Dauwpuntcorrosie bij rookgaswarmteterugwinning: materiaalkeuze voor platenwarmtewisselaars

Warmteterugwinning uit rookgassen verbetert de industriële energie-efficiëntie door het brandstofverbruik en de uitlaatgastemperatuur te verminderen, maar werking bij lage temperaturen verhoogt het risico op rookgasdauwpuntcorrosie , vooral in gassen die zwavel, chloriden, vocht, stof, biomassa-uitlaatgassen, afgas of chemische procesemissies bevatten. Bij platenwarmtewisselaars of gelaste gasplatenwarmtewisselaars moet dit risico vroegtijdig worden ingeschat, omdat compacte gelaste plaatkanalen plaatselijk koude oppervlakken kunnen creëren. Als de temperatuur van de metalen wand onder het zuurdauwpunt daalt, kunnen zich zwavelzuur, zoutzuur of andere zure condensaten vormen die snelle corrosie veroorzaken.

Sleutel afhaalmaaltijd

●  Zure condensatie begint onder het zuurdauwpunt.

●  De minimale wandtemperatuur is belangrijker dan de gemiddelde gastemperatuur.

●  SO₃, HCl, HF, vocht, zuurstof, stof en afzettingen verhogen het corrosierisico.

●  Koude eindplaten, lassen en gebieden met weinig stroming zijn belangrijke risicozones.

●  De materiaalkeuze moet overeenkomen met de gaschemie en de ernst van het condensaat.

●  316L, duplexstaal, hooggelegeerd staal en nikkellegeringen brengen verschillende risico's met zich mee.

●  Controle van de wandtemperatuur is net zo belangrijk als corrosiebestendig materiaal.

●  De plaatafstand, de stroomverdeling, de drainage en de toegang tot de reiniging beïnvloeden de levensduur.

●  Voor de terugwinning van corrosieve rookgassen is doorgaans een maatwerkontwerp vereist.

 

Wat is rookgasdauwpuntcorrosie?

Hoe het zure dauwpunt ontstaat in rookgassen

Rookgasdauwpuntcorrosie treedt op wanneer zure dampen in het rookgas condenseren op metalen oppervlakken en een corrosieve vloeistoffilm vormen. In zwavelhoudende verbrandingssystemen wordt zwavel vooral omgezet in SO₂, en een deel ervan kan oxideren tot SO₃. Wanneer SO₃ reageert met waterdamp, ontstaat er zwavelzuurdamp die kan condenseren bij een temperatuur die veel hoger is dan het normale waterdauwpunt.

In chloridehoudende uitlaatgassen kan zoutzuur ook voorkomen als damp of condensaat. Wanneer HCl, HF, SO₃ en waterdamp naast elkaar bestaan, kan het condensaat zeer zuur worden en corrosief worden voor koolstofstaal en zelfs sommige soorten roestvast staal. Daarom moet het zuurdauwpunt worden beoordeeld op basis van de werkelijke rookgassamenstelling, en niet alleen op basis van het waterdampgehalte.

Waarom de gemiddelde gastemperatuur niet genoeg is

Een warmteterugwinningssysteem kan veilig lijken als de gemiddelde rookgasuitlaattemperatuur boven het zuurdauwpunt ligt, maar corrosie wordt beheerst door de werkelijke temperatuur van het metaaloppervlak. In compacte gelaste platenwisselaars kan de temperatuur van de plaatwand lager zijn dan de temperatuur van het bulkgas, vooral nabij het koude uiteinde of in gebieden die sterk worden gekoeld door het gas aan de koude kant.

Kwetsbare gebieden zijn onder meer koude eindplaten, inlaathoeken, zones met slechte verdeling van de stroming, doorgangen met lage snelheid en oppervlakken dichtbij koude luchtkanalen. Bedrijf bij lage belasting, winterse omstandigheden, overmatige stroming aan de koude kant, opstarten en uitschakelen kunnen de wandtemperatuur verder verlagen. Daarom moet de evaluatie zich richten op de minimale plaatwandtemperatuur onder zowel normale als tijdelijke omstandigheden.

Veelvoorkomende schadepatronen

Typische tekenen van Dauwpuntcorrosie door rookgas omvat putjes, dunner worden van de wand, plaatperforatie, zure afzettingen, lekkage en verhoogde drukval door corrosieproducten of vervuiling. Lokale putcorrosie is vooral gevaarlijk bij dunne platen voor warmteoverdracht, omdat deze sneller in de wand kunnen doordringen dan uniforme corrosie.

Bij Platular-warmtewisselaars vereisen lasnaden, plaatranden, koude-eindzones, afvoerpunten en met afzetting bedekte gebieden een speciale inspectie. Zuur condensaat kan vastzitten in spleten of onder afzettingen, waardoor langdurig zuur-metaalcontact en ernstige onderafzetting of spleetcorrosie ontstaan.

Waarom platenwarmtewisselaars speciale aandacht nodig hebben

Compacte gelaste plaatstructuur

Een Platular-warmtewisselaar maakt gebruik van gelaste metalen platen om gaskanalen te vormen, waardoor een efficiënte gas-naar-gas-warmteoverdracht door dunne plaatwanden mogelijk wordt. Deze compacte structuur verbetert de efficiëntie van de warmteterugwinning en verkleint de omvang van de apparatuur, waardoor deze geschikt is voor de terugwinning van industriële afvalwarmte. Sterke koeling aan de koude kant kan de lokale wandtemperatuur echter verlagen tot onder het zuurdauwpunt, dus efficiëntie moet in evenwicht worden gebracht met corrosiebescherming.

Gelaste constructie en corrosiegevoeligheid

Prandtl gasplatenwarmtewisselaars maken gebruik van een volledig gelaste constructie en druktests om een ​​langdurige afdichting tussen gasstromen te garanderen. Bij zure dauwpuntomstandigheden zijn de laskwaliteit en materiaalcompatibiliteit van cruciaal belang, omdat lasnaden, door hitte beïnvloede zones, hoeken en plaatranden als eerste kunnen corroderen. Bij het ontwerp moet rekening worden gehouden met basismateriaal, lastoevoegmaterialen, lasprocedures, oppervlakteconditie, inspectiemethoden, temperatuurverdeling en condensaatafvoer.

Thermische uitzetting en structurele betrouwbaarheid

Apparatuur voor gaswarmteterugwinning op hoge temperatuur moet bestand zijn tegen thermische uitzetting, thermische spanning en herhaalde belastingsveranderingen. Bij het ontwerp van de gasplatenwarmtewisselaar van Prandtl wordt rekening gehouden met de structurele betrouwbaarheid bij gebruik bij hoge temperaturen om vervorming, lasvermoeidheid en lekkagerisico's te verminderen. Bij dauwpuntcorrosietoepassingen zijn corrosiebestendige materialen, structurele flexibiliteit, goede ondersteuning en gecontroleerde werking nodig omdat corrosie en spanning samen de schade kunnen versnellen.

Vervuiling en corrosie door te weinig afzetting

Stof, as, roet, katalysatorpoeder, zouten en kleverige deeltjes kunnen zich ophopen op warmteoverdrachtsoppervlakken en zuur condensaat absorberen. Deze afzettingen kunnen het metaal nat houden en een corrosieve micro-omgeving creëren, zelfs nadat de gastemperatuur boven het dauwpunt stijgt. Daarom moeten de plaatafstand, de gassnelheid, de drukval, de toegang tot het reinigen en de vervuilingseigenschappen worden geoptimaliseerd op basis van de stofbelasting, de deeltjeseigenschappen, het corrosierisico en de onderhoudsomstandigheden.

 

Risicogebieden in platulaire warmtewisselaars

 

Belangrijkste factoren die de dauwpuntcorrosie van rookgassen beïnvloeden

Rookgassamenstelling

De ernst van de rookgasdauwpuntcorrosie is afhankelijk van SO₂, SO₃, HCl, HF, waterdamp, zuurstof, NOₓ, stof, alkalizouten en andere procescomponenten. SO₃ heeft vooral invloed op het dauwpunt van zwavelzuur, terwijl HCl en chloridezouten het risico op putcorrosie en spleetcorrosie vergroten, vooral op roestvrij staal. Daarom moet de materiaalkeuze gebaseerd zijn op de gemeten of betrouwbaar geschatte gassamenstelling.

Metaaloppervlaktetemperatuur

Dauwpuntcorrosie door rookgas begint wanneer de temperatuur van het metaaloppervlak onder het zuurdauwpunt daalt en er zuur condensaat ontstaat. Een veilig ontwerp moet de minimale wandtemperatuur evalueren, vooral bij de koude eindplaten van Platular-warmtewisselaars, in plaats van alleen de gasinlaat- en uitlaattemperaturen te controleren. Lage belasting, hoge stroming aan de koude kant, werking in de winter, opstarten en uitschakelen kunnen een temperatuurmarge, bypass, gefaseerd herstel, stroomregeling of voorverwarmen vereisen.

Gasstroom en afzettingen

De gasstroom beïnvloedt de warmteoverdracht, drukval, vervuiling, erosie en corrosie. Een lage snelheid kan stofafzetting en zuurretentie veroorzaken, terwijl een te hoge snelheid de erosie en het ventilatorvermogen kan vergroten. De stroomverdeling, het headerontwerp, de geleideplaten en de inlaat-/uitlaatconfiguratie moeten worden geoptimaliseerd om overgekoelde zones en gebieden met een laag debiet die gevoelig zijn voor afzetting te vermijden.

Reinigings- en onderhoudsvoorwaarden

Onderhoudsomstandigheden hebben een directe invloed op de corrosiebeheersing, omdat zure afzettingen voortijdig falen kunnen veroorzaken, zelfs op corrosiebestendige legeringen. Tijdens de ontwerpfase moet rekening worden gehouden met inspectiedeuren, reinigingspoorten, afvoerpunten, roetverwijderingsmethoden en toegankelijke kanalen. Als de uitschakeltijd kort is of de toegang beperkt is, moet het ontwerp de nadruk leggen op het voorkomen van vervuiling, eenvoudiger schoonmaken en een conservatievere materiaalkeuze.

Materiaalvergelijkingstabel

 

Ontwerpstrategieën om het corrosierisico te verminderen

Houd kritische oppervlakken boven het zure dauwpunt

De meest effectieve manier om corrosie te verminderen is door kritische metaaloppervlakken boven het zuurdauwpunt te houden. Het zuurdauwpunt en de minimale plaatwandtemperatuur moeten tijdens het thermisch ontwerp samen worden geëvalueerd, omdat continu zuur condensaat nog steeds hoogwaardige legeringen kan beschadigen. Als de uitlaattemperatuur te laag is, kan bypass-regeling, gefaseerd herstel, aangepaste stroom aan de koude zijde, recirculatie of minimumtemperatuurregeling vereist zijn.

Optimaliseer de plaatafstand en gassnelheid

De plaatafstand heeft invloed op de warmteoverdracht, drukval, vervuiling en reiniging. Smalle kanalen verbeteren de warmteoverdracht en compactheid, maar kunnen het risico op verstopping vergroten, terwijl bredere kanalen de vervuilingstolerantie verbeteren maar een groter warmteoverdrachtsoppervlak vereisen. Prandtl-gasplatenwarmtewisselaars kunnen worden aangepast om de efficiëntie van de warmteterugwinning, de vervuilingsbeheersing, de drukval en de corrosiebescherming in evenwicht te brengen.

Verbeter de stroomverdeling

Een goede stroomverdeling helpt een uniforme temperatuur te behouden en het risico op corrosie te verminderen. Een ongelijkmatige gasverdeling kan leiden tot overgekoelde kanalen of vervuilingszones met lage snelheid waar condensaat en afzettingen zich ophopen. Stroomopstellingen zoals U-type, W-type, S-type, I-type, L-type of aangepaste structuren kunnen worden geselecteerd op basis van kanaalindeling en procesbehoeften.

Zorg voor toegang voor reiniging, drainage en inspectie

Zuur condensaat en afzettingen mogen niet gedurende langere tijd in de wisselaar achterblijven. Tijdens de aanlegfase moet rekening worden gehouden met afvoerpunten, inspectieopeningen, verwijderbare kanaalsecties en geschikte reinigingsmethoden. Voor stoffig of corrosief gas moeten de structuur en het materiaal van de wisselaar overeenkomen met de geplande reinigingsmethode, zoals handmatige reiniging, roetblazen, luchtpulsen of wassen met water.

Beheer de opstart- en uitschakelomstandigheden

Opstarten en afsluiten zijn vaak de meest corrosieve periodes, omdat koud metaal of koeloppervlakken zure condensatie kunnen bevorderen. De operationele procedures moeten gecontroleerde verwarming, droogbedrijf, condensaatafvoer en het vermijden van lange perioden van natte stagnatie omvatten. In sommige systemen moet corrosief rookgas worden omzeild totdat de wisselaar een veilige temperatuur bereikt.

 

Conclusie

Dauwpuntcorrosie door rookgas is een groot risico bij het terugwinnen van warmte uit rookgas bij lage temperatuur. Zuur condensaat kan warmteoverdrachtsplaten, lasnaden, kanalen, afvoergebieden en koude oppervlakken aantasten, vooral wanneer SO₃, HCl, HF, vocht, stof en afzettingen aanwezig zijn.

Voor Platular-warmtewisselaars vereist een betrouwbare materiaalkeuze evaluatie van het zuurdauwpunt, minimale wandtemperatuurregeling, optimalisatie van de stroomverdeling, vervuilingsbeheer, beoordeling van drukval, toegang tot reiniging, ontwerp van de afvoer en controle van de bedieningsprocedures.

Koolstofstaal, 304, 316L, duplex roestvrij staal, hooggelegeerd roestvrij staal, legeringen op nikkelbasis en beschermende coatings hebben elk toepassingslimieten. De juiste keuze hangt af van de werkelijke rookgassamenstelling, de ernst van het condensaat, de bedrijfstemperatuur, de onderhoudsomstandigheden en de levensduurkosten. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. kan op maat gemaakte gasplatenwarmtewisselaaroplossingen leveren op basis van feitelijke procesgegevens voor een veilige, efficiënte en langdurige werking.

 

Veelgestelde vragen

Wat veroorzaakt rookgasdauwpuntcorrosie?

Dauwpuntcorrosie door rookgas wordt veroorzaakt doordat zure dampen condenseren op metalen oppervlakken wanneer de oppervlaktetemperatuur onder het zuurdauwpunt daalt. Veel voorkomende condensaten zijn onder meer zwavelzuur uit SO₃ en waterdamp, en zoutzuur uit chloridehoudend gas.

Welk materiaal is het beste voor rookgasdauwpuntcorrosie?

Er bestaat geen universeel beste materiaal. 316L kan geschikt zijn voor matig gebruik, duplex- of hooggelegeerd roestvrij staal kan geschikt zijn voor sterkere blootstelling aan chloride of gemengde zuren, en legeringen op nikkelbasis kunnen vereist zijn voor ernstige condensaatomstandigheden.

Kan roestvrij staal dauwpuntcorrosie volledig voorkomen?

Nee. Roestvast staal kan het corrosierisico verminderen, maar chloriden, condensaat met een lage pH-waarde, zwavelzuur, spleten, afzettingen en lage wandtemperaturen kunnen nog steeds putcorrosie of spleetcorrosie veroorzaken.