Simulação de sistema de geração de vapor : avaliação de ocorrência de FAC

Abstract

Corrosão acelerada pelo fluxo (FAC) é um mecanismo de perda de espessura em tubulações de aço carbono, expostas a fluxos de água. A taxa de perda de material depende da interação de vários fatores como temperatura e condição química da água (pH e concentração de oxigênio), composição do material da tubulação e hidrodinâmica (geometria, velocidade e regime de escoamento). O sistema de geração de vapor estudado é típico em plantas petroquímicas de craqueamento térmico de nafta para produção de eteno. Há relatos de ocorrência de FAC em sistemas equivalentes, resultando em colapso da parede da tubulação e vazamento de água e vapor a elevada temperatura. Tratando-se de FAC, nesse sistema opera-se em faixas inadequadas de temperatura e pH. O objetivo do presente trabalho é determinar os regimes de escoamento estabelecidos nas tubulações com escoamento bifásico desse sistema de geração de vapor, visto que este é um dos parâmetros determinantes para ocorrência de FAC. Primeiramente simulou-se, individualmente, os trocadores de calor que geram vapor e em seguida a rede de trocadores e suas tubulações com comprimentos e acidentes, a fim de determinar as condições de processo em cada trecho (temperatura, pressão, vazão e fração vaporizada). Então, determinou-se as velocidades e os regimes de escoamento nas tubulações a partir das condições de processo previamente simuladas e validadas. Nas linhas de entrada dos geradores de vapor de diluição, onde o fluxo é monofásico, foi possível concluir que as velocidades não ultrapassaram o valor de referência de 6 m/s, a partir do qual considera-se que o escoamento está contribuindo para o evento de FAC. Nas linhas de saída, o fluxo é bifásico e os regimes de escoamento estabelecidos são dos tipos estratificado e anular e nesse caso não são parâmetros que agravam a possibilidade de corrosão acelerada pelo fluxo.

Flow-accelerated corrosion (FAC) is a mechanism of loss of thickness of carbon steel pipes, exposed to water flows. The rate of material loss depends on the interaction of various factors such as temperature and chemical condition (pH and oxygen concentration) of the water, composition of the pipe material and hydrodynamics (geometry, velocity and flow regime). The studied steam generation system is typical in naphtha thermal cracking of petrochemical plants for the production of ethylene. There are reports of FAC occurrence in equivalent systems, resulting in pipe wall collapse and high temperature water and steam leakage. Among the parameters that influence the occurrence of FAC and are known in the system under evaluation, it operates in inadequate ranges of temperature, pH and oxygen concentration. The objective of the present study is to determine the flow regimes established in the pipelines with two-phase flow of this steam generation system, since this is one of the determining parameters for FAC occurrence. Inicialy, the heat exchangers that generate steam were simulated individually, and then the network of heat exchangers and their pipes with lengths and accidents were simulated in order to determine the process conditions at each pipe section (temperature, pressure, flow and vaporized fraction). Then, the velocities and flow rates in the pipes were determined from the previously simulated and validated process conditions. In the inlet lines of the dilution steam generators, where the flow is single-phase, the velocities did not exceed the reference value from which the flow is considered to be contributing to the FAC event. In the outlet lines the flow is biphasic and the flow regimes established are stratified and annular types, and in this case they aren’t parameters that aggravate the possibility of flow-accelerated corrosion.