خوردگی نقطه شبنم در بازیابی حرارت گاز دودکش: انتخاب مواد برای مبدل های حرارتی پلاتولی

بازیابی حرارت گاز دودکش با کاهش مصرف سوخت و دمای خروجی اگزوز، کارایی انرژی صنعتی را بهبود می بخشد، اما عملکرد در دمای پایین خطر ابتلا به این بیماری را افزایش می دهد. خوردگی نقطه شبنم گازهای دودکش ، به ویژه در گازهای حاوی گوگرد، کلرید، رطوبت، گرد و غبار، اگزوز زیست توده، گازهای زائد، یا انتشار فرآیندهای شیمیایی. برای مبدل های حرارتی Platular یا مبدل های حرارتی صفحه گاز جوش داده شده، این خطر باید زود ارزیابی شود زیرا کانال های صفحه جوش فشرده ممکن است سطوح سرد محلی ایجاد کنند. اگر دمای دیواره فلزی به زیر نقطه شبنم اسیدی کاهش یابد، اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک یا سایر میعانات اسیدی می توانند تشکیل شده و باعث خوردگی سریع شوند.

غذای آماده کلیدی

●  تراکم اسیدی زیر نقطه شبنم اسید شروع می شود.

●  حداقل دمای دیواره بیش از دمای متوسط ​​گاز اهمیت دارد.

●  SO3، HCl، HF، رطوبت، اکسیژن، گرد و غبار و رسوبات خطر خوردگی را افزایش می دهند.

●  صفحات سرد، جوش ها و نواحی کم جریان از مناطق خطر کلیدی هستند.

●  انتخاب مواد باید با شیمی گاز و شدت میعانات مطابقت داشته باشد.

●  آلیاژهای 316L، فولاد دوبلکس، فولاد پر آلیاژ و آلیاژهای نیکل با خطرات مختلفی مطابقت دارند.

●  کنترل دمای دیوار به اندازه مواد مقاوم در برابر خوردگی مهم است.

●  فاصله صفحات، توزیع جریان، زهکشی و دسترسی به نظافت بر عمر مفید تأثیر می گذارد.

●  طراحی سفارشی معمولاً برای بازیابی گاز دودکش خورنده مورد نیاز است.

 

خوردگی نقطه شبنم گاز دودکش چیست؟

نحوه تشکیل نقطه شبنم اسیدی در گاز دودکش

خوردگی نقطه شبنم گاز دودکش زمانی اتفاق می افتد که بخار اسیدی موجود در گاز دودکش بر روی سطوح فلزی متراکم شده و یک لایه مایع خورنده را تشکیل می دهد. در سیستم های احتراق حاوی گوگرد، گوگرد عمدتاً به SO2 تبدیل می شود و بخشی از آن ممکن است به SO3 اکسید شود. هنگامی که SO3 با بخار آب واکنش می دهد، بخار اسید سولفوریک تشکیل می شود و ممکن است در دمایی بسیار بالاتر از نقطه شبنم آب معمولی متراکم شود.

در اگزوزهای حاوی کلرید، اسید کلریدریک ممکن است به صورت بخار یا میعانات نیز وجود داشته باشد. هنگامی که HCl، HF، SO3 و بخار آب با هم وجود داشته باشند، میعانات می تواند به شدت اسیدی شده و برای فولاد کربنی و حتی برخی از فولادهای ضد زنگ خورنده شود. بنابراین، نقطه شبنم اسیدی باید بر اساس ترکیب واقعی گاز دودکش ارزیابی شود، نه تنها بر اساس میزان بخار آب.

چرا میانگین دمای گاز کافی نیست

هنگامی که میانگین دمای خروجی گاز دودکش بالاتر از نقطه شبنم اسیدی باشد، ممکن است سیستم بازیابی حرارت ایمن به نظر برسد، اما خوردگی توسط دمای واقعی سطح فلز کنترل می شود. در مبدل های صفحه جوش داده شده فشرده، دمای دیواره صفحه می تواند کمتر از دمای گاز توده باشد، به خصوص در نزدیکی انتهای سرد یا مناطقی که به شدت توسط گاز سمت سرد خنک می شوند.

مناطق آسیب‌پذیر شامل صفحات سرد، گوشه‌های ورودی، مناطق بد توزیع جریان، معابر با سرعت کم و سطوح نزدیک به کانال‌های هوای سرد هستند. عملکرد کم بار، شرایط زمستانی، جریان بیش از حد در سمت سرد، راه اندازی و خاموش شدن می تواند دمای دیوار را بیشتر کاهش دهد. بنابراین، ارزیابی باید بر روی حداقل دمای دیواره صفحه در هر دو شرایط عادی و گذرا متمرکز شود.

الگوهای آسیب متداول

نشانه های معمولی از خوردگی نقطه شبنم گازهای دودکش شامل سوراخ شدن، نازک شدن دیواره، سوراخ شدن صفحه، رسوبات اسیدی، نشت و افزایش افت فشار ناشی از محصولات خوردگی یا رسوب است. سوراخ شدن موضعی مخصوصاً برای صفحات نازک انتقال حرارت خطرناک است زیرا می تواند سریعتر از خوردگی یکنواخت به دیوار نفوذ کند.

در مبدل های حرارتی پلاتولی، درزهای جوش، لبه های صفحه، مناطق سرد، نقاط زهکشی و مناطق پوشیده از رسوب نیاز به بازرسی ویژه دارند. میعانات اسیدی ممکن است در شکاف ها یا زیر رسوبات به دام افتاده و باعث تماس طولانی اسید و فلز و خوردگی شدید زیر رسوبی یا شکافی شود.

چرا مبدل های حرارتی پلاتولی نیاز به توجه ویژه دارند

ساختار صفحه جوش داده شده فشرده

یک مبدل حرارتی Platular از صفحات فلزی جوش داده شده برای تشکیل کانال‌های گاز استفاده می‌کند که انتقال گرمای گاز به گاز را از طریق دیواره‌های صفحه نازک امکان‌پذیر می‌سازد. این ساختار فشرده راندمان بازیابی گرما را بهبود می بخشد و اندازه تجهیزات را کاهش می دهد و آن را برای بازیابی حرارت زباله های صنعتی مناسب می کند. با این حال، خنک کننده قوی در سمت سرد ممکن است دمای دیوار محلی را زیر نقطه شبنم اسیدی کاهش دهد، بنابراین راندمان باید با محافظت در برابر خوردگی متعادل شود.

ساختار جوش داده شده و حساسیت به خوردگی

مبدل های حرارتی صفحه گاز پراندتل از ساختار تمام جوش داده شده و آزمایش فشار برای اطمینان از آب بندی طولانی مدت بین جریان های گاز استفاده می کنند. در شرایط نقطه شبنم اسیدی، کیفیت جوش و سازگاری مواد بسیار مهم است زیرا ممکن است انگشتان جوش، نواحی متاثر از حرارت، گوشه ها و لبه های صفحه ابتدا دچار خوردگی شوند. طراحی باید مواد پایه، مواد مصرفی جوشکاری، روش های جوشکاری، وضعیت سطح، روش های بازرسی، توزیع دما و زهکشی میعانات را در نظر بگیرد.

انبساط حرارتی و قابلیت اطمینان سازه

تجهیزات بازیابی حرارت گاز در دمای بالا باید در برابر انبساط حرارتی، تنش حرارتی و تغییرات بار مکرر مقاومت کنند. طراحی مبدل حرارتی صفحه گاز پراندتل قابلیت اطمینان ساختاری را تحت سرویس در دمای بالا برای کاهش تغییر شکل، خستگی جوش و خطرات نشتی در نظر می‌گیرد. در کاربردهای خوردگی نقطه شبنم، مواد مقاوم در برابر خوردگی، انعطاف‌پذیری ساختاری، پشتیبانی مناسب و عملیات کنترل‌شده مورد نیاز است زیرا خوردگی و تنش ممکن است با هم آسیب را تسریع کنند.

رسوب گیری و خوردگی زیر رسوبی

گرد و غبار، خاکستر، دوده، پودر کاتالیزور، نمک ها و ذرات چسبنده می توانند روی سطوح انتقال حرارت تجمع کرده و میعانات اسیدی را جذب کنند. این رسوبات ممکن است فلز را مرطوب نگه دارند و حتی پس از بالا رفتن دمای گاز از نقطه شبنم، یک محیط ریز خورنده ایجاد کنند. بنابراین، فاصله صفحات، سرعت گاز، افت فشار، دسترسی تمیز کردن، و ویژگی‌های رسوب باید با توجه به بارگذاری گرد و غبار، خواص ذرات، خطر خوردگی و شرایط نگهداری بهینه شوند.

 

مناطق خطر در مبدل های حرارتی پلاتولی

 

عوامل اصلی موثر بر خوردگی نقطه شبنم گازهای دودکش

ترکیب گاز دودکش

شدت خوردگی نقطه شبنم گازهای دودکش به SO2، SO3، HCl، HF، بخار آب، اکسیژن، NO2، گرد و غبار، نمک های قلیایی و سایر اجزای فرآیند بستگی دارد. SO3 عمدتاً بر نقطه شبنم اسید سولفوریک تأثیر می گذارد، در حالی که نمک های HCl و کلرید خطرات خوردگی حفره و شکاف را افزایش می دهند، به ویژه در فولادهای ضد زنگ. بنابراین، انتخاب مواد باید بر اساس ترکیب گاز اندازه گیری شده یا به طور قابل اعتماد تخمین زده شود.

دمای سطح فلز

خوردگی نقطه شبنم گاز دودکش زمانی شروع می شود که دمای سطح فلز به زیر نقطه شبنم اسیدی می رسد و میعانات اسیدی تشکیل می شود. یک طراحی ایمن باید حداقل دمای دیوار را، به ویژه در صفحات سرد مبدل های حرارتی Platular ارزیابی کند، نه اینکه فقط دمای ورودی و خروجی گاز را بررسی کند. بار کم، جریان بالا در سمت سرد، عملیات زمستانی، راه‌اندازی و خاموش شدن ممکن است نیاز به حاشیه دما، دور زدن، بازیابی مرحله‌ای، کنترل جریان، یا پیش گرم کردن داشته باشد.

جریان و رسوبات گاز

جریان گاز بر انتقال حرارت، افت فشار، رسوب گیری، فرسایش و خوردگی تأثیر می گذارد. سرعت کم ممکن است باعث نشست گرد و غبار و احتباس اسید شود، در حالی که سرعت بیش از حد ممکن است فرسایش و قدرت فن را افزایش دهد. توزیع جریان، طراحی سربرگ، صفحات راهنما، و پیکربندی ورودی/خروجی باید بهینه شود تا از مناطق بیش از حد خنک و مناطق کم جریان مستعد رسوب جلوگیری شود.

شرایط نظافت و نگهداری

شرایط نگهداری مستقیماً بر کنترل خوردگی تأثیر می گذارد زیرا رسوبات اسیدی می توانند باعث شکست زودرس حتی در آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی شوند. درهای بازرسی، پورت‌های تمیز کردن، نقاط زهکشی، روش‌های حذف دوده و ترتیبات مجرای قابل دسترس باید در مرحله چیدمان در نظر گرفته شوند. اگر زمان خاموشی کوتاه باشد یا دسترسی محدود باشد، طراحی باید بر پیشگیری از رسوب، تمیز کردن آسان‌تر و انتخاب مواد محافظه‌کارانه‌تر تاکید کند.

جدول مقایسه مواد

 

طراحی استراتژی برای کاهش خطر خوردگی

سطوح بحرانی را بالاتر از نقطه شبنم اسیدی نگه دارید

موثرترین راه برای کاهش خوردگی، نگه داشتن سطوح حساس فلزی بالاتر از نقطه شبنم اسیدی است. نقطه شبنم اسید و حداقل دمای دیواره صفحه باید در طول طراحی حرارتی با هم ارزیابی شوند، زیرا میعانات اسیدی پیوسته همچنان می تواند به آلیاژهای درجه بالا آسیب برساند. اگر دمای خروجی خیلی پایین باشد، ممکن است به کنترل بای پس، بازیابی مرحله‌ای، تنظیم جریان سمت سرد، چرخش مجدد یا کنترل حداقل دما نیاز باشد.

فاصله صفحات و سرعت گاز را بهینه کنید

فاصله صفحات بر انتقال حرارت، افت فشار، رسوب گیری و تمیز کردن تأثیر می گذارد. کانال های باریک انتقال حرارت و فشردگی را بهبود می بخشد اما ممکن است خطر انسداد را افزایش دهد، در حالی که کانال های عریض تر تحمل رسوب را بهبود می بخشند اما به منطقه انتقال حرارت بیشتری نیاز دارند. مبدل های حرارتی صفحه گاز پراندتل را می توان برای متعادل کردن راندمان بازیابی حرارت، کنترل رسوب، افت فشار و محافظت در برابر خوردگی سفارشی کرد.

بهبود توزیع جریان

توزیع خوب جریان به حفظ دمای یکنواخت و کاهش خطر خوردگی کمک می کند. توزیع نابرابر گاز ممکن است کانال های بیش از حد خنک یا مناطق رسوب با سرعت پایین ایجاد کند که در آن میعانات و رسوبات تجمع می یابد. ترتیبات جریان مانند نوع U، نوع W، نوع S، نوع I، نوع L یا ساختارهای سفارشی را می توان با توجه به چیدمان کانال و نیازهای فرآیند انتخاب کرد.

دسترسی تمیز کردن، زهکشی و بازرسی را فراهم کنید

میعانات و رسوبات اسیدی نباید برای مدت طولانی در داخل مبدل باقی بمانند. نقاط زهکشی، دهانه های بازرسی، مقاطع مجرای قابل جابجایی و روش های مناسب تمیز کردن باید در مرحله چیدمان در نظر گرفته شوند. برای گازهای گرد و غبار یا خورنده، ساختار و مواد مبدل باید با روش تمیز کردن برنامه ریزی شده، مانند تمیز کردن دستی، دمیدن دوده، ضربان هوا، یا شستشوی آب مطابقت داشته باشد.

شرایط راه اندازی و خاموش شدن را کنترل کنید

راه اندازی و خاموش شدن اغلب خورنده ترین دوره ها هستند زیرا سطوح سرد فلزی یا خنک کننده می توانند تراکم اسید را افزایش دهند. رویه های عملیاتی باید شامل گرمایش کنترل شده، عملیات خشک کردن، زهکشی میعانات، و اجتناب از دوره های طولانی راکد مرطوب باشد. در برخی از سیستم ها، گاز دودکش خورنده باید دور زده شود تا مبدل به دمای ایمن برسد.

 

نتیجه گیری

خوردگی نقطه شبنم گاز دودکش یک خطر عمده در بازیابی حرارت گاز دودکش در دمای پایین است. میعانات اسیدی می تواند به صفحات انتقال حرارت، جوش ها، مجاری، مناطق زهکشی و سطوح سرد حمله کند، به ویژه زمانی که SO3، HCl، HF، رطوبت، گرد و غبار و رسوبات وجود داشته باشد.

برای مبدل های حرارتی Platular، انتخاب مواد قابل اطمینان نیاز به ارزیابی نقطه شبنم اسید، کنترل حداقل دمای دیوار، بهینه سازی توزیع جریان، مدیریت رسوب، بررسی افت فشار، دسترسی تمیز کردن، طراحی زهکشی و کنترل روش عملیاتی دارد.

فولاد کربنی، 304، 316L، فولاد ضد زنگ دوبلکس، فولاد ضد زنگ با آلیاژ بالا، آلیاژهای مبتنی بر نیکل و پوشش‌های محافظ هر کدام محدودیت‌هایی برای کاربرد دارند. انتخاب صحیح به ترکیب واقعی گاز دودکش، شدت میعانات، دمای عملیاتی، شرایط نگهداری و هزینه چرخه عمر بستگی دارد. نانجینگ پراندتل Heat Exchange Equipment Co., Ltd. می‌تواند راه‌حل‌های مبدل حرارتی صفحه گاز سفارشی را بر اساس داده‌های فرآیند واقعی برای عملکرد ایمن، کارآمد و طولانی‌مدت ارائه دهد.

 

سوالات متداول

چه چیزی باعث خوردگی نقطه شبنم گازهای دودکش می شود؟

خوردگی نقطه شبنم گاز دودکش ناشی از متراکم شدن بخارات اسیدی بر روی سطوح فلزی زمانی است که دمای سطح به زیر نقطه شبنم اسیدی می‌رسد. میعانات متداول شامل اسید سولفوریک از SO3 و بخار آب و اسید هیدروکلریک از گاز حاوی کلرید است.

کدام ماده برای خوردگی نقطه شبنم گاز دودکش بهتر است؟

بهترین ماده جهانی وجود ندارد. 316L ممکن است برای خدمات متوسط ​​مناسب باشد، فولاد ضد زنگ دوبلکس یا با آلیاژ بالا ممکن است برای قرار گرفتن در معرض کلرید قوی تر یا قرار گرفتن در معرض اسید مخلوط مناسب باشد و آلیاژهای مبتنی بر نیکل ممکن است برای شرایط میعانات شدید مورد نیاز باشد.

آیا فولاد ضد زنگ می تواند به طور کامل از خوردگی نقطه شبنم جلوگیری کند؟

خیر. فولاد ضد زنگ می تواند خطر خوردگی را کاهش دهد، اما کلریدها، میعانات با pH پایین، اسید سولفوریک، شکاف ها، رسوبات و دمای پایین دیواره همچنان می توانند باعث ایجاد حفره یا خوردگی شکافی شوند.