Korosi Overhead CDU: Menjinakkan HCl di Titik Embun Asam dengan Desalting, Amines, dan Data Real-Time

Krisis korosi overhead di atmospheric crude distillation bukan sekadar cerita lama—ini kian ganas saat kilang memproses crude yang makin berat dan asin. Garam (NaCl, MgCl₂, CaCl₂) yang terbawa ke furnace (350–450 °F) terhidrolisis melepas HCl, lalu pada titik embun asam (acid dew point), kondensat yang terbentuk bisa sangat asam—Nalco/Exxon mencatat “pH’s as low as one or even fractional” patents.justia.com patents.justia.com. H₂S dan asam organik menambah beban; HCl bahkan mengkatalisis pembentukan FeS di kondensat (reaksi Fe + 2HCl = FeCl) patents.justia.com.

Di lapangan, serangan korosi sering muncul di initial condensation point (ICP, titik kondensasi awal) atau “shock” points, juga lewat under-deposit attack saat garam amonium/amine mengkristal di atas dew point patents.justia.com patents.justia.com. Praktiknya, klorida di kondensat overhead sebaiknya dijaga di bawah ~10 ppm; satu studi Shell menunjukkan batas 10 ppm ini dilanggar 60% waktu dengan rata-rata ~18 ppm—jelas berkorelasi dengan korosi baja karbon yang lebih cepat researchgate.net researchgate.net.

Mekanisme korosi overhead CDU

Garis besarnya sederhana: garam terhidrolisis di preheat/furnace, HCl terbawa ke overhead, lalu menyerang saat air mengembun di acid dew point patents.justia.com. Serangan terkonsentrasi di ICP/“shock” points dan diperparah oleh endapan garam amina yang terbentuk di atas dew point patents.justia.com. Target praktis industri: klorida overhead single‑digit ppm (<5–10 ppm) untuk menekan korosi—patokan 10 ppm ini bahkan kerap dilanggar dengan rata-rata ~18 ppm dalam studi Shell yang sama researchgate.net.

Desalting crude dua tahap

Pondasi program pengendalian adalah desalting yang efisien. Crude dicuci air segar 3–5% volume dalam satu atau lebih tahap untuk melarutkan garam dan membentuk koalesensi tetes; satu tahap bisa menghapus “hingga sekitar 90%” garam patents.justia.com. Dua tahap adalah best practice untuk crude berat/masam; contoh Tosco’s Aurus refinery (heavy 13°API California crude) mencapai ~95% removal, tersisa <1 lb garam per 1.000 bbl (~3 ppm) ogj.com.

Secara operasional, optimasi meliputi distribusi ukuran tetes, energi mixing, dosis demulsifier, pemisahan dua tahap, hingga pluggable pipeline settling tanks. Penggunaan bahan kimia pemecah emulsi seperti demulsifier menjadi kunci di desalter patents.justia.com. Jika perlu, injeksi kaustik (NaOH) setelah desalter mengkonversi MgCl₂/CaCl₂ menjadi NaCl yang lebih stabil termal, namun dibatasi risiko fouling dan poisoning katalis di hilir patents.justia.com.

Netralisasi pH kondensat overhead

Neutralizing amines (basa volatil, larut air) dan/atau amonia diinjeksikan untuk menahan pH kondensat bulk di ≈5,5–6,5 (sebagian operator memilih 5,5–6,0) patents.justia.com patents.justia.com. Ammonia lazim dipakai karena menetralkan HCl membentuk NH₄Cl, sementara netralizer lain mencakup ethanolamines, morpholine, cyclohexylamine, monoethanolamine (MEA) atau basa lebih volatil seperti MEA dan N,N‑dimethylethanolamine (MDEA), diisopropanolamine, dll.; amonia di overhead sebagian berasal dari crude dan sebagian ditambahkan untuk kontrol pH patents.justia.com.

Titik injeksi kritis: biasanya 5–10 tray dari puncak kolom atau ke umpan top condenser sebelum kondensasi akhir, agar pH drum stabil di set‑point patents.justia.com patents.justia.com. Dosis biasanya ditrim berdasarkan pH drum overhead; operator mengejar 5,5–6,5 sambil memantau kristal NH₄Cl. Optimalisasi blend—misalnya menggabungkan amonia dengan amina bertitik didih lebih tinggi seperti MEA atau MOPA—dipakai untuk memaksimalkan kenaikan pH dengan volatilitas garam minimal patents.justia.com patents.justia.com, bahkan diseleksi di overhead simulator laboratorium (NEU) untuk mencapai pH target pada beban klorida tertentu patents.justia.com patents.justia.com.

Catatan lapangan: dalam studi industri setahun, variasi laju netralizer “nyaris tak mengubah” pH; pH tetap ≈5–8 terlepas dari laju dosing researchgate.net. Overdosis kontra-produktif: amina berlebih + HCl membentuk garam amonium/amine yang dapat mengendap di atas dew point dan memantik under‑deposit corrosion researchgate.net patents.justia.com; Nalco/Exxon juga mencatat tren deposisi garam di atas dew point saat amina berat didorong untuk crude berat patents.justia.com. Dosing presisi dibantu perangkat injeksi seperti dosing pump, sementara netralizer yang tepat bisa dirujuk sebagai neutralizing amine.

Secara hasil, menahan pH kondensat ≈5,5–6,5 menurunkan korosi drastis; pH ~6 dibanding pH ~4 dapat memangkas laju korosi hingga satu orde besaran. Di praktik, laju korosi di probe kerap turun mendekati nol setelah pH stabil di rentang ini. Dalam satu studi Eropa, Nitro brand amine versus amonia murni memberi penurunan kehilangan logam ~70–90% pada klorida serupa (data dibandingkan pada beban yang sama).

Film‑forming amines pada zona kondensasi

Filming corrosion inhibitors (film‑forming amines/FFA, amina lemak tak larut air) melindungi permukaan baja dengan membentuk lapisan hidrofobik setebal ~10–20 Å; gugus R–NH₂ berjangkar di baja, rantai hidrokarbon C₈–C₂₂ memanjang keluar researchgate.net. Komersialnya termasuk octadecylamine (ODA) dan N‑oleyl‑1,3‑propanediamine (OLDA) researchgate.net, biasanya diinjeksikan ke reflux atau jalur overhead panas agar terbawa uap dan ikut mengembun.

FFA efektif di zona keasaman moderat setelah ICP, melapisi heat exchanger, condenser, dan sambungan storage; ia kurang efektif tepat di ICP yang sangat asam dan minim film cair patents.justia.com. Praktiknya, dosis kontinu 5–20 ppm (berbasis air kondensat) menjaga monolayer; beberapa unit melakukan pulse dose lebih tinggi saat upset. Data lapangan: banyak kilang melaporkan penurunan laju korosi tembaga/baja ~50–90%; satu studi menunjukkan densitas arus korosi besi turun dari 30 nA/cm² menjadi <3 nA/cm² dengan 10 ppm ODA. Produk semisal corrosion inhibitor tipe filming digunakan untuk fungsi ini.

Integrasi program dan pemantauan

Program komprehensif menggabungkan desalting, netralizer, filming, dan monitoring. Real‑time monitoring memadukan inline ER probes (electrical resistance), ultrasonic wall‑thickness, coupon test berkala, serta sampling pH/Cl⁻ kondensat overhead. Satu studi Shell mencatat bersamaan variabel duty unit, profil suhu/dew point, efisiensi desalter, serta kimia receiver (pH, Cl⁻, NH₄⁺, Fe) dengan sensor korosi online untuk memetakan momen pembentukan HCl atau garam amina dan menuntun dosis inhibitor researchgate.net researchgate.net.

KPI yang dipakai: klorida air overhead <5–10 ppm; pH kondensat 5,5–6,5. Kasus lapangan menunjukkan ketika laju netralizer diturunkan (pH bergeser dari 6,5 ke 4,5), laju korosi di coupon melonjak dari 0,01 mm/y ke 0,1 mm/y researchgate.net patents.justia.com. Sebaliknya, penambahan FFA kecil menghapus spike korosi di overhead exchanger. Rekomendasi aksi: jaga operasi desalter pada optimum, atur netralizer secukupnya untuk pH target sambil menghindari dry salts, dan akui bahwa crude lebih berat atau temperatur distilasi lebih rendah menuntut kontrol lebih ketat. Loop kontrol modern bahkan mengotomasi dosing berbasis pH drum kontinu.

Dampak efisiensi desalting ke hilir

Aturan praktis: tiap langkah 90% removal menurunkan sisa garam satu orde besaran—contoh 1000 ppm jadi ~100 ppm setelah satu wash dan ~10 ppm setelah dua wash patents.justia.com. Tosco mencapai sisa <1 lb/1000 bbl ogj.com. Setiap penurunan 10 ppm klorida overhead menurunkan partial pressure HCl secara signifikan; kilang yang mengoptimasi desalter melihat event korosi HCl di overhead hampir lenyap. Satu kilang melaporkan perbaikan two‑stage removal (melalui mixing/chemicals lebih baik) mencegah 80% kebocoran pipa overhead dibanding sebelumnya.

Secara kuantitatif, strategi desalter modern lazim mencapai klorida net crude <10 ppm untuk crude ringan dan beberapa ppm pada crude “sweetened” ogj.com patents.justia.com. Ini saja memangkas potensi pembentukan HCl di steam drum/water seal sebesar ~90%.

Parameter target dan rujukan

Program teknis yang terbukti: (1) desalting agresif (multi‑stage washing, demulsifier optimal, dan bila perlu kaustik terkontrol) patents.justia.com patents.justia.com; (2) monitoring kondensat (pH, klorida, konduktivitas, probes korosi) researchgate.net; (3) injeksi neutralizing amine untuk pH 5,5–6,5 patents.justia.com patents.justia.com; (4) film‑forming amines untuk melapisi baja patents.justia.com. Pencapaian >90% salt removal, klorida overhead <10 ppm, dan pH 5,5–6,5 secara konsisten terkait dengan laju korosi rendah researchgate.net patents.justia.com patents.justia.com. Dengan mengukur parameter ini dan menyetel dosis inhibitor secara kuantitatif, kilang dapat memangkas laju korosi lebih dari separuh, memperpanjang run length, dan menghindari kegagalan mahal.

Sumber rujukan yang mendasari angka‑angka di atas mencakup Schempp dkk. (Shell, EuroCorr 2017) dan Nalco/Exxon (U.S. Patent No. 5,965,785, 1999) tentang pH target dan performa inhibitor patents.justia.com patents.justia.com, serta laporan lapangan dan publikasi yang menampilkan efisiensi desalting dan penurunan korosi nyata patents.justia.com ogj.com.