排ガス熱回収における露点腐食: 板状熱交換器の材料選択

排ガス熱回収は、燃料の使用量と排気温度を削減することで産業のエネルギー効率を向上させますが、低温での運転により危険が高まります。 煙道ガスの露点腐食、特に硫黄、塩化物、湿気、粉塵、バイオマス排気、廃ガス、または化学プロセスの排出物を含むガスにおける腐食。プレート状熱交換器または溶接ガスプレート熱交換器の場合、コンパクトな溶接プレート チャネルによって局所的な低温表面が生じる可能性があるため、このリスクを早期に評価する必要があります。金属壁の温度が酸露点を下回ると、硫酸、塩酸、またはその他の酸性凝縮物が形成され、急速な腐食が発生する可能性があります。

重要なポイント

● 酸露点以下では酸縮合が始まります。

● 最低壁温度は平均ガス温度よりも重要です。

●  SO₃、HCl、HF、湿気、酸素、塵、堆積物は腐食のリスクを高めます。

● コールドエンドプレート、溶接部、低流量エリアは主要なリスクゾーンです。

● 材料の選択は、ガスの化学的性質と凝縮水の強度に一致する必要があります。

●  316L、二相鋼、高合金鋼、ニッケル合金はさまざまなリスクに適しています。

● 壁の温度管理は耐食性材料と同じくらい重要です。

● プレートの間隔、流れの分布、排水、洗浄アクセスは耐用年数に影響します。

● 腐食性排ガス回収には通常、カスタマイズされた設計が必要です。

 

排ガス露点腐食とは何ですか?

排ガス中で酸露点がどのように形成されるか

排ガス露点腐食は、 排ガス中の酸性蒸気が金属表面で凝縮し、腐食性の液膜を形成するときに発生します。硫黄含有燃焼システムでは、硫黄は主に SO₂ に変換され、その一部が酸化して SO₃ になる場合があります。 SO₃ が水蒸気と反応すると、硫酸蒸気が形成され、通常の水露点よりもはるかに高い温度で凝縮する可能性があります。

塩化物を含む排気中には、塩酸も蒸気または凝縮物として存在する可能性があります。 HCl、HF、SO₃、および水蒸気が共存すると、凝縮水は強酸性になり、炭素鋼や一部のステンレス鋼に対しても腐食性を示す可能性があります。したがって、酸露点は水蒸気含有量だけでなく、実際の排ガス組成に基づいて評価する必要があります。

平均ガス温度だけでは不十分な理由

排ガス出口の平均温度が酸露点を超えている場合、熱回収システムは安全であるように見えますが、腐食は実際の金属表面温度によって制御されます。コンパクトな溶接プレート熱交換器では、プレート壁の温度がバルクガスの温度よりも低くなる可能性があり、特にコールドエンド付近やコールドサイドガスによって強く冷却される領域が顕著です。

脆弱な領域には、コールドエンドプレート、入口コーナー、流れ不均一分布ゾーン、低速通路、および冷気チャネルに近い表面が含まれます。低負荷運転、冬季条件、過剰な低温側の流れ、起動および停止により、壁温度がさらに低下する可能性があります。したがって、評価は通常条件と過渡条件の両方での最低板壁温度に焦点を当てる必要があります。

一般的な損傷パターン

典型的な兆候 排ガス露点腐食には 、孔食、肉薄化、プレートの穴あき、酸性堆積物、漏れ、腐食生成物や汚れによる圧力損失の増加などが含まれます。局所的な孔食は、均一な腐食よりも早く壁に浸透する可能性があるため、薄い伝熱プレートの場合に特に危険です。

プレート状熱交換器では、溶接継ぎ目、プレートの端、コールドエンドゾーン、排水ポイント、堆積物で覆われた領域は特別な検査が必要です。酸性凝縮物は隙間や堆積物の下に閉じ込められる可能性があり、酸と金属の長時間の接触と重度の堆積物下や隙間の腐食を引き起こす可能性があります。

プレート状熱交換器に特別な注意が必要な理由

コンパクトな溶接プレート構造

板状熱交換器は、溶接された金属プレートを使用してガスチャネルを形成し、薄いプレート壁を介した効率的なガス間の熱伝達を可能にします。コンパクトな構造により熱回収効率が向上し、装置の小型化が図れるため、産業用廃熱回収に適しています。ただし、低温側を強力に冷却すると、局所的な壁温度が酸露点以下に低下する可能性があるため、効率と腐食保護のバランスを取る必要があります。

溶接構造と腐食感受性

プラントルのガスプレート熱交換器は、全溶接構造と圧力テストを使用して、ガス流間の長期的なシールを確保します。酸露点条件では、溶接止端部、熱影響部、コーナー、プレートの端が最初に腐食する可能性があるため、溶接品質と材料の適合性が重要です。母材、溶接消耗品、溶接手順、表面状態、検査方法、温度分布、ドレン排出などを考慮した設計が必要です。

熱膨張と構造の信頼性

高温ガス熱回収装置は、熱膨張、熱応力、繰り返しの負荷変化に耐える必要があります。プラントルのガスプレート熱交換器の設計は、変形、溶接疲労、漏れのリスクを軽減するために、高温使用下での構造的信頼性を考慮しています。露点腐食用途では、腐食と応力が​​共に損傷を加速する可能性があるため、耐食性材料、構造の柔軟性、適切なサポート、制御された操作が必要です。

汚れと堆積物下の腐食

ほこり、灰、すす、触媒粉末、塩、粘着性粒子が伝熱面に蓄積し、酸性凝縮水を吸収することがあります。これらの堆積物は金属を湿った状態に保ち、ガス温度が露点を超えた後でも腐食性の微環境を作り出す可能性があります。したがって、プレート間隔、ガス速度、圧力降下、洗浄アクセス、汚れ特性は、粉塵負荷、粒子特性、腐食リスク、メンテナンス条件に応じて最適化する必要があります。

 

板状熱交換器のリスク領域

 

排ガス露点腐食に影響を与える主な要因

排ガス組成

排ガス露点腐食の深刻度は、SO2、SO3、HCl、HF、水蒸気、酸素、NO2、粉塵、アルカリ塩、およびその他のプロセス成分によって異なります。 SO₃ は主に硫酸露点に影響を与えますが、HCl および塩化物塩は、特にステンレス鋼の孔食や隙間腐食のリスクを高めます。したがって、材料の選択は、測定されたガス組成または信頼性の高い推定されたガス組成に基づいて行う必要があります。

金属表面温度

排ガス露点腐食は、金属表面温度が酸露点を下回り、酸性凝縮物が形成されると始まります。安全な設計では、ガスの入口温度と出口温度だけをチェックするのではなく、特に板状熱交換器のコールドエンドプレートにおける最低壁温度を評価する必要があります。低負荷、高い低温側流量、冬季の運転、始動、および停止では、温度マージン、バイパス、段階的回復、流量制御、または予熱が必要になる場合があります。

ガスの流れと堆積物

ガスの流れは、熱伝達、圧力降下、汚れ、浸食、腐食に影響を与えます。速度が遅いと粉塵の沈降や酸の滞留が生じる可能性があり、速度が過剰になると浸食とファン出力が増加する可能性があります。過冷却ゾーンや堆積物が発生しやすい低流量領域を避けるために、流量分布、ヘッダー設計、ガイド プレート、入口/出口構成を最適化する必要があります。

清掃とメンテナンスの条件

酸性の堆積物は耐食性合金であっても早期故障を引き起こす可能性があるため、メンテナンス条件は腐食制御に直接影響します。レイアウト段階では、点検ドア、清掃ポート、排水ポイント、煤の除去方法、およびアクセス可能なダクトの配置を考慮する必要があります。シャットダウン時間が短い場合、またはアクセスが制限されている場合は、汚れの防止、洗浄の容易さ、およびより保守的な材料の選択を重視して設計する必要があります。

材質比較表

 

腐食リスクを軽減するための設計戦略

重要な表面を酸露点以上に保つ

腐食を軽減する最も効果的な方法は、重要な金属表面を酸露点以上に保つことです。継続的な酸性凝縮物は依然として高級合金に損傷を与える可能性があるため、熱設計中に酸露点と最低板壁温度を合わせて評価する必要があります。出口温度が低すぎる場合は、バイパス制御、段階的回収、低温側流量の調整、再循環、または最低温度制御が必要になる場合があります。

プレート間隔とガス速度を最適化

プレートの間隔は、熱伝達、圧力降下、汚れ、洗浄に影響します。チャネルが狭いと熱伝達とコンパクト性が向上しますが、詰まりのリスクが高まる可能性があります。一方、チャネルが広いと汚れ耐性は向上しますが、より多くの熱伝達面積が必要になります。プラントル ガス プレート熱交換器は、熱回収効率、汚れの制御、圧力降下、腐食保護のバランスを取るようにカスタマイズできます。

流れの分散を改善する

良好な流量分布により、均一な温度が維持され、腐食のリスクが軽減されます。ガスの分布が不均一であると、過剰に冷却されたチャネルや、凝縮水や堆積物が蓄積する低速の汚れゾーンが生じる可能性があります。ダクトレイアウトやプロセスニーズに合わせて、U型、W型、S型、I型、L型などの流れの配置やカスタム構造を選択できます。

清掃、排水、検査へのアクセスを提供する

酸性の凝縮物や堆積物が交換器内に長期間残らないようにしてください。レイアウト段階では、排水ポイント、点検口、取り外し可能なダクトセクション、および適切な清掃方法を考慮する必要があります。粉塵や腐食性ガスの場合、交換器の構造と材質は、手動洗浄、すす吹き、エアパルス、水洗浄などの計画された洗浄方法に適合する必要があります。

起動およびシャットダウン条件の制御

冷たい金属や冷却表面は酸の凝縮を促進する可能性があるため、多くの場合、起動時と停止時が最も腐食しやすい時期となります。運転手順には、制御された加熱、乾燥運転、凝縮水の排水、および湿った長い停滞期間の回避が含まれる必要があります。一部のシステムでは、熱交換器が安全な温度に達するまで腐食性煙道ガスをバイパスする必要があります。

 

結論

排ガス露点腐食は 、低温排ガス熱回収における大きなリスクです。酸性凝縮水は、特に SO3、HCl、HF、湿気、塵、堆積物が存在する場合、伝熱プレート、溶接部、ダクト、排水エリア、およびコールドエンド表面を攻撃する可能性があります。

板状熱交換器の場合、信頼性の高い材料の選択には、酸露点評価、最低壁温度制御、流量分布の最適化、汚れ管理、圧力降下のレビュー、洗浄アクセス、排水設計、および操作手順の制御が必要です。

炭素鋼、304、316L、二相ステンレス鋼、高合金ステンレス鋼、ニッケル基合金、および保護コーティングにはそれぞれ適用制限があります。正しい選択は、実際の排ガス組成、凝縮水の深刻度、動作温度、メンテナンス条件、ライフサイクル コストによって異なります。 Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. は、安全、効率的、長期的な運転のために、実際のプロセスデータに基づいてカスタマイズされたガスプレート熱交換器ソリューションを提供できます。

 

よくある質問

排ガス露点腐食の原因は何ですか?

排ガス露点腐食は 、表面温度が酸露点を下回ったときに金属表面に凝縮する酸性蒸気によって引き起こされます。一般的な凝縮物には、SO3 と水蒸気からの硫酸、および塩化物含有ガスからの塩酸が含まれます。

排ガス露点腐食に最適な材料はどれですか?

普遍的な最良の素材はありません。 316L は中程度の使用に適しており、二相ステンレス鋼や高合金ステンレス鋼はより強力な塩化物や混酸にさらされる場合に適しており、厳しい凝縮水条件にはニッケルベースの合金が必要となる場合があります。

ステンレス鋼は露点腐食を完全に防ぐことができますか?

いいえ、ステンレス鋼は腐食のリスクを軽減できますが、塩化物、低 pH の凝縮水、硫酸、隙間、堆積物、および低い壁温度は依然として孔食や隙間腐食を引き起こす可能性があります。