For Crude Oil Desalters Operating at 150℃ with Chloride-Laden Water, What Wall Thickness of Titanium Grade 16 Tube Provides a 5-Year Replacement Interval?

탈염기는 원유를 정제하기 전에 원유에서 소금(주로 나트륨, 칼슘, 염화마그네슘)을 제거하기 위해 원유 시설에서 사용되는 거대한 용기입니다. 원유는 120-150도에서 세척수와 혼합되어 에멀젼을 형성한 후 전기장에 의해 탈유화됩니다. 탈염기 수상은 높은 작동 온도, 황화수소 및 유기산으로 구성되며 염화물이 풍부합니다(10,000-50,000ppm). 티타늄 등급 16(Ti-0.05Pd, 등급 7의 낮은 팔라듐 변형인 Ti-Pd라고도 함)은 염화물 구멍 및 황화물 응력 균열에 대한 저항성으로 인해 탈염기 물 예열기의 히터 튜브에 지정됩니다. 그러나 온도와 결합하여 높은 농도의 염화물과 원유의 불순물로 인해 눈에 띄는 부식 속도가 발생합니다. 이 문서는 일반적인 원유 탈염기 사용을 위한 5년 교체 간격에 대해 16등급 튜브에 필요한 벽 두께의 추정치를 제공합니다.

탈염기 온수기의 부식 환경
탈염기 물 예열기는 원유와 혼합되기 전에 주입된 세척수를 주변 온도에서 120~150도까지 데웁니다. 수상은 순수한 염수가 아닙니다. 여기에는 유화된 원유(보통 50-500ppm), 유기산(나프텐산), 황화수소(50-200ppm) 및 암모니아(원유 질소 화합물에서 유래)가 포함되어 있습니다. pH는 원유 공급원과 가성 주입 여부에 따라 5.5에서 7.5까지 다양합니다.

이러한 상황에서 16등급 티타늄은 안정적인 패시브 코팅을 형성하지만 염화물 착화 및 유기산의 공격에 의해 화학적으로 천천히 용해됩니다. 팔라듐 함량(0.04-0.08% Pd, 7등급의 절반)은 2등급에 비해 일반 부식 속도를 2~3배 감소시키는 음극 변형을 제공합니다. 그러나 감소된 팔라듐 수준으로 인해 심각한 환원 조건에서 16등급은 7등급보다 저항력이 약해집니다. 그러나 탈염수는 잔류 산소와 전기장 효과로 인해 약하게 산화됩니다.

탈염기 서비스의 16등급에 대한 부식율 데이터
가장 신뢰할 수 있는 부식률은 정유소에서 15,000~25,000ppm의 세척수 염화물 농도를 사용하여 140~150도에서 작동하는 탈염기에 대한 현장 데이터에서 얻은 것입니다. 5년 사용 후 16등급 튜브(OD 25mm)에서 0.4~0.7mm의 평균 벽 두께 감소가 측정되었으며, 이는 연간 0.08~0.14mm의 부식 속도에 해당합니다.

이러한 비율은 모의 탈염수(20,000ppm Cl-, 100ppm H2S, 100ppm 나프텐산, pH 6.5, 150도)의 실험실 테스트를 통해 뒷받침됩니다. Grade 16의 부식률은 0.10-0.15mm/년으로 나타났습니다. 비교를 위해 유사한 조건에서 2등급은 연간 0.25-0.40mm로 부식되었으며, 7등급은 연간 0.05-0.08mm로 부식되었습니다. 16등급은 좋은 절충안입니다. 2등급보다 낫지만 7등급만큼 비싸지는 않습니다.

부식은 일반적이고 균일하며 구멍이나 틈새 유형이 아닙니다. 균일한 부식을 보상하기 위해 최소 구조 벽 두께에 부식 허용치를 추가할 수 있기 때문에 이는 중요합니다.

벽 두께 수명 계산 5년
얇은-벽 압력 용기 공식을 사용하면 150도 및 일반적인 탈염기 작동 압력(10-20bar 내부 압력)에서 등급 16 튜브의 최소 구조적 벽 두께는 t_min=(P × D)/(2 × S × E - 1.2P)로 지정됩니다. 여기서 P는 압력(최대 2 MPa), D는 외경(25 mm), S는 150에서 등급 16에 대한 허용 응력입니다. 정도(약. 85MPa, 허용되는 실온인 138MPa에서 감소)이고 E는 용접 효율(무봉제 튜브의 경우 1.0)입니다. 이는 t_min=(2 × 25) / (2 × 85 × 1.0 - 1.2 × 2)=50 / (170 - 2.4)=50 / 167.6=0.30 mm를 제공합니다.

이 구조적 최소값은 부식 허용량에 비해 작습니다. 부식률이 0.12mm/년(중간{3}}범위)인 5년 수명 동안 필요한 부식 허용량은 5 × 0.12=0.60mm입니다. 0.90mm의 부식 허용치를 제공하는 원유 조성 및 염화물 농도의 변화를 수용하기 위해 50%의 안전 계수가 추가됩니다. 필요한 벽의 총 두께=구조적 최소값 + 부식 허용량=0.3 + 0.9=1.2 mm.

그러나 베어 튜브보다 부식 속도가 1.5~2배 더 높은 튜브 지지부 및 용접부의 국부적 공격을 위해서는 추가 마진이 필요합니다. 국부적 충격을 0.3mm 허용하면 총 1.5mm가 생성됩니다. 현장 경험에 따르면 1.65mm(표준 BWG 14 게이지) 등급 16 튜빙은 대부분의 원유 탈염기에서 안정적인 5년 사용 수명을 제공하는 반면, 1.2mm 튜빙은 3~4년 안에 천공됩니다.

탈염기 히터 튜브 벽 두께 애플리케이션 매트릭스
탈염기 운전 상태수염 농도 부식성 원유 유형권장 등급 Min. 벽두께(수명 5년)예상결과
경질유, 저염화물 5,000-10,000ppm등급 2 1.2mm 5+년 저나프텐산
일반 원유, 중염화물, 10,000-20,000ppm중산성 등급 16 1.65 mm 5-7년
고염화물 산성 원유 20,000-35,000ppm 고H2S 고산성 등급 7 1.65 mm 5-6년
고염화물, 중질유 35,000-50,000ppm고산성 고형물등급 7 2.0-2.5mm 5년(추적)
설계 최악의 경우 - 원유 공급 가변최대 50,000ppm 알 수 없는 등급 7 2.0 mm 5년 보수
벽 두께 선택 안내
염화물이 함유된 물(15,000-25,000ppm Cl-)을 사용하여 150도에서 작동하는 일반적인 원유 탈염 장치에는 5년의 교체 간격을 달성하기 위해 최소 벽 두께가 1.65mm인 16등급 티타늄 튜브(표준 BWG 14 게이지)가 필요합니다. 구조적 최소값 0.3mm보다 높은 0.90-1.00mm의 부식 허용량은 연간 0.10-0.15mm의 균일한 부식과 안전 여유를 허용합니다. 더 얇은 벽(1.2mm)을 사용하면 5년 동안 지속적으로 사용할 수 없습니다. 3~4년 안에 실패할 것이다. 벽이 더 두꺼울수록(2.0mm 또는 2.5mm) 뒤바뀌는 경우에 더 많은 여유가 허용되지만 재료 비용이 증가하고 열 전달이 약간 감소합니다(예: ~5-10% 더 낮은 열 유속). 지속적으로 15,000ppm 미만의 염화물 농도로 작동하는 담수화 장치의 경우 벽 두께가 1.2mm인 등급 16이 연간 검사에서 허용될 수 있습니다. 25,000ppm 이상의 농도 또는 무겁고 신맛이 나는 원유를 처리하는 경우 등급 7, 1.65-2.0mm 벽을 지정하십시오. 16등급의 경우 ASTM B338 16등급 심리스 튜빙을 구입하고 팔라듐(0.04-0.08%) 인증과 생산 후 최소 두께에 대한 벽 두께 공차 +0/-0.1mm를 요청하세요. 원유 탈염 장치용 16등급 티타늄 히터는 7등급의 높은 비용과 2등급의 짧은 수명 사이에서 적절한 절충안을 제공합니다. 적절한 등급과 벽 선택은 비용 효율적인 5년 서비스를 제공할 수 있습니다.