Efek korosi dari pembakaran NH3 + H2S di Furnace

Complete combustion H2S membutuhkan temperatur antara 625 s/d 1650 degC tergantung komposisi acid gas.  Namun, temperatur minimum untuk efektivitas operasi adalah 925 degC.  Dibawah temperatur ini biasanya  stabilitas flame tidak bagus dan sering muncul free O2 di flue gas.  Untuk kasus Pak Novriandi, free O2 di flue gas harusnya gak masalah karena akan langsung terbuang melalui stack (berbeda jika kondisi ini terjadi di unit pengolah acid gas yang akan menyebabkan korosi di waste heat boiler); namun, dengan temperatur furnace yang Pak Novriandi punya sebesar 843 degC, kemungkinan akan menyebabkan flame menjadi tidak stabil.

Tanya - Novriandi

 

Ysh, Bpk & Rekan Migas Indonesia

Kami memiliki equipment furnace dengan servicenya adalah pemanas process, Furnace tersebuttipe vertical tube multi coil dengan material tube inlet A335 P9 dan tube oult A312 TP316. dengan fuel sesuai design adalah kombinasi fuel oil dan fuel gas.

Pada kasus tertentu di salah satu unit untuk mengolah dan membakar ex. acid gas dari unit treating di plant kami stop untuk perbaikan, sehingga acid gas ex. unit treating tetap harus diproses sehingga kemudian sementara dialirkan dan dibakar di furnace. Komposisi acid gas dengan komposisi sbb:

Flow    : 2000 kg/hr

%wt:    : 55.1%NH3, 9.2%H2S dan sisanya H20

Temp   : 100 oC

Press    : 1.0 kg/cm2

dibakar di furnace pada temperatur 843oC

Bagaimana kira-kira efek (korosi) dari pembakaran acid gas tersebut di furnace terhadap material tube?, baik efek yang disebabkan oleh pemabakaran acid gas di dapur dalam waktu singkat atau jangka waktu yang lama?. 

Terima kasih sebelumnya.

Tanggapan 1 - Andri Soetiawan

Halo Pak Novriandi,

Saya akan coba bantu, tapi sebelumnya bisa diberi data lebih jelas?

Berapa temperatur di tube inlet dan outlet?

Maksudnya sisanya H2O itu apakah berarti tidak ada oksigen?

Tanggapan 2 - Adhi Budhiarto

 

Salam Pak Novriandi,

Saya mencoba memahami permasalahan yang Pak Novriandi hadapi sebagai berikut (mohon dikoreksi jika salah):

Plant Bapak memiliki sebuah unit untuk mengolah dan membakar acid gas.  Namun pada suatu saat tertentu, unit tersebut harus stop untuk perbaikan dan acid gas harus tetap mengalir dan dibakar.  Kemudian acid gas tersebut dialirkan ke furnace dengan tipe vertical tube dengan spesifikasi yang Bapak berikan yang sebenarnya didisain untuk menggunakan fuel oil dan fuel gas bukan acid gas.  

Complete combustion H2S membutuhkan temperatur antara 625 s/d 1650 degC tergantung komposisi acid gas.  Namun, temperatur minimum untuk efektivitas operasi adalah 925 degC.  Dibawah temperatur ini biasanya  stabilitas flame tidak bagus dan sering muncul free O2 di flue gas.  Untuk kasus Pak Novriandi, free O2 di flue gas harusnya gak masalah karena akan langsung terbuang melalui stack (berbeda jika kondisi ini terjadi di unit pengolah acid gas yang akan menyebabkan korosi di waste heat boiler); namun, dengan temperatur furnace yang Pak Novriandi punya sebesar 843 degC, kemungkinan akan menyebabkan flame menjadi tidak stabil.  

Jika masalah flame instability dapat teratasi, maka menurut saya Pak Novriandi tidak perlu khawatir akan efek korosi hasil pembakaran acid gas terhadap tube.  Begini penjelasannya:

Dengan temperatur acid gas sebesar 100 degC dan kandungan H2S<20%, maka temperatur minimum yang dibutuhkan untuk complete combustion H2S menjadi SO2 dan H2O adalah sebesar 675 degC (ada grafik khusus untuk mengetahui temperatur ini).  Jadi dengan temperatur furnace sebesar 843 degC akan cukup untuk mendapatkan complete combustion acid gas dengan komposisi 9,2% H2S.  

NH3 memang membutuhkan temperatur minimum 1250 degC untuk complete destruction, tapi complete destruction ini dibutuhkan jika acid gas diolah di unit pengolah acid gas karena jika NH3 tidak mengalami complete destruction, maka akan menyebabkan plugging di downstream equipment terutama condenser dengan temperatur terendah.  Untuk kasus Pak Novriandi, NH3 akan terikut dalam flue gas dan terbuang melalui stack.  

Jadi kesimpulannya menurut saya, dengan kondisi yang Pak Novriandi jelaskan, maka gak masalah mengalirkan acid gas ke furnace dengan spesifikasi yang Pak Novriandi sebutkan (asalkan flame stability bisa tetap terjaga) dan gak perlu khawatir terhadap efek korosi hasil pembakaran acid gas tersebut karena kondisi yang ada tidak menyisakan H2S dalam flue gas.  Wallahu a'lam.

Tanggapan 3 - Teguh Budi Santoso

Pak Novri,

Do'anya mudah-mudahan acid gasnya bisa "terbakar" sempurna tanpa ada sempat terkondensasi di permukaan tube :) . Dilihat dari temperatur furnacenya cukup tinggi, menurut logika saya kondensasi kecil sekali terjadi, kalaupun ada korosi, jenisnya adalah korosi temperature tinggi yg tidak lagi melibatkan elektrolit. Mungkin harus di-analisa gas hasil bakarnya atau dilakukan percobaan skala laboraturium untuk memastikan efeknya.. Kalau efek jangka pendeknya bisa jadi belum kelihatan.

Demikian sedikit pendapat saya, CMIIW.  

Tanggapan 4 - Andry Soetiawan

Pagi Pak Nov,

Jika temperatur skin tube maksimal 533 C, tampaknya tidak akan memiliki masalah kepada tube.

Tapi jika melebihi 650 C, maka akan bermasalah ke SS 316 karena dapat terjadi eutektik antara Ni & S menjadi Ni-Ni3S2 (ada sebagian material yang mencair) NH3 sendiri tidak terlalu berpengaruh karena proses nitridasi yang ektrim pada Cr di dalam SS 316 biasanya terjadi di temperatur diatas 900 C

Mengenai referensi, saya ada beberapa paper mengenai high temperature corrosion akibat sulfur, tetapi ada copyright, nanti saya coba share bagian per bagian saja ya.

Tanggapan 5 - Novriandi

 

Salam pak,

Pak andry: jika yg dimaksud temp. Inlet/outlet fluida service dalam tube furnace adalah 280/364oC sedangkan acid gas sesuai material balance tidak terdapat/diabaikan kandungan O2 nya.

Pak teguh: amin pak yang kita harapkan acid gas dapat terbakar sempurna, namun perlu diantisipasi dan estimasi kemungkinan buruknya terutama terhadap tube, nah kebetulan kami masih kekurangan refensi mengenai masalah ini baik teoritis dan penglaman masalah sejenis.

Pak ardhi: benar pak demikian deskripsi permasalahan kami, kami mempunyai beberapa pertanyaan lg pak:

1. Jika H2S dan NH3 tidak terbakar sempurna bagaimana kira kira efek lainnya terhadap tube (selain kita anggap excess acid gas dibuang ke atmosfir) terutama dari sisi metalurgi pada tempertur cabin 843oC tube skin temp. 477 inlet & 533 outlet.

2. Tube skin temp. kita batasi sesuai design 477&533oC untuk mengurangi efect creep pada tube, bagaimana langkah lainnya untuk menentukan pembakaran sempurna acid gas?

3. Darimana dpt temukan refereni mengenai temperatur pembakaran H2S & NH3 serta efek hasik reaksinya thdp material low allow dan ss? 

Terima kasih atas respon dan bantuannya.