Corrosione del punto di rugiada nel recupero del calore dei fumi: selezione dei materiali per scambiatori di calore platolari

Il recupero del calore dei gas di combustione migliora l’efficienza energetica industriale riducendo il consumo di carburante e la temperatura di scarico, ma il funzionamento a bassa temperatura aumenta il rischio di Corrosione del punto di rugiada dei gas di scarico , in particolare nei gas contenenti zolfo, cloruri, umidità, polvere, scarichi di biomassa, gas di scarico o emissioni di processi chimici. Per gli scambiatori di calore platolari o gli scambiatori di calore a piastre a gas saldati, questo rischio deve essere valutato tempestivamente perché i canali compatti delle piastre saldate possono creare superfici fredde locali. Se la temperatura della parete metallica scende al di sotto del punto di rugiada acido, possono formarsi acido solforico, acido cloridrico o altri condensati acidi che causano una rapida corrosione.

Chiave da asporto

●  La condensazione acida inizia al di sotto del punto di rugiada acida.

●  La temperatura minima della parete è più importante della temperatura media del gas.

●  SO₃, HCl, HF, umidità, ossigeno, polvere e depositi aumentano il rischio di corrosione.

●  Le piastre fredde, le saldature e le aree a basso flusso sono zone a rischio chiave.

●  La selezione del materiale deve corrispondere alla chimica del gas e alla gravità della condensa.

●  L'acciaio 316L, l'acciaio duplex, l'acciaio altolegato e le leghe di nichel sono adatti a rischi diversi.

●  Il controllo della temperatura delle pareti è importante quanto il materiale resistente alla corrosione.

●  La spaziatura delle piastre, la distribuzione del flusso, il drenaggio e l'accesso per la pulizia influiscono sulla durata.

●  Per il recupero dei gas di scarico corrosivi è solitamente necessaria una progettazione personalizzata.

 

Che cos'è la corrosione del punto di rugiada dei gas di scarico?

Come si forma il punto di rugiada acido nei gas di combustione

La corrosione del punto di rugiada dei gas di scarico si verifica quando il vapore acido nei gas di scarico si condensa su superfici metalliche e forma una pellicola liquida corrosiva. Nei sistemi di combustione contenenti zolfo, lo zolfo viene principalmente convertito in SO₂ e una parte di esso può ossidarsi in SO₃. Quando SO₃ reagisce con il vapore acqueo, si formano vapori di acido solforico che possono condensare a una temperatura molto più alta del normale punto di rugiada dell'acqua.

Negli scarichi contenenti cloruri, l'acido cloridrico può esistere anche sotto forma di vapore o condensa. Quando HCl, HF, SO₃ e vapore acqueo coesistono, la condensa può diventare altamente acida e corrosiva per l'acciaio al carbonio e persino per alcuni acciai inossidabili. Pertanto, il punto di rugiada acido dovrebbe essere valutato in base alla composizione effettiva dei gas di combustione, non solo al contenuto di vapore acqueo.

Perché la temperatura media del gas non è sufficiente

Un sistema di recupero del calore può apparire sicuro quando la temperatura media di uscita dei fumi è superiore al punto di rugiada acida, ma la corrosione è controllata dall’effettiva temperatura della superficie metallica. Negli scambiatori a piastre saldate compatti, la temperatura delle pareti delle piastre può essere inferiore alla temperatura del gas sfuso, soprattutto in prossimità dell'estremità fredda o in aree fortemente raffreddate dal gas del lato freddo.

Le aree vulnerabili includono piastre dell'estremità fredda, angoli di ingresso, zone di maldistribuzione del flusso, passaggi a bassa velocità e superfici vicine ai canali dell'aria fredda. Il funzionamento a basso carico, le condizioni invernali, il flusso eccessivo dal lato freddo, l'avvio e lo spegnimento possono abbassare ulteriormente la temperatura della parete. Pertanto, la valutazione dovrebbe concentrarsi sulla temperatura minima della parete della piastra sia in condizioni normali che transitorie.

Modelli di danno comuni

Segni tipici di La corrosione del punto di rugiada dei fumi comprende vaiolatura, assottigliamento delle pareti, perforazione delle piastre, depositi acidi, perdite e aumento della caduta di pressione dovuta a prodotti della corrosione o incrostazioni. La vaiolatura localizzata è particolarmente pericolosa per le piastre di trasferimento del calore sottili perché può penetrare nella parete più velocemente della corrosione uniforme.

Negli scambiatori di calore Platular, i cordoni di saldatura, i bordi delle piastre, le zone fredde, i punti di drenaggio e le aree coperte da depositi necessitano di un'ispezione speciale. La condensa acida può rimanere intrappolata nelle fessure o sotto i depositi, provocando un lungo contatto acido-metallo e una grave corrosione dei sottodepositi o delle fessure.

Perché gli scambiatori di calore platolari necessitano di un'attenzione speciale

Struttura compatta in lamiera saldata

Uno scambiatore di calore Platular utilizza piastre metalliche saldate per formare canali del gas, consentendo un efficiente trasferimento di calore da gas a gas attraverso pareti sottili della piastra. Questa struttura compatta migliora l'efficienza del recupero del calore e riduce le dimensioni dell'apparecchiatura, rendendola adatta al recupero del calore di scarto industriale. Tuttavia, un forte raffreddamento del lato freddo può abbassare la temperatura della parete locale al di sotto del punto di rugiada acido, quindi l’efficienza deve essere bilanciata con la protezione dalla corrosione.

Costruzione saldata e sensibilità alla corrosione

Gli scambiatori di calore a piastre a gas Prandtl utilizzano una struttura interamente saldata e test di pressione per garantire la tenuta a lungo termine tra i flussi di gas. In condizioni di punto di rugiada acido, la qualità della saldatura e la compatibilità dei materiali sono fondamentali perché le estremità della saldatura, le zone interessate dal calore, gli angoli e i bordi della piastra possono corrodersi per primi. La progettazione dovrebbe considerare il materiale di base, i materiali di consumo per la saldatura, le procedure di saldatura, le condizioni della superficie, i metodi di ispezione, la distribuzione della temperatura e il drenaggio della condensa.

Dilatazione termica e affidabilità strutturale

Le apparecchiature per il recupero del calore del gas ad alta temperatura devono resistere all'espansione termica, allo stress termico e ai ripetuti cambiamenti di carico. Il design dello scambiatore di calore a piastre a gas di Prandtl tiene conto dell'affidabilità strutturale in condizioni di servizio ad alta temperatura per ridurre la deformazione, l'affaticamento della saldatura e i rischi di perdite. Nelle applicazioni con corrosione del punto di rugiada, sono necessari materiali resistenti alla corrosione, flessibilità strutturale, supporto adeguato e funzionamento controllato poiché la corrosione e lo stress possono accelerare insieme il danno.

Corrosione da incrostazioni e sottodepositi

Polvere, cenere, fuliggine, polvere del catalizzatore, sali e particelle appiccicose possono accumularsi sulle superfici di trasferimento del calore e assorbire la condensa acida. Questi depositi possono mantenere il metallo umido e creare un microambiente corrosivo anche dopo che la temperatura del gas supera il punto di rugiada. Pertanto, la spaziatura delle piastre, la velocità del gas, la caduta di pressione, l'accesso per la pulizia e le caratteristiche di incrostazione dovrebbero essere ottimizzati in base al carico di polvere, alle proprietà delle particelle, al rischio di corrosione e alle condizioni di manutenzione.

 

Aree di rischio negli scambiatori di calore platolari

 

Principali fattori che influenzano la corrosione del punto di rugiada dei gas di combustione

Composizione dei gas di combustione

La gravità della corrosione del punto di rugiada dei gas di scarico dipende da SO₂, SO₃, HCl, HF, vapore acqueo, ossigeno, NOₓ, polvere, sali alcalini e altri componenti del processo. L'SO₃ influisce principalmente sul punto di rugiada dell'acido solforico, mentre l'HCl e i sali di cloruro aumentano i rischi di vaiolatura e corrosione interstiziale, soprattutto sugli acciai inossidabili. Pertanto, la selezione del materiale dovrebbe basarsi sulla composizione del gas misurata o stimata in modo affidabile.

Temperatura della superficie metallica

La corrosione del punto di rugiada dei fumi inizia quando la temperatura della superficie metallica scende al di sotto del punto di rugiada acido e si forma condensa acida. Una progettazione sicura dovrebbe valutare la temperatura minima della parete, soprattutto in corrispondenza delle piastre dell'estremità fredda degli scambiatori di calore Platular, piuttosto che controllare solo le temperature di ingresso e uscita del gas. Carico basso, flusso elevato dal lato freddo, funzionamento invernale, avvio e arresto possono richiedere un margine di temperatura, bypass, recupero graduale, controllo del flusso o preriscaldamento.

Flusso di gas e depositi

Il flusso di gas influisce sul trasferimento di calore, sulla caduta di pressione, sull'incrostazione, sull'erosione e sulla corrosione. Una velocità bassa può causare deposito di polvere e ritenzione di acido, mentre una velocità eccessiva può aumentare l'erosione e la potenza della ventola. La distribuzione del flusso, il design del collettore, le piastre guida e la configurazione di ingresso/uscita devono essere ottimizzati per evitare zone sovraraffreddate e aree a basso flusso soggette a depositi.

Condizioni di pulizia e manutenzione

Le condizioni di manutenzione influenzano direttamente il controllo della corrosione perché i depositi acidi possono causare guasti prematuri anche su leghe resistenti alla corrosione. Durante la fase di progettazione è necessario prendere in considerazione le porte di ispezione, gli sportelli per la pulizia, i punti di drenaggio, i metodi di rimozione della fuliggine e la disposizione dei condotti accessibili. Se il tempo di arresto è breve o l'accesso è limitato, il progetto dovrebbe enfatizzare la prevenzione delle incrostazioni, una pulizia più semplice e una selezione dei materiali più conservativa.

Tabella comparativa dei materiali

 

Strategie di progettazione per ridurre il rischio di corrosione

Mantenere le superfici critiche al di sopra del punto di rugiada acido

Il modo più efficace per ridurre la corrosione è mantenere le superfici metalliche critiche al di sopra del punto di rugiada acido. Il punto di rugiada acido e la temperatura minima della parete della piastra dovrebbero essere valutati insieme durante la progettazione termica, poiché la condensa acida continua può comunque danneggiare le leghe di alta qualità. Se la temperatura di uscita è troppo bassa, potrebbe essere necessario il controllo del bypass, il recupero a fasi, la regolazione del flusso del lato freddo, il ricircolo o il controllo della temperatura minima.

Ottimizza la spaziatura delle piastre e la velocità del gas

La spaziatura delle piastre influisce sul trasferimento di calore, sulla caduta di pressione, sulle incrostazioni e sulla pulizia. I canali stretti migliorano il trasferimento di calore e la compattezza, ma possono aumentare il rischio di bloccaggio, mentre i canali più ampi migliorano la tolleranza alle incrostazioni ma richiedono una maggiore area di trasferimento del calore. Gli scambiatori di calore a piastre a gas Prandtl possono essere personalizzati per bilanciare l'efficienza del recupero di calore, il controllo delle incrostazioni, la caduta di pressione e la protezione dalla corrosione.

Migliorare la distribuzione del flusso

Una buona distribuzione del flusso aiuta a mantenere la temperatura uniforme e a ridurre il rischio di corrosione. Una distribuzione non uniforme del gas può creare canali eccessivamente raffreddati o zone di incrostazione a bassa velocità in cui si accumulano condensa e depositi. È possibile selezionare disposizioni di flusso come tipo U, tipo W, tipo S, tipo I, tipo L o strutture personalizzate in base alla disposizione del condotto e alle esigenze del processo.

Fornire accesso per pulizia, drenaggio e ispezione

La condensa acida ed i depositi non devono rimanere all'interno dello scambiatore per lunghi periodi. Durante la fase di progettazione devono essere presi in considerazione punti di drenaggio, aperture di ispezione, sezioni di condotti rimovibili e metodi di pulizia adeguati. Per gas polverosi o corrosivi, la struttura e il materiale dello scambiatore devono corrispondere al metodo di pulizia pianificato, come pulizia manuale, soffiaggio di fuliggine, pulsazione dell'aria o lavaggio con acqua.

Controllare le condizioni di avvio e arresto

L'avvio e lo spegnimento sono spesso i periodi più corrosivi perché il metallo freddo o le superfici di raffreddamento possono favorire la formazione di condensa acida. Le procedure operative dovrebbero includere il riscaldamento controllato, il funzionamento a secco, il drenaggio della condensa e l'evitare lunghi periodi di stagnazione dell'umidità. In alcuni sistemi, i gas di combustione corrosivi dovrebbero essere bypassati finché lo scambiatore non raggiunge una temperatura sicura.

 

Conclusione

La corrosione del punto di rugiada dei fumi rappresenta un rischio importante nel recupero del calore dei fumi a bassa temperatura. La condensa acida può attaccare piastre di trasferimento del calore, saldature, condotti, aree di drenaggio e superfici fredde, soprattutto quando sono presenti SO₃, HCl, HF, umidità, polvere e depositi.

Per gli scambiatori di calore Platular, la selezione affidabile dei materiali richiede la valutazione del punto di rugiada acido, il controllo della temperatura minima delle pareti, l'ottimizzazione della distribuzione del flusso, la gestione delle incrostazioni, la revisione della caduta di pressione, l'accesso per la pulizia, la progettazione del drenaggio e il controllo delle procedure operative.

Acciaio al carbonio, 304, 316L, acciaio inossidabile duplex, acciaio inossidabile altolegato, leghe a base di nichel e rivestimenti protettivi hanno ciascuno limiti di applicazione. La scelta corretta dipende dalla composizione reale dei fumi, dalla gravità della condensa, dalla temperatura operativa, dalle condizioni di manutenzione e dal costo del ciclo di vita. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. è in grado di fornire soluzioni personalizzate di scambiatori di calore a piastre a gas basate su dati di processo effettivi per un funzionamento sicuro, efficiente e a lungo termine.

 

Domande frequenti

Cosa causa la corrosione del punto di rugiada dei fumi?

La corrosione del punto di rugiada dei fumi è causata dalla condensazione di vapori acidi sulle superfici metalliche quando la temperatura superficiale scende al di sotto del punto di rugiada acido. I condensati comuni includono acido solforico da SO₃ e vapore acqueo e acido cloridrico da gas contenente cloruro.

Quale materiale è migliore per la corrosione del punto di rugiada dei gas di scarico?

Non esiste un materiale migliore universale. Il 316L può essere adatto a un servizio moderato, l'acciaio inossidabile duplex o altolegato può essere adatto a un'esposizione più forte a cloruri o acidi misti e le leghe a base di nichel possono essere necessarie per condizioni di condensa severe.

L’acciaio inossidabile può prevenire completamente la corrosione del punto di rugiada?

No. L'acciaio inossidabile può ridurre il rischio di corrosione, ma i cloruri, la condensa a basso pH, l'acido solforico, le fessure, i depositi e la bassa temperatura delle pareti possono comunque causare vaiolatura o corrosione interstiziale.