Kastepistekorroosio savukaasujen lämmön talteenotossa: materiaalin valinta platulaarisiin lämmönvaihtimiin

Savukaasujen lämmön talteenotto parantaa teollisuuden energiatehokkuutta alentamalla polttoaineen käyttöä ja pakokaasujen lämpötilaa, mutta käyttö matalassa lämpötilassa lisää riskiä savukaasujen kastepistekorroosio , erityisesti kaasuissa, jotka sisältävät rikkiä, klorideja, kosteutta, pölyä, biomassan pakokaasuja, jätekaasuja tai kemiallisia prosessipäästöjä. Platular-lämmönvaihtimien tai hitsattujen kaasulevylämmönvaihtimien kohdalla tämä riski on arvioitava ajoissa, koska kompaktit hitsatut levykanavat voivat luoda paikallisia kylmiä pintoja. Jos metalliseinän lämpötila laskee alle hapon kastepisteen, rikkihappoa, suolahappoa tai muita happamia kondensaatteja voi muodostua ja aiheuttaa nopeaa korroosiota.

Key Takeaway

●  Hapan kondensaatio alkaa happaman kastepisteen alapuolella.

●  Seinän minimilämpötila on tärkeämpi kuin keskimääräinen kaasun lämpötila.

●  SO₃, HCl, HF, kosteus, happi, pöly ja kerrostumat lisäävät korroosioriskiä.

●  Kylmäpään levyt, hitsit ja matalavirtausalueet ovat keskeisiä riskialueita.

●  Materiaalin valinnan tulee vastata kaasukemiaa ja lauhteen vakavuutta.

●  316L, duplex-teräs, runsasseosteinen teräs ja nikkeliseokset sopivat erilaisiin riskeihin.

●  Seinän lämpötilan hallinta on yhtä tärkeää kuin korroosionkestävä materiaali.

●  Levyjen etäisyys, virtauksen jakautuminen, tyhjennys ja puhdistusmahdollisuudet vaikuttavat käyttöikään.

●  Syövyttävän savukaasun talteenotto vaatii yleensä räätälöityä suunnittelua.

 

Mikä on savukaasujen kastepistekorroosio?

Kuinka hapan kastepiste muodostuu savukaasuihin

Savukaasujen kastepistekorroosiota syntyy, kun savukaasun hapan höyry tiivistyy metallipinnoille ja muodostaa syövyttävän nestekalvon. Rikkipitoisissa polttojärjestelmissä rikki muuttuu pääasiassa SO₂:ksi ja osa siitä voi hapettua SO3:ksi. Kun SO3 reagoi vesihöyryn kanssa, muodostuu rikkihappohöyryä ja se voi kondensoitua lämpötilassa, joka on paljon korkeampi kuin normaali veden kastepiste.

Kloridipitoisessa pakokaasussa kloorivetyhappoa voi esiintyä myös höyrynä tai kondensaattina. Kun HCl, HF, SO3 ja vesihöyry esiintyvät rinnakkain, kondensaatti voi muuttua erittäin happamaksi ja syövyttää hiiliterästä ja jopa joitakin ruostumattomia teräksiä. Siksi happokastepiste tulee arvioida todellisen savukaasukoostumuksen perusteella, ei pelkästään vesihöyrypitoisuuden perusteella.

Miksi keskimääräinen kaasun lämpötila ei ole riittävä

Lämmöntalteenottojärjestelmä voi näyttää turvalliselta, kun savukaasujen keskimääräinen ulostulolämpötila on happokastepisteen yläpuolella, mutta korroosiota säätelee todellinen metallipinnan lämpötila. Kompakteissa hitsatuissa levynvaihtimissa levyn seinämän lämpötila voi olla alhaisempi kuin bulkkikaasun lämpötila, erityisesti lähellä kylmää päätä tai kylmäpuolen kaasun voimakkaasti jäähdyttämiä alueita.

Haavoittuvia alueita ovat kylmäpään levyt, tulokulmat, virtauksen epäjakaumavyöhykkeet, hitaita kulkuväyliä ja pinnat lähellä kylmän ilmakanavia. Pieni kuormitus, talviolosuhteet, liiallinen kylmäpuolen virtaus, käynnistys ja sammutus voivat edelleen alentaa seinän lämpötilaa. Siksi arvioinnin tulisi keskittyä levyn seinämän vähimmäislämpötilaan sekä normaaleissa että ohimeneväissä olosuhteissa.

Yleisiä vauriokuvioita

Tyypillisiä merkkejä Savukaasujen kastepistekorroosiota ovat pistekorroosio, seinämien oheneminen, levyn rei'itys, happamat kerrostumat, vuodot ja korroosiotuotteiden tai likaantumisen aiheuttama lisääntynyt painehäviö. Paikallinen pistesyöpyminen on erityisen vaarallista ohuille lämmönsiirtolevyille, koska se voi tunkeutua seinään nopeammin kuin tasainen korroosio.

Platular-lämmönvaihtimissa hitsaussaumat, levyjen reunat, kylmäpäät, tyhjennyskohdat ja saostumat alueet vaativat erityistarkastusta. Hapan kondensaatti voi tarttua rakoihin tai kerrostumien alle, mikä aiheuttaa pitkän happo-metallikosketuksen ja vakavan alikerrostuman tai rakokorroosion.

Miksi Platular-lämmönvaihtimet tarvitsevat erityistä huomiota

Kompakti hitsattu levyrakenne

Platular-lämmönvaihtimessa käytetään hitsattuja metallilevyjä kaasukanavien muodostamiseen, mikä mahdollistaa tehokkaan kaasun ja kaasun välisen lämmönsiirron ohuiden levyseinien läpi. Tämä kompakti rakenne parantaa lämmön talteenoton tehokkuutta ja pienentää laitekokoa, mikä tekee siitä sopivan teollisuuden hukkalämmön talteenottoon. Voimakas kylmäpuolen jäähdytys voi kuitenkin laskea paikallisen seinämän lämpötilan happokastepisteen alapuolelle, joten tehokkuus on tasapainotettava korroosiosuojalla.

Hitsattu rakenne ja korroosioherkkyys

Prandtl-kaasulevylämmönvaihtimissa on täysin hitsattu rakenne ja painetestaus varmistaakseen kaasuvirtojen välisen pitkäaikaisen tiiviyden. Happamissa kastepisteolosuhteissa hitsin laatu ja materiaalien yhteensopivuus ovat kriittisiä, koska hitsin varpaat, kuumuuden aiheuttamat vyöhykkeet, kulmat ja levyn reunat voivat ruostua ensin. Suunnittelussa tulee ottaa huomioon perusmateriaali, hitsausaineet, hitsausmenetelmät, pinnan kunto, tarkastusmenetelmät, lämpötilan jakautuminen ja kondenssiveden poisto.

Lämpölaajeneminen ja rakenteellinen luotettavuus

Korkean lämpötilan kaasulämmön talteenottolaitteiden on kestettävä lämpölaajeneminen, lämpörasitus ja toistuvia kuormituksen muutoksia. Prandtlin kaasulevylämmönvaihtimen suunnittelussa huomioidaan rakenteellinen luotettavuus korkeissa lämpötiloissa muodonmuutosten, hitsin väsymisen ja vuotoriskien vähentämiseksi. Kastepistekorroosiosovelluksia varten tarvitaan korroosionkestäviä materiaaleja, rakenteellista joustavuutta, asianmukaista tukea ja hallittua toimintaa, koska korroosio ja jännitys voivat yhdessä kiihdyttää vaurioita.

Likaantuminen ja kerrostuksen alikorroosio

Pöly, tuhka, noki, katalyyttijauhe, suolat ja tahmeat hiukkaset voivat kerääntyä lämmönsiirtopinnoille ja imeä hapanta kondensaattia. Nämä kerrostumat voivat pitää metallin märkänä ja luoda syövyttävän mikroympäristön jopa kaasun lämpötilan noustessa kastepisteen yläpuolelle. Siksi levyjen etäisyys, kaasun nopeus, painehäviö, puhdistuspääsy ja likaantumisominaisuudet tulee optimoida pölykuormituksen, hiukkasten ominaisuuksien, korroosioriskin ja huolto-olosuhteiden mukaan.

 

Platulaaristen lämmönvaihtimien riskialueet

 

Päätekijät, jotka vaikuttavat savukaasujen kastepistekorroosioon

Savukaasun koostumus

Savukaasujen kastepistekorroosion vakavuus riippuu SO₂:sta, SO3:sta, HCl:sta, HF:stä, vesihöyrystä, hapesta, NOₓ:stä, pölystä, alkalisuoloista ja muista prosessikomponenteista. SO₃ vaikuttaa pääasiassa rikkihapon kastepisteeseen, kun taas HCl ja kloridisuolat lisäävät piste- ja rakokorroosioriskiä erityisesti ruostumattomissa teräksissä. Siksi materiaalin valinnan tulee perustua mitattuun tai luotettavasti arvioituun kaasukoostumukseen.

Metallin pinnan lämpötila

Savukaasujen kastepistekorroosio alkaa, kun metallipinnan lämpötila laskee alle happaman kastepisteen ja muodostuu hapanta kondensaattia. Turvallisen suunnittelun tulisi arvioida seinän vähimmäislämpötila, erityisesti Platular-lämmönvaihtimien kylmäpään levyissä, sen sijaan, että tarkastettaisiin vain kaasun tulo- ja ulostulolämpötilat. Pieni kuormitus, suuri kylmäpuolen virtaus, talvikäyttö, käynnistys ja sammutus voivat vaatia lämpötilamarginaalin, ohituksen, vaiheittaisen palautuksen, virtauksen säädön tai esilämmityksen.

Kaasun virtaus ja talletukset

Kaasuvirtaus vaikuttaa lämmönsiirtoon, painehäviöön, likaantumiseen, eroosioon ja korroosioon. Pieni nopeus voi aiheuttaa pölyn kertymistä ja hapon kertymistä, kun taas liiallinen nopeus voi lisätä eroosiota ja puhaltimen tehoa. Virtauksen jakautuminen, kokoojan rakenne, ohjauslevyt ja tulo-/poistoaukon kokoonpano tulee optimoida, jotta vältetään ylijäähtyneet vyöhykkeet ja kerrostumille alttiit matalavirtausalueet.

Puhdistus- ja huoltoehdot

Huoltoolosuhteet vaikuttavat suoraan korroosion hallintaan, koska happamat kerrostumat voivat aiheuttaa ennenaikaisen vian jopa korroosionkestävillä seoksilla. Tarkastusovet, puhdistusaukot, tyhjennyspisteet, noenpoistomenetelmät ja helposti saatavilla olevat kanavajärjestelyt tulee ottaa huomioon suunnitteluvaiheessa. Jos sammutusaika on lyhyt tai pääsy on rajoitettua, suunnittelussa tulee korostaa likaantumisen estoa, helpompaa puhdistusta ja konservatiivisempaa materiaalivalintaa.

Materiaalien vertailutaulukko

 

Suunnittele strategioita korroosioriskin vähentämiseksi

Pidä kriittiset pinnat happaman kastepisteen yläpuolella

Tehokkain tapa vähentää korroosiota on pitää kriittiset metallipinnat happaman kastepisteen yläpuolella. Hapan kastepiste ja levyn seinämän minimilämpötila tulisi arvioida yhdessä lämpösuunnittelun aikana, koska jatkuva hapan kondensaatti voi silti vahingoittaa korkealaatuisia metalliseoksia. Jos ulostulolämpötila on liian alhainen, voidaan tarvita ohitussäätöä, vaiheittaista talteenottoa, säädettyä kylmäpuolen virtausta, kierrätystä tai minimilämpötilan säätöä.

Optimoi levyväli ja kaasun nopeus

Levyjen etäisyys vaikuttaa lämmönsiirtoon, painehäviöön, likaantumiseen ja puhdistukseen. Kapeat kanavat parantavat lämmönsiirtoa ja tiiviyttä, mutta voivat lisätä tukosriskiä, ​​kun taas leveämmät kanavat parantavat likaantumissietokykyä, mutta vaativat enemmän lämmönsiirtoaluetta. Prandtl-kaasulevylämmönvaihtimet voidaan räätälöidä tasapainottamaan lämmön talteenoton tehokkuutta, likaantumisen hallintaa, painehäviötä ja korroosiosuojaa.

Paranna virtauksen jakautumista

Hyvä virtauksen jakautuminen auttaa ylläpitämään tasaista lämpötilaa ja vähentämään korroosioriskiä. Epätasainen kaasun jakautuminen voi luoda ylijäähtyneitä kanavia tai hitaita likaantumisvyöhykkeitä, joihin kerääntyy kondenssivettä ja kerrostumia. Virtausjärjestelyt kuten U-tyyppi, W-tyyppi, S-tyyppi, I-tyyppi, L-tyyppi tai räätälöidyt rakenteet voidaan valita kanavasijoittelun ja prosessitarpeiden mukaan.

Tarjoa siivous-, viemäröinti- ja tarkastuskäynti

Hapan kondensaatti ja kerrostumat eivät saa jäädä vaihtimeen pitkiä aikoja. Tyhjennyskohdat, tarkastusaukot, irrotettavat kanavaosat ja sopivat puhdistusmenetelmät tulee ottaa huomioon suunnitteluvaiheessa. Pölyiselle tai syövyttävälle kaasulle vaihtimen rakenteen ja materiaalin tulee vastata suunniteltua puhdistusmenetelmää, kuten manuaalinen puhdistus, nokipuhallus, ilmapulssi tai vesipesu.

Hallitse käynnistys- ja sammutusolosuhteita

Käynnistys ja sammutus ovat usein syövyttävimpiä aikoja, koska kylmä metalli tai jäähtyvät pinnat voivat edistää hapon tiivistymistä. Käyttötoimenpiteisiin tulee kuulua hallittu lämmitys, kuivaus, lauhteenpoisto ja pitkien märkien seisontajaksojen välttäminen. Joissakin järjestelmissä syövyttävät savukaasut tulee ohittaa, kunnes vaihdin saavuttaa turvallisen lämpötilan.

 

Johtopäätös

Savukaasujen kastepistekorroosio on suuri riski matalan lämpötilan savukaasujen lämmön talteenotossa. Hapan kondensaatti voi vaurioittaa lämmönsiirtolevyjä, hitsejä, kanavia, viemäröintialueita ja kylmäpään pintoja, varsinkin kun läsnä on SO₃, HCl, HF, kosteutta, pölyä ja kerrostumia.

Platular-lämmönvaihtimien luotettava materiaalivalinta edellyttää happaman kastepisteen arviointia, seinän minimilämpötilan säätöä, virtauksen jakautumisen optimointia, likaantumisen hallintaa, painehäviön tarkistusta, puhdistukseen pääsyä, tyhjennyssuunnittelua ja käyttömenettelyn valvontaa.

Hiiliteräksellä, 304:llä, 316L:llä, ruostumattomalla duplex-teräksellä, runsasseosteisella ruostumattomalla teräksellä, nikkelipohjaisilla seoksilla ja suojapinnoitteilla on käyttörajoitukset. Oikea valinta riippuu todellisesta savukaasukoostumuksesta, lauhteen vakavuudesta, käyttölämpötilasta, huoltoolosuhteista ja elinkaarikustannuksista. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. voi tarjota räätälöityjä kaasulevylämmönvaihdinratkaisuja, jotka perustuvat todellisiin prosessitietoihin turvallisen, tehokkaan ja pitkäaikaisen toiminnan takaamiseksi.

 

FAQ

Mikä aiheuttaa savukaasujen kastepistekorroosiota?

Savukaasujen kastepistekorroosiota aiheuttavat happamat höyryt, jotka tiivistyvät metallipinnoille, kun pintalämpötila laskee alle happaman kastepisteen. Tavallisia kondensaatteja ovat rikkihappo SO3:sta ja vesihöyrystä sekä suolahappo kloridia sisältävästä kaasusta.

Mikä materiaali sopii parhaiten savukaasujen kastepistekorroosioon?

Ei ole olemassa parasta universaalia materiaalia. 316L voi sopia kohtalaiseen käyttöön, duplex- tai runsasseosteinen ruostumaton teräs voi sopia vahvemmalle kloridi- tai sekahappoaltistukselle, ja nikkelipohjaisia ​​seoksia voidaan tarvita vaikeissa lauhdeolosuhteissa.

Voiko ruostumaton teräs estää täysin kastepistekorroosion?

Ei. Ruostumaton teräs voi vähentää korroosioriskiä, ​​mutta kloridit, matalan pH:n kondensaatti, rikkihappo, rakot, kerrostumat ja alhainen seinämän lämpötila voivat silti aiheuttaa piste- tai rakokorroosiota.