Corrosión por punto de rocío en la recuperación de calor de gases de combustión: selección de materiales para intercambiadores de calor de placas

La recuperación de calor de los gases de combustión mejora la eficiencia energética industrial al reducir el uso de combustible y la temperatura de escape, pero el funcionamiento a baja temperatura aumenta el riesgo de Corrosión del punto de rocío de los gases de combustión , especialmente en gases que contienen azufre, cloruros, humedad, polvo, gases de escape de biomasa, gases residuales o emisiones de procesos químicos. Para los intercambiadores de calor platulares o los intercambiadores de calor de placas de gas soldados, este riesgo debe evaluarse tempranamente porque los canales compactos de placas soldadas pueden crear superficies frías locales. Si la temperatura de la pared metálica cae por debajo del punto de rocío ácido, se pueden formar ácido sulfúrico, ácido clorhídrico u otros condensados ​​ácidos que causan una rápida corrosión.

Conclusión clave

●  La condensación ácida comienza por debajo del punto de rocío ácido.

●  La temperatura mínima de la pared es más importante que la temperatura promedio del gas.

●  SO₃, HCl, HF, humedad, oxígeno, polvo y depósitos aumentan el riesgo de corrosión.

●  Las placas de extremo frío, las soldaduras y las áreas de bajo flujo son zonas de riesgo clave.

●  La selección del material debe coincidir con la química del gas y la gravedad del condensado.

●  316L, acero dúplex, acero de alta aleación y aleaciones de níquel se adaptan a diferentes riesgos.

●  El control de la temperatura de las paredes es tan importante como el material resistente a la corrosión.

●  El espaciado de las placas, la distribución del flujo, el drenaje y el acceso para la limpieza afectan la vida útil.

●  Generalmente se requiere un diseño personalizado para la recuperación de gases de combustión corrosivos.

 

¿Qué es la corrosión por punto de rocío de los gases de combustión?

Cómo se forma el punto de rocío ácido en los gases de combustión

La corrosión del punto de rocío de los gases de combustión se produce cuando el vapor ácido de los gases de combustión se condensa en superficies metálicas y forma una película de líquido corrosivo. En los sistemas de combustión que contienen azufre, el azufre se convierte principalmente en SO₂ y parte de él puede oxidarse en SO₃. Cuando el SO₃ reacciona con el vapor de agua, se forma vapor de ácido sulfúrico que puede condensarse a una temperatura mucho más alta que el punto de rocío normal del agua.

En los gases de escape que contienen cloruro, el ácido clorhídrico también puede existir en forma de vapor o condensado. Cuando coexisten HCl, HF, SO₃ y vapor de agua, el condensado puede volverse muy ácido y corrosivo para el acero al carbono e incluso para algunos aceros inoxidables. Por lo tanto, el punto de rocío ácido debe evaluarse basándose en la composición real de los gases de combustión, no sólo en el contenido de vapor de agua.

Por qué la temperatura promedio del gas no es suficiente

Un sistema de recuperación de calor puede parecer seguro cuando la temperatura promedio de salida de los gases de combustión está por encima del punto de rocío ácido, pero la corrosión está controlada por la temperatura real de la superficie del metal. En los intercambiadores de placas soldadas compactos, la temperatura de la pared de las placas puede ser inferior a la temperatura del gas a granel, especialmente cerca del extremo frío o en áreas fuertemente enfriadas por el gas del lado frío.

Las áreas vulnerables incluyen placas de extremo frío, esquinas de entrada, zonas de mala distribución del flujo, pasajes de baja velocidad y superficies cercanas a canales de aire frío. La operación con carga baja, las condiciones invernales, el flujo excesivo del lado frío, el arranque y el apagado pueden reducir aún más la temperatura de la pared. Por lo tanto, la evaluación debe centrarse en la temperatura mínima de la pared de la placa tanto en condiciones normales como transitorias.

Patrones de daños comunes

signos típicos de La corrosión por punto de rocío de los gases de combustión incluye picaduras, adelgazamiento de paredes, perforación de placas, depósitos ácidos, fugas y mayor caída de presión debido a productos de corrosión o incrustaciones. Las picaduras localizadas son especialmente peligrosas para las placas delgadas de transferencia de calor porque pueden penetrar la pared más rápido que la corrosión uniforme.

En los intercambiadores de calor platulares, las costuras de soldadura, los bordes de las placas, las zonas frías, los puntos de drenaje y las áreas cubiertas de depósitos necesitan una inspección especial. El condensado ácido puede quedar atrapado en grietas o debajo de los depósitos, provocando un contacto prolongado entre el ácido y el metal y una grave corrosión debajo de los depósitos o en las grietas.

Por qué los intercambiadores de calor platulares necesitan atención especial

Estructura compacta de placa soldada

Un intercambiador de calor Platular utiliza placas metálicas soldadas para formar canales de gas, lo que permite una transferencia de calor eficiente de gas a gas a través de paredes de placas delgadas. Esta estructura compacta mejora la eficiencia de la recuperación de calor y reduce el tamaño del equipo, lo que lo hace adecuado para la recuperación de calor residual industrial. Sin embargo, un fuerte enfriamiento del lado frío puede reducir la temperatura de la pared local por debajo del punto de rocío ácido, por lo que la eficiencia debe equilibrarse con la protección contra la corrosión.

Construcción soldada y sensibilidad a la corrosión

Los intercambiadores de calor de placas a gas de Prandtl utilizan una construcción totalmente soldada y pruebas de presión para garantizar el sellado a largo plazo entre las corrientes de gas. En condiciones de punto de rocío ácido, la calidad de la soldadura y la compatibilidad del material son críticas porque los extremos de la soldadura, las zonas afectadas por el calor, las esquinas y los bordes de la placa pueden corroerse primero. El diseño debe considerar el material base, los consumibles de soldadura, los procedimientos de soldadura, la condición de la superficie, los métodos de inspección, la distribución de temperatura y el drenaje de condensado.

Expansión térmica y confiabilidad estructural

Los equipos de recuperación de calor de gas de alta temperatura deben resistir la expansión térmica, el estrés térmico y los cambios repetidos de carga. El diseño del intercambiador de calor de placas de gas de Prandtl considera la confiabilidad estructural bajo servicio de alta temperatura para reducir la deformación, la fatiga de la soldadura y los riesgos de fugas. En aplicaciones de corrosión por punto de rocío, se necesitan materiales resistentes a la corrosión, flexibilidad estructural, soporte adecuado y operación controlada porque la corrosión y la tensión pueden acelerar el daño juntos.

Incrustaciones y corrosión bajo depósito

El polvo, las cenizas, el hollín, el polvo de catalizador, las sales y las partículas pegajosas pueden acumularse en las superficies de transferencia de calor y absorber el condensado ácido. Estos depósitos pueden mantener el metal húmedo y crear un microambiente corrosivo incluso después de que la temperatura del gas supera el punto de rocío. Por lo tanto, el espaciado de las placas, la velocidad del gas, la caída de presión, el acceso de limpieza y las características de incrustación deben optimizarse de acuerdo con la carga de polvo, las propiedades de las partículas, el riesgo de corrosión y las condiciones de mantenimiento.

 

Áreas de riesgo en intercambiadores de calor platulares

 

Principales factores que afectan la corrosión del punto de rocío de los gases de combustión

Composición de los gases de combustión

La gravedad de la corrosión del punto de rocío de los gases de combustión depende del SO₂, SO₃, HCl, HF, vapor de agua, oxígeno, NOₓ, polvo, sales alcalinas y otros componentes del proceso. El SO₃ afecta principalmente al punto de rocío del ácido sulfúrico, mientras que el HCl y las sales de cloruro aumentan los riesgos de corrosión por picaduras y grietas, especialmente en aceros inoxidables. Por lo tanto, la selección del material debe basarse en la composición del gas medida o estimada de manera confiable.

Temperatura de la superficie del metal

La corrosión del punto de rocío de los gases de combustión comienza cuando la temperatura de la superficie del metal cae por debajo del punto de rocío ácido y se forma condensado ácido. Un diseño seguro debe evaluar la temperatura mínima de la pared, especialmente en las placas del extremo frío de los intercambiadores de calor Platular, en lugar de solo verificar las temperaturas de entrada y salida del gas. Carga baja, flujo alto del lado frío, operación en invierno, arranque y apagado pueden requerir un margen de temperatura, derivación, recuperación por etapas, control de flujo o precalentamiento.

Flujo de gas y depósitos

El flujo de gas afecta la transferencia de calor, la caída de presión, la contaminación, la erosión y la corrosión. Una velocidad baja puede causar acumulación de polvo y retención de ácido, mientras que una velocidad excesiva puede aumentar la erosión y la potencia del ventilador. La distribución del flujo, el diseño del cabezal, las placas guía y la configuración de entrada/salida deben optimizarse para evitar zonas sobreenfriadas y áreas de bajo flujo propensas a depósitos.

Condiciones de limpieza y mantenimiento

Las condiciones de mantenimiento influyen directamente en el control de la corrosión porque los depósitos ácidos pueden causar fallas prematuras incluso en aleaciones resistentes a la corrosión. Durante la etapa de diseño se deben considerar puertas de inspección, puertos de limpieza, puntos de drenaje, métodos de eliminación de hollín y disposiciones de conductos accesibles. Si el tiempo de parada es corto o el acceso es limitado, el diseño debe enfatizar la prevención de incrustaciones, una limpieza más fácil y una selección de materiales más conservadora.

Tabla de comparación de materiales

 

Estrategias de diseño para reducir el riesgo de corrosión

Mantenga las superficies críticas por encima del punto de rocío ácido

La forma más eficaz de reducir la corrosión es mantener las superficies metálicas críticas por encima del punto de rocío ácido. El punto de rocío ácido y la temperatura mínima de la pared de la placa deben evaluarse juntos durante el diseño térmico, porque el condensado ácido continuo aún puede dañar las aleaciones de alta calidad. Si la temperatura de salida es demasiado baja, es posible que se requiera control de derivación, recuperación por etapas, flujo del lado frío ajustado, recirculación o control de temperatura mínima.

Optimice el espacio entre placas y la velocidad del gas

El espaciado de las placas afecta la transferencia de calor, la caída de presión, la suciedad y la limpieza. Los canales estrechos mejoran la transferencia de calor y la compacidad, pero pueden aumentar el riesgo de bloqueo, mientras que los canales más anchos mejoran la tolerancia a la suciedad pero requieren más área de transferencia de calor. Los intercambiadores de calor de placas de gas Prandtl se pueden personalizar para equilibrar la eficiencia de la recuperación de calor, el control de incrustaciones, la caída de presión y la protección contra la corrosión.

Mejorar la distribución del flujo

Una buena distribución del flujo ayuda a mantener una temperatura uniforme y reducir el riesgo de corrosión. La distribución desigual del gas puede crear canales sobreenfriados o zonas de incrustación de baja velocidad donde se acumulan condensado y depósitos. Se pueden seleccionar disposiciones de flujo como tipo U, tipo W, tipo S, tipo I, tipo L o estructuras personalizadas según el diseño del conducto y las necesidades del proceso.

Proporcionar acceso de limpieza, drenaje y inspección

Los condensados ​​ácidos y los depósitos no deben permanecer dentro del intercambiador por períodos prolongados. Durante la etapa de diseño se deben considerar puntos de drenaje, aberturas de inspección, secciones de conductos removibles y métodos de limpieza adecuados. Para gases polvorientos o corrosivos, la estructura y el material del intercambiador deben coincidir con el método de limpieza planificado, como limpieza manual, soplado de hollín, pulsaciones de aire o lavado con agua.

Controlar las condiciones de arranque y apagado

El arranque y el apagado suelen ser los períodos más corrosivos porque el metal frío o las superficies de enfriamiento pueden promover la condensación ácida. Los procedimientos operativos deben incluir calefacción controlada, operación de secado, drenaje de condensado y evitar largos períodos de estancamiento húmedo. En algunos sistemas, los gases de combustión corrosivos deben evitarse hasta que el intercambiador alcance una temperatura segura.

 

Conclusión

La corrosión del punto de rocío de los gases de combustión es un riesgo importante en la recuperación de calor de los gases de combustión a baja temperatura. El condensado ácido puede atacar las placas de transferencia de calor, soldaduras, conductos, áreas de drenaje y superficies del extremo frío, especialmente cuando hay SO₃, HCl, HF, humedad, polvo y depósitos.

Para los intercambiadores de calor Platular, la selección confiable de materiales requiere una evaluación del punto de rocío ácido, control mínimo de la temperatura de la pared, optimización de la distribución del flujo, manejo de incrustaciones, revisión de la caída de presión, acceso de limpieza, diseño de drenaje y control de los procedimientos operativos.

El acero al carbono, 304, 316L, el acero inoxidable dúplex, el acero inoxidable de alta aleación, las aleaciones a base de níquel y los revestimientos protectores tienen límites de aplicación. La elección correcta depende de la composición real de los gases de combustión, la gravedad del condensado, la temperatura de funcionamiento, las condiciones de mantenimiento y el coste del ciclo de vida. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. puede proporcionar soluciones personalizadas de intercambiadores de calor de placas de gas basadas en datos de procesos reales para una operación segura, eficiente y a largo plazo.

 

Preguntas frecuentes

¿Qué causa la corrosión del punto de rocío de los gases de combustión?

La corrosión del punto de rocío de los gases de combustión es causada por vapores ácidos que se condensan en las superficies metálicas cuando la temperatura de la superficie cae por debajo del punto de rocío ácido. Los condensados ​​comunes incluyen ácido sulfúrico de SO₃ y vapor de agua, y ácido clorhídrico de un gas que contiene cloruro.

¿Qué material es mejor para la corrosión del punto de rocío de los gases de combustión?

No existe un mejor material universal. El 316L puede ser adecuado para servicios moderados, el acero inoxidable dúplex o de alta aleación puede ser adecuado para una exposición más fuerte a cloruros o ácidos mixtos, y es posible que se requieran aleaciones a base de níquel para condiciones severas de condensación.

¿Puede el acero inoxidable prevenir completamente la corrosión por punto de rocío?

No. El acero inoxidable puede reducir el riesgo de corrosión, pero los cloruros, el condensado de bajo pH, el ácido sulfúrico, las grietas, los depósitos y la baja temperatura de las paredes aún pueden causar picaduras o corrosión en las grietas.