塩化物を含む 150 度で作動する原油脱塩装置の場合-チタン グレード 16 チューブの壁厚はどれくらいであれば、5 年の交換間隔が得られますか?

脱塩装置は、原油施設で精製前に原油から塩 (主に塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム) を除去するために使用される巨大な容器です。原油は 120-150 度で洗浄水と混合されてエマルションを形成し、その後電場によって脱乳化されます。-脱塩装置の水相は、高い動作温度で硫化水素と有機酸を含み、塩化物 (10,000-50,000 ppm) が豊富です。チタン グレード 16 (Ti-0.05Pd、グレード 7 の低パラジウム変種である Ti-0.05Pd、別名 Ti-Pd) は、塩化物孔食や硫化物応力亀裂に対する耐性があるため、脱塩水予熱器のヒーター チューブに指定されています。しかし、高濃度の塩化物と温度、および原油からの不純物の存在により、顕著な腐食速度が発生します。この文書では、通常の原油脱塩装置の使用で 5 年間の交換間隔でグレード 16 チューブに必要な肉厚の見積もりを提供します。

脱塩給湯器の腐食環境
脱塩水予熱器は、原油と混合する前に、注入された洗浄水を周囲温度から 120 ～ 150 度に温めます。水相は純粋な塩水ではありません。乳化した原油 (通常 50 ～ 500 ppm)、有機酸 (ナフテン酸)、硫化水素 (50 ～ 200 ppm)、およびアンモニア (粗製窒素化合物から) が含まれています。 pH は、原油源および苛性注入の有無に応じて 5.5 から 7.5 まで変化します。

この状況では、グレード 16 チタンは安定した不動態コーティングを形成しますが、塩化物錯体形成や有機酸による攻撃によってゆっくりと化学的に溶解します。パラジウム含有量 (0.04 ～ 0.08% Pd、グレード 7 の半分) により、陰極処理が施され、グレード 2 と比較して全体的な腐食速度が 2 ～ 3 分の 1 に減少します。 ただし、パラジウム レベルが低下したため、グレード 16 は、厳しい還元条件下での耐性がグレード 7 より低くなります。しかし、脱塩水は、残留酸素と電場の影響により弱酸化性になります。

脱塩装置サービスにおけるグレード 16 の腐食速度データ
最も信頼できる腐食速度は、製油所で洗浄水の塩化物濃度が 15,000 ～ 25,000 ppm で、140 ～ 150 度で稼働する脱塩装置の現場データから得られます。グレード 16 チューブ (外径 25 mm) では、5 年間の使用後に平均肉厚の低下が 0.4 ～ 0.7 mm 測定されました。これは、年間 0.08 ～ 0.14 mm の腐食速度に相当します。

これらの速度は、模擬脱塩水 (20,000 ppm Cl-、100 ppm H2S、100 ppm ナフテン酸、pH 6.5、150 度) での実験室テストによって裏付けられています。グレード 16 の腐食速度は 0.10-0.15 mm/年であることが判明しました。比較のために、グレード 2 は同様の条件下で年間 0.25 ～ 0.40 mm 腐食し、グレード 7 は年間 0.05 ～ 0.08 mm 腐食しました。グレード 16 は適切な妥協点です。グレード 2 よりも優れていますが、グレード 7 ほど高価ではありません。

腐食は全体的かつ均一であり、孔食や隙間タイプではありません。これは、均一な腐食を補償するために最小構造壁厚に腐食許容値を追加できるため、重要です。

肉厚寿命計算 5 年
薄肉圧力容器の公式を使用すると、150 度および一般的な脱塩装置の動作圧力 (10 ～ 20 bar 内圧) でのグレード 16 チューブの最小構造壁厚は、t_min=(P × D)/(2 × S × E - 1.2P) で求められます。ここで、P は圧力 (最大 2 MPa)、D は外径 (25 mm)、S はグレード 16 の許容応力です。 150度（約. 85MPa、室温許容値138MPaからディレーティング）、Eは溶接効率（継目無管の場合は1.0）です。これにより、t_min=(2 × 25) / (2 × 85 × 1.0 - 1.2 × 2)=50 / (170 - 2.4)=50 / 167.6=0.30 mm が得られます。

この構造上の最小値は、腐食代に比べて小さいです。 0.12 mm/年（中範囲）の腐食速度で5年間の寿命の場合、必要な腐食代は5×0.12=0.60 mmです。粗組成および塩化物濃度の変動に対応するために 50 % の安全率が追加され、0.90 mm の腐食代が与えられます。必要な壁の総厚さは、構造上の最小値=+ 腐食代=0.3 + 0.9=1.2 mm です。

ただし、裸のチューブよりも腐食速度が 1.5 ～ 2 倍高いチューブのサポートや溶接部での局所的な攻撃に対しては、追加のマージンが必要です。局所的な衝撃を 0.3 mm 許容すると、合計 1.5 mm になります。現場の経験から、1.65 mm (標準 BWG 14 ゲージ) グレード 16 チューブはほとんどの原油脱塩装置で信頼性の高い 5 年の耐用年数を提供することがわかっていますが、1.2 mm チューブは 3 ～ 4 年で穴が開きます。

脱塩装置ヒーターチューブ肉厚適用マトリックス
脱塩装置の動作状態 塩化水濃度 腐食性 原油の種類 推奨グレード Min.肉厚 (5 年寿命) 予想される結果
軽質原油、低塩化物 5,000-10,000 ppmグレード 2 1.2 mm 5+ 年 低ナフテン酸
通常原油、中塩化物、10,000 ～ 20,000 ppm 中酸グレード 16 1.65 mm 5 ～ 7 年
高塩化物サワークルード 20,000-35,000 ppm 高 H2S 高酸グレード 7 1.65 mm 5-6 年
非常に高塩化物、重質原油 35,000-50,000 ppm高酸性固体グレード 7 2.0-2.5 mm 5 年 (追跡調査)
設計最悪のケース - 原油供給変動最大 50,000 ppm 不明グレード 7 2.0 mm 5 年間保守
肉厚選択ガイド
塩化物を含む水（15,000-25,000 ppm Cl-）を使用して 150 度で動作する一般的な原油脱塩装置では、5 年の交換間隔を達成するには、最小肉厚 1.65 mm のグレード 16 チタン チューブ（標準 BWG 14 ゲージ）が必要です。構造上の最小値 0.3 mm を上回る 0.90 ～ 1.00 mm の腐食許容値により、年間 0.10 ～ 0.15 mm の均一な腐食に加えて安全マージンが許容されます。壁が薄い (1.2 mm) と、一貫して 5 年に達することはありません。 3〜4年で失敗します。壁が厚い (2.0 mm または 2.5 mm) と、アプセットに対する余裕が大きくなりますが、材料コストが上昇し、熱伝達がわずかに低下します (たとえば、熱流束が約 5 ～ 10% 低下します)。塩化物濃度が一貫して 15,000 ppm 未満で動作する脱塩装置の場合、壁が 1.2 mm のグレード 16 は年次検査で許容される可能性があります。濃度が 25,000 ppm を超える場合、または重質で酸っぱい原油を処理する場合は、グレード 7、壁 1.65 ～ 2.0 mm を指定してください。グレード 16 の場合は、ASTM B338 グレード 16 のシームレス チューブを購入し、パラジウム (0.04 ～ 0.08%) の認証と、製造後の最小厚さの肉厚許容差 +0/-0.1 mm を要求してください。原油脱塩装置用のグレード 16 チタン ヒーターは、グレード 7 の高コストとグレード 2 の短い寿命の間の適切な妥協点を提供します。適切なグレードと壁面の選択により、費用対効果の高い 5 年間のサービスを提供できます。