Dalam Pemanas Listrik Titanium yang Digunakan untuk Menjaga 25% Monoetanolamina pada suhu 80 derajat, Mengapa Produk Degradasi Oksidatif (Bicine) Mempercepat Pitting Hanya pada Antarmuka-Uap Cair?

Monoetanolamina (MEA) umumnya digunakan dalam pengolahan gas untuk menghilangkan CO₂ dan H₂S. MEA terdegradasi secara oksidatif dengan adanya oksigen pada suhu 80 derajat , dan bicine (N,N-bis(2-hydroxyethyl)glisin) adalah produk degradasi yang signifikan. Bicine adalah turunan asam amino dan agen pengkhelat. Dalam pemanas listrik titanium, bicine terakumulasi terutama di dekat antarmuka uap cair, atau meniskus, karena efek penguapan dan tegangan permukaan. Kompleks ion bicine-titanium yang terkonsentrasi pada kontak ini mengganggu kestabilan lapisan pasif dan mempercepat pitting. Cairan curah yang mengelilingi meniskus bersifat pasif dan mengandung konsentrasi bicine yang lebih rendah. Serangan terbatas ini menjelaskan mengapa permukaan air runtuh sementara area yang terendam tetap dalam kondisi sangat baik.

Pitting yang Diinduksi Bicine di Meniskus: Mekanisme

Produk degradasi yang tidak-mudah menguap, termasuk bicine, diperkaya dengan faktor 10 hingga 100 dibandingkan dengan larutan MEA massal saat air menguap dari meniskus. Bicine terdiri dari gugus fungsi karboksilat dan amina, yang dapat membentuk kompleks stabil dengan ion Ti⁴⁺: Ti⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO₄ → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]⁴⁺. Kompleksasi ini menghabiskan Ti4+ dari film pasif dan menghindari repassivasi. Bicine pekat juga mengurangi pH lokal dari nilai massal 9–10 menjadi 6–7, yang selanjutnya mengganggu kestabilan titanium oksida. Lubang dimulai pada meniskus antara 200 dan 500 jam. Area di bawah cairan tidak terpengaruh. Konsentrasi garam tinggi yang dihasilkan dari produk pemecahan MEA meningkatkan proliferasi pada pembentukan lubang.

Tarif Pitting Kuantitatif di Lokasi Berbeda dalam Layanan MEA

Pengujian terkontrol dalam 25% MEA dengan 5% bicine, yang mensimulasikan pelarut yang terdegradasi parah, pada suhu 80 derajat selama 1.000 jam telah menunjukkan perilaku pitting yang berbeda di lokasi berbeda. Dalam cairan curah (terendam, di bawah 100 ppm bicine), kepadatan lubang adalah 0-2 lubang/cm2, kedalaman lubang maksimum di bawah 20 µm dan korosi seragam tetap di bawah 0,01 mm/tahun. Di zona meniskus, film yang diuapkan dipekatkan dengan bicine hingga 1000-5000 ppm, kepadatan lubang 50-200 lubang/ cm persegi, kedalaman lubang maksimum 0,3-0,8 mm setelah 1000 jam, dan perforasi dinding 1,2 mm terjadi dalam 1500-2500 jam. Kepadatan lubang adalah 5-20 lubang/cm 2 dan kedalaman lubang maksimum adalah 0,1-0,2 mm di zona uap di atas meniskus tempat bicine mengkristal. Serangan hanya terjadi bila permukaannya dibasahi oleh deliquescene.

Serangan meniskus: pengaruh konsentrasi bicine dan kadar oksigen

Derajat lubang meniskus terbukti menjadi fungsi utama konsentrasi sepeda dan ketersediaan oksigen. Untuk MEA segar dengan bicine kurang dari 100 ppm dan oksigen 5 ppm, konsentrasi bicine di meniskus kurang dari 500 ppm dan waktu untuk menggali kedalaman 0,5 mm lebih dari 5.000 jam. MEA 500 ppm bicine, 5 ppm oksigen MEA terdegradasi sedang Waktu hingga kedalaman lubang 0,5 mm Meniscus Bicine 2,500-5,000 ppm 2,000-3,000 jam Untuk MEA dalam keadaan rusak parah dengan 1000 ppm bicine dan 5 ppm oksigen, meniscus bicine adalah 5000-10000 ppm dan waktu untuk mencapai kedalaman lubang 0,5 mm adalah 800-1500 jam. Dengan MEA yang terdegradasi berat pada 2,000 ppm bicine dan 5 ppm oksigen, meniscus bicine adalah 10,000 hingga 20,000 ppm dan waktu hingga kedalaman lubang 0,5 mm adalah 400 hingga 800 jam. Intensitas serangan dan laju pembentukan bicine meningkat seiring dengan meningkatnya kadar oksigen. Dengan 20 ppm oksigen dan 1.000 ppm bicine curah, waktu untuk mencapai kedalaman lubang 0,5 mm dikurangi menjadi 500-1.000 jam.

Panduan Pencegahan Lubang Meniskus Pemanas MEA

Di bawah ini adalah pedoman untuk menghindari lubang yang disebabkan oleh bicine pada antarmuka-uap cair untuk MEA 25% pada suhu 80oC berdasarkan desain pemanas dan status degradasi MEA.

Konfigurasi Heater Kondisi Degradasi MEA (bicine ppm) Mitigasi yang Direkomendasikan Laju Pitting yang Diharapkan (mm/thn)
Vertikal, tingkat cairan tetap Segar (<100 ppm) None <0.05
Tingkat Cairan Tetap VertikalTerdegradasi hingga tingkat sedang (500–1.000 ppm)Selimut nitrogen untuk meminimalkan oksigen. 0.10–0,20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 ppm)Pemasangan horizontal (menghilangkan meniskus)<0.05
Horisontal Apa saja Terendam seluruhnya 0,02<
Vertikal, selongsong PTFE Selongsong apa pun menutupi zona meniskus<0.05
Teknik Pelestarian Meniskus dan Lain-Lain

Ketahanan lubang pada meniskus bergantung pada kualitas titanium. Kelas 7 (paladium-stabil) memiliki ketahanan 2-3 kali lebih besar terhadap pitting yang disebabkan oleh bicine dibandingkan kelas 2 pada konsentrasi meniskus yang sama. Ketebalan dinding adalah tunjangan material: dinding 2,0 mm dengan lubang meniskus 0,5 mm/tahun dapat bertahan selama 4 tahun. Untuk mengatur kerusakan MEA, inhibitor korosi (misalnya natrium sulfit) dapat digunakan untuk mengais oksigen dan meminimalkan produksi bicine. Reklamasi MEA secara teratur dengan distilasi menghilangkan bicine dan produk degradasi lainnya. Ketinggian cairan harus dijaga konstan untuk menghindari pembasahan dan pengeringan siklik yang mempercepat konsentrasi bicine.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan

Rancang pemanas listrik titanium untuk pemasangan horizontal dalam 25% MEA pada 80 derajat untuk menghapus kontak-uap cairan sepenuhnya. Jika pemasangan vertikal tidak dapat dihindari, buatlah selimut nitrogen di atas cairan untuk meminimalkan intrusi oksigen dan perkembangan bicine. Untuk pemanas vertikal yang ada, gunakan selongsong PTFE menyusut sepanjang 50–100 mm di perkiraan zona meniskus untuk memisahkan titanium dari bicine pekat. Pantau MEA untuk konsentrasi bicine dengan HPLC atau analisis karbon organik total selama pengoperasian. Jika bicine melebihi 1.000 ppm, pulihkan MEA atau minimalkan masuknya oksigen. Inspeksi zona meniskus setiap triwulan dengan borescope, ubah ke pemasangan horizontal jika ditemukan lubang. Insinyur tersebut menyadari bahwa bicine hanya meningkatkan lubang di meniskus, dan dia menerapkan metode mitigasi terfokus yang meningkatkan masa pakai pemanas pada layanan monoetanolamina yang memburuk.