تآكل نقطة الندى في استرداد حرارة غاز المداخن: اختيار المواد للمبادلات الحرارية المسطحة

يعمل استرداد حرارة غاز المداخن على تحسين كفاءة الطاقة الصناعية عن طريق تقليل استخدام الوقود ودرجة حرارة العادم، ولكن التشغيل في درجة حرارة منخفضة يزيد من خطر تآكل نقطة الندى لغاز المداخن ، خاصة في الغازات التي تحتوي على الكبريت أو الكلوريدات أو الرطوبة أو الغبار أو عوادم الكتلة الحيوية أو نفايات الغاز أو انبعاثات العمليات الكيميائية. بالنسبة للمبادلات الحرارية المسطحة، أو المبادلات الحرارية ذات ألواح الغاز الملحومة، يجب تقييم هذا الخطر مبكرًا لأن قنوات الألواح الملحومة المدمجة قد تخلق أسطحًا باردة محلية. إذا انخفضت درجة حرارة الجدار المعدني إلى أقل من نقطة الندى الحمضية، فقد يتشكل حمض الكبريتيك أو حمض الهيدروكلوريك أو المكثفات الحمضية الأخرى ويسبب تآكلًا سريعًا.

الوجبات الجاهزة الرئيسية

●  يبدأ تكثيف الحمض تحت نقطة الندى الحمضية.

●  الحد الأدنى لدرجة حرارة الجدار له أهمية أكبر من متوسط ​​درجة حرارة الغاز.

●  SO₃، وحمض الهيدروكلوريك، وHF، والرطوبة، والأكسجين، والغبار، والرواسب تزيد من خطر التآكل.

●  تعتبر الألواح الباردة واللحامات والمناطق ذات التدفق المنخفض مناطق خطر رئيسية.

●  يجب أن يتوافق اختيار المواد مع كيمياء الغاز وشدة المكثفات.

●  316L، والفولاذ المزدوج، والفولاذ عالي السبائك، وسبائك النيكل تناسب المخاطر المختلفة.

●  التحكم في درجة حرارة الجدار لا يقل أهمية عن المواد المقاومة للتآكل.

●  يؤثر تباعد اللوحات، وتوزيع التدفق، والصرف، والوصول إلى التنظيف على عمر الخدمة.

●  عادةً ما يكون التصميم المخصص مطلوبًا لاستعادة غاز المداخن المسبب للتآكل.

 

ما هو تآكل نقطة الندى لغاز المداخن؟

كيف تتشكل نقطة الندى الحمضية في غاز المداخن

يحدث تآكل نقطة ندى غاز المداخن عندما يتكثف البخار الحمضي الموجود في غاز المداخن على الأسطح المعدنية ويشكل طبقة سائلة قابلة للتآكل. في أنظمة الاحتراق المحتوية على الكبريت، يتحول الكبريت بشكل أساسي إلى SO₂، وقد يتأكسد جزء منه إلى SO₃. عندما يتفاعل SO₃ مع بخار الماء، يتشكل بخار حمض الكبريتيك وقد يتكثف عند درجة حرارة أعلى بكثير من نقطة ندى الماء العادية.

في العادم المحتوي على الكلوريد، قد يوجد حمض الهيدروكلوريك أيضًا كبخار أو مكثف. عندما يتعايش حمض الهيدروكلوريك وHF وSO₃ وبخار الماء، يمكن أن تصبح المكثفات شديدة الحموضة ومسببة للتآكل للفولاذ الكربوني وحتى بعض الفولاذ المقاوم للصدأ. ولذلك، ينبغي تقييم نقطة الندى الحمضية على أساس التركيب الفعلي لغاز المداخن، وليس فقط محتوى بخار الماء.

لماذا متوسط ​​درجة حرارة الغاز ليس كافيا

قد يبدو نظام استعادة الحرارة آمنًا عندما يكون متوسط ​​درجة حرارة مخرج غاز المداخن أعلى من نقطة الندى الحمضية، ولكن يتم التحكم في التآكل من خلال درجة حرارة سطح المعدن الفعلية. في مبادلات الألواح الملحومة المدمجة، يمكن أن تكون درجة حرارة جدار اللوحة أقل من درجة حرارة الغاز السائب، خاصة بالقرب من الطرف البارد أو المناطق المبردة بشدة بواسطة غاز الجانب البارد.

تشمل المناطق الضعيفة الصفائح الباردة، وزوايا المدخل، ومناطق سوء توزيع التدفق، والممرات منخفضة السرعة، والأسطح القريبة من قنوات الهواء البارد. يمكن أن يؤدي التشغيل المنخفض الحمل، وظروف الشتاء، والتدفق المفرط للجانب البارد، وبدء التشغيل، وإيقاف التشغيل إلى انخفاض درجة حرارة الجدار. ولذلك، ينبغي أن يركز التقييم على الحد الأدنى لدرجة حرارة جدار اللوحة في ظل الظروف العادية والعابرة.

أنماط الأضرار الشائعة

العلامات النموذجية ل يشمل تآكل نقطة ندى غاز المداخن الحفر، وترقق الجدار، وثقب اللوحة، والرواسب الحمضية، والتسرب، وزيادة انخفاض الضغط من منتجات التآكل أو التلوث. يعد الحفر الموضعي خطيرًا بشكل خاص على ألواح نقل الحرارة الرقيقة لأنه يمكن أن يخترق الجدار بشكل أسرع من التآكل الموحد.

في المبادلات الحرارية المسطحة، تحتاج طبقات اللحام وحواف الألواح ومناطق الأطراف الباردة ونقاط الصرف والمناطق المغطاة بالودائع إلى فحص خاص. قد يتم احتجاز المكثفات الحمضية في الشقوق أو تحت الرواسب، مما يتسبب في حدوث اتصال طويل بين الحمض والمعدن وتآكل شديد في الرواسب أو الشق.

لماذا تحتاج المبادلات الحرارية المسطحة إلى اهتمام خاص؟

هيكل لوحة ملحومة مدمجة

يستخدم المبادل الحراري المسطح صفائح معدنية ملحومة لتشكيل قنوات غازية، مما يتيح نقل الحرارة بكفاءة من الغاز إلى الغاز من خلال جدران الصفائح الرقيقة. يعمل هذا الهيكل المدمج على تحسين كفاءة استرداد الحرارة وتقليل حجم المعدات، مما يجعله مناسبًا لاستعادة حرارة النفايات الصناعية. ومع ذلك، قد يؤدي التبريد القوي للجانب البارد إلى خفض درجة حرارة الجدار المحلية إلى ما دون نقطة الندى الحمضية، لذلك يجب موازنة الكفاءة مع الحماية من التآكل.

البناء الملحومة وحساسية التآكل

تستخدم المبادلات الحرارية لألواح الغاز من Prandtl البناء الملحوم بالكامل واختبار الضغط لضمان الغلق على المدى الطويل بين تيارات الغاز. في ظروف نقطة الندى الحمضية، تعد جودة اللحام وتوافق المواد أمرًا بالغ الأهمية لأن أصابع اللحام والمناطق المتأثرة بالحرارة والزوايا وحواف اللوحة قد تتآكل أولاً. يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار المواد الأساسية، والمواد الاستهلاكية للحام، وإجراءات اللحام، وحالة السطح، وطرق الفحص، وتوزيع درجة الحرارة، وتصريف المكثفات.

التمدد الحراري والموثوقية الهيكلية

يجب أن تتحمل معدات استعادة حرارة الغاز ذات درجة الحرارة العالية التمدد الحراري والضغط الحراري وتغيرات الحمل المتكررة. يأخذ تصميم المبادل الحراري للوحة الغاز من Prandtl في الاعتبار الموثوقية الهيكلية في ظل الخدمة ذات درجة الحرارة العالية لتقليل التشوه وإجهاد اللحام ومخاطر التسرب. في تطبيقات التآكل عند نقطة الندى، هناك حاجة إلى مواد مقاومة للتآكل، ومرونة هيكلية، ودعم مناسب، وتشغيل متحكم فيه، لأن التآكل والإجهاد قد يؤديان إلى تسريع الضرر معًا.

القاذورات والتآكل تحت الودائع

يمكن أن يتراكم الغبار والرماد والسخام ومسحوق المحفز والأملاح والجسيمات اللزجة على أسطح نقل الحرارة ويمتص المكثفات الحمضية. قد تبقي هذه الرواسب المعدن رطبًا وتخلق بيئة دقيقة قابلة للتآكل حتى بعد ارتفاع درجة حرارة الغاز فوق نقطة الندى. ولذلك، ينبغي تحسين تباعد الألواح، وسرعة الغاز، وانخفاض الضغط، والوصول إلى التنظيف، وخصائص التلوث وفقًا لتحميل الغبار، وخصائص الجسيمات، ومخاطر التآكل، وظروف الصيانة.

 

مجالات الخطر في المبادلات الحرارية المسطحة

 

العوامل الرئيسية المؤثرة على تآكل نقطة ندى غاز المداخن

تكوين غاز المداخن

تعتمد شدة تآكل نقطة ندى غاز المداخن على SO₂ وSO₃ وHCl وHF وبخار الماء والأكسجين وأكسيد النيتروجين والغبار والأملاح القلوية ومكونات العملية الأخرى. يؤثر SO₃ بشكل أساسي على نقطة تكاثف حامض الكبريتيك، بينما تزيد أملاح حمض الهيدروكلوريك وأملاح الكلوريد من مخاطر التنقر وتآكل الشقوق، خاصة في الفولاذ المقاوم للصدأ. لذلك، ينبغي أن يعتمد اختيار المواد على تكوين الغاز المقاس أو المقدر بشكل موثوق.

درجة حرارة سطح المعدن

يبدأ تآكل نقطة ندى غاز المداخن عندما تنخفض درجة حرارة سطح المعدن إلى ما دون نقطة الندى الحمضية ويتشكل المكثفات الحمضية. يجب أن يقوم التصميم الآمن بتقييم الحد الأدنى لدرجة حرارة الجدار، خاصة عند الألواح ذات الأطراف الباردة للمبادلات الحرارية المسطحة، بدلاً من التحقق فقط من درجات حرارة مدخل ومخرج الغاز. قد يتطلب الحمل المنخفض، والتدفق العالي من الجانب البارد، والتشغيل في فصل الشتاء، وبدء التشغيل، وإيقاف التشغيل هامشًا لدرجة الحرارة، أو تجاوزًا، أو استعادة مرحلية، أو التحكم في التدفق، أو التسخين المسبق.

تدفق الغاز والودائع

يؤثر تدفق الغاز على انتقال الحرارة، وانخفاض الضغط، والتلوث، والتآكل، والتآكل. قد تتسبب السرعة المنخفضة في تراكم الغبار واحتباس الأحماض، بينما قد تؤدي السرعة الزائدة إلى زيادة التآكل وقوة المروحة. ينبغي تحسين توزيع التدفق، وتصميم الرأس، ولوحات التوجيه، وتكوين المدخل/المخرج لتجنب المناطق شديدة البرودة والمناطق منخفضة التدفق المعرضة للرواسب.

شروط التنظيف والصيانة

تؤثر ظروف الصيانة بشكل مباشر على التحكم في التآكل لأن الرواسب الحمضية يمكن أن تسبب فشلًا مبكرًا حتى في السبائك المقاومة للتآكل. يجب أخذ أبواب الفحص ومنافذ التنظيف ونقاط الصرف وطرق إزالة السخام وترتيبات مجاري الهواء في الاعتبار أثناء مرحلة التخطيط. إذا كان وقت الإغلاق قصيرًا أو كان الوصول محدودًا، فيجب أن يركز التصميم على منع التلوث، وسهولة التنظيف، واختيار المواد بشكل أكثر تحفظًا.

جدول مقارنة المواد

 

استراتيجيات التصميم للحد من مخاطر التآكل

حافظ على الأسطح الحرجة فوق نقطة الندى الحمضية

الطريقة الأكثر فعالية لتقليل التآكل هي الحفاظ على الأسطح المعدنية الحرجة فوق نقطة الندى الحمضية. يجب تقييم نقطة الندى الحمضية والحد الأدنى لدرجة حرارة جدار اللوحة معًا أثناء التصميم الحراري، لأن المكثفات الحمضية المستمرة لا تزال قادرة على إتلاف السبائك عالية الجودة. إذا كانت درجة حرارة المخرج منخفضة للغاية، فقد تكون هناك حاجة إلى التحكم في الالتفافية، أو الاسترداد المرحلي، أو تعديل تدفق الجانب البارد، أو إعادة التدوير، أو التحكم في الحد الأدنى من درجة الحرارة.

تحسين تباعد اللوحة وسرعة الغاز

يؤثر تباعد الألواح على نقل الحرارة، وانخفاض الضغط، والتلوث، والتنظيف. تعمل القنوات الضيقة على تحسين نقل الحرارة والضغط ولكنها قد تزيد من خطر الانسداد، في حين تعمل القنوات الأوسع على تحسين تحمل القاذورات ولكنها تتطلب مساحة أكبر لنقل الحرارة. يمكن تخصيص المبادلات الحرارية لألواح الغاز Prandtl لموازنة كفاءة استرداد الحرارة، والتحكم في التلوث، وانخفاض الضغط، والحماية من التآكل.

تحسين توزيع التدفق

يساعد توزيع التدفق الجيد في الحفاظ على درجة حرارة موحدة وتقليل مخاطر التآكل. قد يؤدي التوزيع غير المتساوي للغاز إلى إنشاء قنوات شديدة البرودة أو مناطق قاذورات منخفضة السرعة حيث تتراكم المكثفات والرواسب. يمكن تحديد ترتيبات التدفق مثل النوع U، أو النوع W، أو النوع S، أو النوع I، أو النوع L، أو الهياكل المخصصة وفقًا لتخطيط مجاري الهواء واحتياجات العملية.

توفير الوصول إلى التنظيف والصرف والتفتيش

يجب ألا تبقى المكثفات والرواسب الحمضية داخل المبادل لفترات طويلة. يجب مراعاة نقاط الصرف وفتحات الفحص وأجزاء مجاري الهواء القابلة للإزالة وطرق التنظيف المناسبة أثناء مرحلة التخطيط. بالنسبة للغاز المغبر أو المسبب للتآكل، يجب أن يتطابق هيكل ومواد المبادل مع طريقة التنظيف المخططة، مثل التنظيف اليدوي، أو نفخ السخام، أو نبض الهواء، أو الغسيل بالماء.

التحكم في ظروف بدء التشغيل وإيقاف التشغيل

غالبًا ما تكون فترات بدء التشغيل وإيقاف التشغيل هي الفترات الأكثر تآكلًا لأن المعدن البارد أو أسطح التبريد يمكن أن تعزز تكثيف الحمض. وينبغي أن تشمل إجراءات التشغيل التدفئة الخاضعة للرقابة، والتشغيل الجاف، وتصريف المكثفات، وتجنب فترات الركود الرطبة الطويلة. في بعض الأنظمة، يجب تجاوز غاز المداخن المسبب للتآكل حتى يصل المبادل إلى درجة حرارة آمنة.

 

خاتمة

يمثل تآكل نقطة ندى غاز المداخن خطرًا كبيرًا في استعادة حرارة غاز المداخن في درجات الحرارة المنخفضة. يمكن أن تهاجم المكثفات الحمضية ألواح نقل الحرارة، واللحامات، والقنوات، ومناطق الصرف، والأسطح الباردة، خاصة عند وجود SO₃، وحمض الهيدروكلوريك، وHF، والرطوبة، والغبار، والرواسب.

بالنسبة للمبادلات الحرارية المسطحة، يتطلب اختيار المواد الموثوقة تقييم نقطة الندى الحمضية، والتحكم في الحد الأدنى من درجة حرارة الجدار، وتحسين توزيع التدفق، وإدارة القاذورات، ومراجعة انخفاض الضغط، والوصول إلى التنظيف، وتصميم الصرف، والتحكم في إجراءات التشغيل.

الفولاذ الكربوني، 304، 316L، الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، الفولاذ المقاوم للصدأ عالي السبائك، السبائك القائمة على النيكل، والطلاءات الواقية لكل منها حدود للتطبيق. يعتمد الاختيار الصحيح على التركيب الحقيقي لغاز المداخن، وشدة المكثفات، ودرجة حرارة التشغيل، وظروف الصيانة، وتكلفة دورة الحياة. يمكن لشركة Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. توفير حلول مخصصة للمبادل الحراري للوحة الغاز استنادًا إلى بيانات العملية الفعلية للتشغيل الآمن والفعال وطويل الأمد.

 

التعليمات

ما الذي يسبب تآكل نقطة الندى لغاز المداخن؟

يحدث تآكل نقطة ندى غاز المداخن بسبب تكثيف الأبخرة الحمضية على الأسطح المعدنية عندما تنخفض درجة حرارة السطح إلى ما دون نقطة الندى الحمضية. تشمل المكثفات الشائعة حمض الكبريتيك من ثاني أكسيد الكبريت وبخار الماء، وحمض الهيدروكلوريك من الغاز المحتوي على الكلوريد.

ما هي المادة الأفضل لتآكل نقطة الندى لغاز المداخن؟

لا توجد أفضل المواد العالمية. قد يناسب 316L الخدمة المعتدلة، وقد يناسب الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج أو عالي السبائك التعرض القوي للكلوريد أو الأحماض المختلطة، وقد تكون السبائك القائمة على النيكل مطلوبة لظروف المكثفات الشديدة.

هل يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ أن يمنع تآكل نقطة الندى بشكل كامل؟

لا، يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ أن يقلل من خطر التآكل، ولكن الكلوريدات والمكثفات ذات الرقم الهيدروجيني المنخفض وحمض الكبريتيك والشقوق والرواسب ودرجة حرارة الجدار المنخفضة لا تزال تسبب تآكل الشقوق.