Korozija točke rosišta u povratu topline dimnih plinova: Izbor materijala za pločaste izmjenjivače topline

Povrat topline dimnih plinova poboljšava industrijsku energetsku učinkovitost smanjenjem potrošnje goriva i temperature ispušnih plinova, ali rad na niskim temperaturama povećava rizik od korozija točke rosišta dimnih plinova , posebno u plinovima koji sadrže sumpor, kloride, vlagu, prašinu, ispušne plinove biomase, otpadne plinove ili emisije kemijskih procesa. Za pločaste izmjenjivače topline ili zavarene plinske pločaste izmjenjivače topline, ovaj rizik treba rano procijeniti jer kompaktni zavareni pločasti kanali mogu stvoriti lokalne hladne površine. Ako temperatura metalne stijenke padne ispod točke kiselog rosišta, sumporna kiselina, klorovodična kiselina ili drugi kiseli kondenzati mogu nastati i uzrokovati brzu koroziju.

Ključ za van

●  Kondenzacija kiseline počinje ispod točke kiselog rosišta.

●  Minimalna temperatura stijenke važnija je od prosječne temperature plina.

●  SO₃, HCl, HF, vlaga, kisik, prašina i naslage povećavaju rizik od korozije.

●  Hladne ploče, zavareni spojevi i područja slabog protoka ključne su zone rizika.

●  Odabir materijala mora odgovarati kemiji plina i jačini kondenzata.

●  316L, dvostruki čelik, visokolegirani čelik i legure nikla odgovaraju različitim rizicima.

●  Kontrola zidne temperature jednako je važna kao i materijal otporan na koroziju.

●  Razmak ploča, raspodjela protoka, odvodnja i pristup čišćenju utječu na vijek trajanja.

●  Za regeneraciju korozivnog dimnog plina obično je potreban prilagođeni dizajn.

 

Što je korozija točke rosišta dimnih plinova?

Kako nastaje kiselo rosište u dimnom plinu

Korozija točke rosišta dimnih plinova događa se kada se kisele pare u dimnim plinovima kondenziraju na metalnim površinama i stvaraju korozivni tekući film. U sustavima sagorijevanja koji sadrže sumpor, sumpor se uglavnom pretvara u SO₂, a dio može oksidirati u SO₃. Kada SO₃ reagira s vodenom parom, stvara se para sumporne kiseline koja se može kondenzirati na temperaturi mnogo višoj od normalne točke rosišta vode.

U ispušnim plinovima koji sadrže kloride, klorovodična kiselina također može postojati kao para ili kondenzat. Kada HCl, HF, SO₃ i vodena para postoje zajedno, kondenzat može postati vrlo kisel i korozivan za ugljični čelik, pa čak i za neke nehrđajuće čelike. Stoga kiselo rosište treba procijeniti na temelju stvarnog sastava dimnih plinova, a ne samo sadržaja vodene pare.

Zašto prosječna temperatura plina nije dovoljna

Sustav povrata topline može se činiti sigurnim kada je prosječna izlazna temperatura dimnih plinova iznad točke kiselog rosišta, ali korozija je kontrolirana stvarnom temperaturom metalne površine. U kompaktnim zavarenim pločastim izmjenjivačima, temperatura stijenke ploče može biti niža od temperature rasutog plina, posebno blizu hladnog kraja ili područja snažno ohlađena plinom s hladne strane.

Osjetljiva područja uključuju ploče na hladnom kraju, ulazne kutove, zone nepravilne distribucije protoka, prolaze male brzine i površine blizu kanala hladnog zraka. Rad s niskim opterećenjem, zimski uvjeti, pretjerani protok na hladnoj strani, pokretanje i isključivanje mogu dodatno sniziti temperaturu zidova. Stoga bi se procjena trebala usredotočiti na minimalnu temperaturu stijenke ploče u normalnim i prijelaznim uvjetima.

Uobičajeni obrasci oštećenja

Tipični znakovi korozija točke rosišta dimnih plinova uključuje udubljenje, stanjivanje stijenke, perforaciju ploča, kisele naslage, curenje i povećan pad tlaka od proizvoda korozije ili obraštanja. Lokalizirani piting je posebno opasan za tanke ploče za prijenos topline jer može prodrijeti kroz stijenku brže od ravnomjerne korozije.

U pločastim izmjenjivačima topline, zavareni šavovi, rubovi ploča, zone hladnog kraja, drenažne točke i područja prekrivena naslagama trebaju posebnu inspekciju. Kiseli kondenzat može biti zarobljen u pukotinama ili ispod naslaga, uzrokujući dug kontakt kiseline i metala i jaku koroziju ispod taloga ili pukotine.

Zašto pločasti izmjenjivači topline trebaju posebnu pozornost

Kompaktna zavarena pločasta struktura

Platularni izmjenjivač topline koristi zavarene metalne ploče za formiranje plinskih kanala, omogućujući učinkovit prijenos topline plin-plin kroz tanke stijenke ploča. Ova kompaktna struktura poboljšava učinkovitost povrata topline i smanjuje veličinu opreme, čineći je prikladnom za povrat industrijske otpadne topline. Međutim, snažno hlađenje s hladne strane može sniziti lokalnu temperaturu zida ispod kiselinske točke rosišta, tako da se učinkovitost mora uravnotežiti sa zaštitom od korozije.

Zavarena konstrukcija i osjetljivost na koroziju

Prandtl plinski pločasti izmjenjivači topline koriste potpuno zavarenu konstrukciju i ispitivanje tlaka kako bi se osiguralo dugotrajno brtvljenje između struja plina. U uvjetima kiselog rosišta, kvaliteta zavara i kompatibilnost materijala su kritični jer vrhovi zavara, zone pod utjecajem topline, uglovi i rubovi ploče mogu prvi korodirati. Dizajn treba uzeti u obzir osnovni materijal, dodatke za zavarivanje, postupke zavarivanja, stanje površine, metode pregleda, raspodjelu temperature i odvod kondenzata.

Toplinsko širenje i strukturalna pouzdanost

Oprema za povrat topline visokotemperaturnog plina mora izdržati toplinsko širenje, toplinsko naprezanje i ponovljene promjene opterećenja. Prandtlov dizajn plinskog pločastog izmjenjivača topline uzima u obzir strukturnu pouzdanost pri radu na visokim temperaturama kako bi se smanjila deformacija, zamor zavara i rizici od curenja. U primjenama korozije točke rosišta potrebni su materijali otporni na koroziju, fleksibilnost konstrukcije, odgovarajuća podrška i kontrolirani rad jer korozija i stres mogu zajedno ubrzati oštećenje.

Obraštaj i korozija ispod naslaga

Prašina, pepeo, čađa, prah katalizatora, soli i ljepljive čestice mogu se nakupiti na površinama za prijenos topline i apsorbirati kiseli kondenzat. Ove naslage mogu držati metal vlažnim i stvoriti korozivno mikrookruženje čak i nakon što temperatura plina poraste iznad točke rosišta. Stoga bi se razmak između ploča, brzina plina, pad tlaka, pristup čišćenju i karakteristike onečišćenja trebali optimizirati prema opterećenju prašinom, svojstvima čestica, riziku od korozije i uvjetima održavanja.

 

Područja rizika u pločastim izmjenjivačima topline

 

Glavni čimbenici koji utječu na koroziju točke rosišta dimnih plinova

Sastav dimnih plinova

Ozbiljnost korozije točke rosišta dimnih plinova ovisi o SO₂, SO₃, HCl, HF, vodenoj pari, kisiku, NOₓ, prašini, alkalnim solima i drugim komponentama procesa. SO₃ uglavnom utječe na točku rosišta sumporne kiseline, dok HCl i kloridne soli povećavaju rizik od rupičaste i pukotinske korozije, posebno na nehrđajućem čeliku. Stoga bi se izbor materijala trebao temeljiti na izmjerenom ili pouzdano procijenjenom sastavu plina.

Temperatura metalne površine

Korozija točke rosišta dimnih plinova počinje kada temperatura metalne površine padne ispod točke kiselog rosišta i formira se kiseli kondenzat. Siguran dizajn trebao bi procijeniti minimalnu temperaturu stijenke, posebno na hladnim krajevima ploča Platular izmjenjivača topline, umjesto samo provjere ulazne i izlazne temperature plina. Malo opterećenje, veliki protok na hladnoj strani, zimski rad, pokretanje i gašenje mogu zahtijevati temperaturnu granicu, premosnicu, postupni oporavak, kontrolu protoka ili predgrijavanje.

Protok plina i naslage

Protok plina utječe na prijenos topline, pad tlaka, onečišćenje, eroziju i koroziju. Mala brzina može uzrokovati taloženje prašine i zadržavanje kiseline, dok pretjerana brzina može povećati eroziju i snagu ventilatora. Distribucija protoka, dizajn kolektora, vodeće ploče i konfiguracija ulaza/izlaza trebaju biti optimizirani kako bi se izbjegle prehlađene zone i područja s niskim protokom sklona naslagama.

Uvjeti čišćenja i održavanja

Uvjeti održavanja izravno utječu na kontrolu korozije jer kisele naslage mogu uzrokovati prijevremeni kvar čak i na legurama otpornim na koroziju. Inspekcijska vrata, otvori za čišćenje, drenažne točke, metode uklanjanja čađe i dostupni kanali trebaju se uzeti u obzir tijekom faze planiranja. Ako je vrijeme prekida rada kratko ili je pristup ograničen, dizajn treba naglasiti sprječavanje onečišćenja, lakše čišćenje i konzervativniji odabir materijala.

Tablica usporedbe materijala

 

Dizajnirajte strategije za smanjenje rizika od korozije

Održavajte kritične površine iznad točke kiselog rosišta

Najučinkovitiji način za smanjenje korozije je održavanje kritičnih metalnih površina iznad točke kiselog rosišta. Kiselo rosište i minimalna temperatura stijenke ploče trebaju se procijeniti zajedno tijekom toplinskog projektiranja, jer kontinuirani kiseli kondenzat još uvijek može oštetiti visokokvalitetne legure. Ako je izlazna temperatura preniska, može biti potrebna regulacija premosnice, postupno obnavljanje, prilagođeni protok na hladnoj strani, recirkulacija ili regulacija minimalne temperature.

Optimizirajte razmak ploča i brzinu plina

Razmak ploča utječe na prijenos topline, pad tlaka, onečišćenje i čišćenje. Uski kanali poboljšavaju prijenos topline i kompaktnost, ali mogu povećati rizik od začepljenja, dok širi kanali poboljšavaju otpornost na onečišćenje, ali zahtijevaju veću površinu za prijenos topline. Prandtl plinski pločasti izmjenjivači topline mogu se prilagoditi za uravnoteženje učinkovitosti povrata topline, kontrole onečišćenja, pada tlaka i zaštite od korozije.

Poboljšajte distribuciju protoka

Dobra raspodjela protoka pomaže u održavanju ravnomjerne temperature i smanjuje rizik od korozije. Neravnomjerna distribucija plina može stvoriti prehlađene kanale ili zone onečišćenja male brzine gdje se nakupljaju kondenzat i naslage. Rasporedi protoka kao što su U-tip, W-tip, S-tip, I-tip, L-tip ili prilagođene strukture mogu se odabrati prema rasporedu kanala i potrebama procesa.

Omogućite pristup za čišćenje, odvodnju i pregled

Kiseli kondenzat i naslage ne smiju dugo ostati unutar izmjenjivača. Odvodne točke, otvori za inspekciju, uklonjivi dijelovi kanala i prikladne metode čišćenja trebaju se razmotriti tijekom faze planiranja. Za prašnjavi ili korozivni plin, struktura i materijal izmjenjivača trebaju odgovarati planiranoj metodi čišćenja, kao što je ručno čišćenje, ispuhivanje čađe, pulsiranje zraka ili pranje vodom.

Kontrolirajte uvjete pokretanja i gašenja

Pokretanje i gašenje često su najkorozivnija razdoblja jer hladni metal ili površine za hlađenje mogu pospješiti kondenzaciju kiseline. Radni postupci trebaju uključivati ​​kontrolirano grijanje, isušivanje, odvodnju kondenzata i izbjegavanje dugih mokrih razdoblja stagnacije. U nekim sustavima, korozivni dimni plin treba premostiti dok izmjenjivač ne postigne sigurnu temperaturu.

 

Zaključak

Korozija točke rosišta dimnih plinova glavni je rizik u povratu topline dimnih plinova na niskim temperaturama. Kiseli kondenzat može napasti ploče za prijenos topline, zavare, kanale, drenažna područja i površine hladnog kraja, posebno kada su prisutni SO₃, HCl, HF, vlaga, prašina i naslage.

Za Platular izmjenjivače topline pouzdan odabir materijala zahtijeva procjenu kiselog rosišta, kontrolu minimalne temperature zida, optimizaciju distribucije protoka, upravljanje onečišćenjem, pregled pada tlaka, pristup čišćenju, dizajn drenaže i kontrolu radnog postupka.

Ugljični čelik, 304, 316L, dvostruki nehrđajući čelik, visokolegirani nehrđajući čelik, legure na bazi nikla i zaštitni premazi imaju ograničenja primjene. Ispravan izbor ovisi o stvarnom sastavu dimnih plinova, jačini kondenzata, radnoj temperaturi, uvjetima održavanja i troškovima životnog ciklusa. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. može pružiti prilagođena rješenja plinskih pločastih izmjenjivača topline na temelju stvarnih podataka o procesu za siguran, učinkovit i dugotrajan rad.

 

FAQ

Što uzrokuje koroziju točke rosišta dimnih plinova?

Korozija točke rosišta dimnih plinova uzrokovana je kiselim parama koje se kondenziraju na metalnim površinama kada površinska temperatura padne ispod kisele točke rosišta. Uobičajeni kondenzati uključuju sumpornu kiselinu iz SO₃ i vodene pare te klorovodičnu kiselinu iz plina koji sadrži klorid.

Koji je materijal najbolji za koroziju rosišta dimnih plinova?

Ne postoji univerzalni najbolji materijal. 316L može odgovarati umjerenoj upotrebi, dvostruki ili visokolegirani nehrđajući čelik može odgovarati jačem izlaganju kloridima ili miješanim kiselinama, a legure na bazi nikla mogu biti potrebne za teške uvjete kondenzacije.

Može li nehrđajući čelik u potpunosti spriječiti koroziju točke rosišta?

Ne. Nehrđajući čelik može smanjiti rizik od korozije, ali kloridi, kondenzat s niskim pH, sumporna kiselina, pukotine, naslage i niska temperatura stijenki još uvijek mogu uzrokovati rupičastu ili pukotinsku koroziju.