في سخان كهربائي من التيتانيوم يستخدم للاحتفاظ بنسبة 25% من الإيثانول أمين عند 80 درجة، لماذا يعمل منتج التحلل التأكسدي (بيسين) على تسريع عملية التنقر فقط عند واجهة بخار السائل-؟

يستخدم مونوإيثانولامين (MEA) بشكل شائع في معالجة الغاز لإزالة ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين. يتحلل MEA تأكسدًا في وجود الأكسجين عند 80 درجة، والبيسين (N,N-bis(2-hydroxyethyl)glycine) هو منتج تحلل كبير. البيسين هو مشتق من الأحماض الأمينية وعامل خالب. في سخان كهربائي من التيتانيوم، يتراكم البيسين بشكل تفضيلي بالقرب من واجهة بخار السائل، أو الغضروف المفصلي، بسبب تأثيرات التبخر والتوتر السطحي. تعمل مجمعات أيونات البيكين والتيتانيوم المركزة عند هذا الاتصال على زعزعة استقرار الفيلم السلبي وتسريع عملية التنقر. يكون السائل المحيط بالغضروف المفصلي سلبيًا ويحتوي على تركيز أقل من البيسين. يفسر هذا الهجوم المحدود سبب فشل خط الماء بينما تظل المنطقة المغمورة في حالة ممتازة.

Bicine المستحثة تأليب في الغضروف المفصلي: الآلية

يتم إثراء منتجات التحلل غير المتطايرة، بما في ذلك البيسين، بعامل يتراوح من 10 إلى 100 مقارنة بمحلول MEA السائب عندما يتبخر الماء من الغضروف المفصلي. يشتمل البيسين على مجموعات وظيفية من الكربوكسيل والأمين، والتي يمكن أن تشكل مجمعات مستقرة مع أيونات Ti⁴⁺: Ti⁴⁺ + 3C₆H₁₁NO₄ → [Ti(C₆H₁₁NO₄)₃]⁴⁺. يستنزف هذا التعقيد Ti 4+ من الفيلم السلبي ويتجنب إعادة التنشيط. كما يقلل البيسين المركز من الرقم الهيدروجيني المحلي من قيمته الإجمالية البالغة 9-10 إلى 6-7، مما يزيد من زعزعة استقرار أكسيد التيتانيوم. تبدأ الحفر في الغضروف المفصلي بين 200 و 500 ساعة. المنطقة تحت السائل لا تتأثر. يزيد تركيز الملح العالي الناتج عن منتجات تحلل MEA من التكاثر عند تكوين الحفر.

معدلات الحفر الكمية في مواقع مختلفة في خدمة طيران الشرق الأوسط

أظهرت الاختبارات الخاضعة للرقابة في 25% من MEA مع 5% من البيسين، ومحاكاة المذيبات شديدة التحلل، عند 80 درجة لمدة 1000 ساعة، سلوكًا مختلفًا للتنقر في مواقع مختلفة. في السائل السائب (المغمور، أقل من 100 جزء في المليون من البيسين)، تبلغ كثافة الحفر 0-2 حفر/سم2، ويبلغ الحد الأقصى لعمق الحفرة أقل من 20 ميكرومتر ويظل التآكل الموحد أقل من 0.01 مم/سنة. في منطقة الغضروف المفصلي، يتم تركيز الفيلم المتبخر مع البيسين إلى 1000-5000 جزء في المليون، وكثافة الحفر هي 50-200 حفرة / سم مربع، والحد الأقصى لعمق الحفرة هو 0.3-0.8 ملم بعد 1000 ساعة، ويحدث ثقب جدار 1.2 ملم في 1500-2500 ساعة. كثافة الحفر هي 5-20 حفرة/سم2 والحد الأقصى لعمق الحفرة هو 0.1-0.2 ملم في منطقة البخار فوق الغضروف المفصلي حيث يتبلور البيسين. يحدث الهجوم فقط عندما يكون السطح مبللاً بالميوعة.

هجوم الغضروف المفصلي: تأثير تركيز البيسين ومستوى الأكسجين

تبين أن درجة تأليب الغضروف المفصلي هي وظيفة رئيسية لتركيز البيسين وتوافر الأكسجين. بالنسبة إلى MEA الطازجة التي تحتوي على أقل من 100 جزء في المليون من البيسين و5 جزء في المليون من الأكسجين، يكون تركيز البيسين في الغضروف المفصلي أقل من 500 جزء في المليون ويكون وقت الحفر بعمق 0.5 مم أكبر من 5000 ساعة. MEA 500 جزء في المليون من الأكسجين، 5 جزء في المليون من الأكسجين MEA متدهور بشكل معتدل الوقت حتى عمق 0.5 مم من الغضروف المفصلي 2,500-5,000 جزء في المليون 2,000-3,000 ساعة بالنسبة لـ MEA في حالة شديدة الضرر مع 1000 جزء في المليون من البيسين و5 جزء في المليون من الأكسجين، يكون الغضروف المفصلي من 5000 إلى 10000 جزء في المليون والوقت اللازم لعمق الحفرة 0.5 مم هو 800-1500 ساعة. مع MEA المتدهور بشدة عند 2000 جزء في المليون من البيسين و5 جزء في المليون من الأكسجين، يتراوح الغضروف المفصلي من 10000 إلى 20000 جزء في المليون والوقت اللازم لعمق الحفرة 0.5 مم هو 400 إلى 800 ساعة. تزداد شدة الهجوم ومعدل تكوين البيسين مع ارتفاع مستويات الأكسجين. مع 20 جزء في المليون من الأكسجين و1000 جزء في المليون من البيسين السائب، يتم تقليل الوقت اللازم للوصول إلى عمق حفرة يبلغ 0.5 ملم إلى 500-1000 ساعة.

دليل الوقاية من حفر الغضروف المفصلي لسخانات شركة MEA

يوجد أدناه إرشادات لتجنب التنقر الناجم عن البيسين عند واجهة البخار السائل- لـ 25% MEA عند 80 درجة مئوية بناءً على تصميم السخان وحالة التدهور في MEA.

تكوين السخان حالة التدهور MEA (جزء من المليون جزء في المليون) التخفيف الموصى به معدل التنقر المتوقع (ملم / سنة)
عمودي، مستوى سائل ثابت طازج (<100 ppm) None <0.05
مستوى السائل الثابت الرأسيمتدهور إلى حد معتدل (500-1000 جزء في المليون)بطانية نيتروجين لتقليل الأكسجين . 0.10–0.20
Fixed, vertical liquid levelHeavily deteriorated (>2000 جزء في المليون) التركيب الأفقي (يزيل الغضروف المفصلي)<0.05
أفقي أي مغمور بالكامل 0.02<
غلاف عمودي من مادة PTFE يغطي أي غلاف منطقة الغضروف المفصلي<0.05
هندسة الحفاظ على الغضروف المفصلي وغيرها

تعتمد مقاومة الحفر في الغضروف المفصلي على جودة التيتانيوم. يتمتع الصف 7 (البلاديوم-المستقر) بمقاومة أكبر بمقدار 2-3 مرات للتنقر الناجم عن البيسين مقارنة بالصف 2 عند نفس تركيز الغضروف المفصلي. سمك الجدار هو بدل مادي: جدار بسمك 2.0 ملم مع حفر هلالية بمعدل 0.5 ملم/سنة يستمر لمدة 4 سنوات. لتنظيم تدهور MEA، يمكن استخدام مثبطات التآكل (مثل كبريتيت الصوديوم) لامتصاص الأكسجين وتقليل إنتاج البيسين. يؤدي استخلاص MEA بانتظام عن طريق التقطير إلى إزالة البيسين ومنتجات التحلل الأخرى. يجب أن يظل مستوى السائل ثابتًا لتجنب الترطيب والتجفيف الدوري الذي يؤدي إلى تسريع تركيز البيسين.

صنع مواصفات مستنيرة

صمم سخانًا كهربائيًا من التيتانيوم للتركيب الأفقي بنسبة 25% MEA عند 80 درجة لمسح ملامسة بخار السائل - تمامًا. إذا كان التثبيت الرأسي أمرًا لا مفر منه، فقم ببناء بطانية نيتروجين فوق السائل لتقليل تسرب الأكسجين وتطور البيسين. بالنسبة للسخانات العمودية الموجودة، قم بتطبيق طول 50-100 مم من غلاف PTFE المتقلص في منطقة الغضروف المفصلي المقدرة لفصل التيتانيوم عن البيسين المركز. رصد طيران الشرق الأوسط لتركيز bicine بواسطة HPLC أو تحليل الكربون العضوي الكلي أثناء التشغيل. إذا كان البيسين أكثر من 1000 جزء في المليون، قم باستعادة MEA أو تقليل دخول الأكسجين. فحص ربع سنوي لمنطقة الغضروف المفصلي باستخدام المنظار، والتغيير إلى التثبيت الأفقي إذا تم العثور على تأليب. يدرك المهندس أن البيسين يزيد من الحفر في الغضروف المفصلي فقط، ويطبق أساليب تخفيف مركزة تعمل على تحسين عمر السخان في خدمة أحادي إيثانول أمين المتدهورة.