tot i que es produeixen pertorbacions.
Les taxes de corrosió a les zones afectades per la calor-de soldadura solen ser 2-3 vegades superiors a les del metall base, a causa dels canvis microestructurals i les tensions residuals. Les dades de camp de 12 instal·lacions d'urea en funcionament durant 5-10 anys indiquen una corrosió mitjana del metall base de 0,08 mm/any (incloent-hi fallades de passivació) i una penetració a la zona de soldadura de 0,20 mm/any. La corrosió accelerada del flux a les entrades de tubs amb velocitats de carbamat superiors a 5 m/s provoca una pèrdua de paret localitzada de 0,05-0,10 mm/any addicionals.
Càlcul del gruix de la paret per a 10 anys de vida útil
A partir d'una vida útil requerida de 10 anys i utilitzant les taxes de corrosió anteriors, la tolerància de corrosió requerida es calcula com: tolerancia de metall base (0,08 mm/any x 10 anys=0.8 mm) + zona de soldadura (0,12 mm/any diferencial mitjà addicional x 10 anys=1.2 mm localitzada). Si no s'inclou cap marge de seguretat addicional, la pèrdua total calculada a les soldadures és de 2,0 mm durant 10 anys.
A això s'afegeix un factor de seguretat d'1,5 per atendre les pertorbacions del procés, episodis d'escassetat d'oxigen i pitting localitzat. El marge de gruix de paret estructural mínim requerit és de 3,0 mm per sobre del gruix de paret estructural mínim. Per a un tub de 25 mm OD a 200 bar de pressió interna, la paret estructural mínima és d'aproximadament 1,2 mm (basat en càlculs del recipient a pressió de paret prima amb una tensió de disseny de 70 MPa a 200 graus C), per tant, el gruix nominal total de la paret és de 4,2 mm.
Aquest càlcul es mostra a la pràctica de la indústria per als tubs d'eliminació d'urea i tubs d'escalfament. La majoria de les plantes d'urea per al servei d'escalfadors especifiquen tubs de titani de grau 2 amb un gruix de paret de 3,5-4,5 mm, en comparació amb 1,5-2,0 mm per a aplicacions químiques menys exigents. Algunes plantes amb un bon control de l'oxigen i poca corrosió de la soldadura han funcionat amb èxit amb una paret de 3,0 mm i han aconseguit una vida útil de 10 anys, tot i que s'han produït avaries a 2,5 mm als 5-6 anys.
Especificació del tub de l'escalfador d'urea - Matriu d'aplicació
Tipus de procés d'urea Control d'oxigen Taxa de corrosió de la base esperada Gruix de paret mínim recomanat Taxa de supervivència prevista a 10 anys
Oxygen stripping for CO2 strippingExcellent (50 ppm controlled) 0.04-0.06 mm/yr 3.0 mm >Eliminació de CO2 del 95% amb oxigen variable Just (10-30 ppm, alteracions habituals) 0,08-0,12 mm/any 3,5 mm 90-95%
Processament de reciclatge complet (sense O2) Pobre (-airejat) 0,15-0,20 mm/any 4,5 mm 85-90%
Any high velocity zones (>5 m/s) Erosió: afegiu 0,5 mmAfegiu 0,5 mm Afegiu 0,5 mm a sobre Conclusió variable per a les especificacions de l'escalfador d'urea
El gruix de paret mínim per als tubs d'escalfament de titani en servei de carbamat d'amoni per a una vida útil de disseny de 10-anys és de 3,0 mm amb els millors processos de desmuntatge controlat amb oxigen- i de 4,5 mm per als processos de reciclatge total o desairejat. El risc de fallada principal és la corrosió de la-zona de soldadura i, per tant, cal un tractament tèrmic posterior a la soldadura i un perfil de soldadura precís. Els enginyers haurien d'especificar gruixos de paret mínims de 3,5 mm per a les especificacions de l'escalfador nous a les plantes d'urea d'eliminació de CO₂ estàndard i de 4,0 mm per a les plantes que experimenten alteracions freqüents en el control de l'oxigen. Els gruixos de paret que s'utilitzen normalment per a operacions químiques ordinàries (2,0 a 2,5 mm) no donaran una vida útil de 10 anys als reactors d'urea.
