Coroziunea punctului de rouă în recuperarea căldurii gazelor de ardere: selecția materialului pentru schimbătoarele de căldură platulare

Recuperarea căldurii gazelor de ardere îmbunătățește eficiența energetică industrială prin reducerea consumului de combustibil și a temperaturii de evacuare, dar funcționarea la temperatură scăzută crește riscul de coroziunea punctului de rouă a gazelor de ardere , în special în gazele care conțin sulf, cloruri, umiditate, praf, eșapament din biomasă, gaze reziduale sau emisii de procese chimice. Pentru schimbătoarele de căldură platulare sau schimbătoarele de căldură cu plăci de gaz sudate, acest risc ar trebui evaluat din timp, deoarece canalele compacte de plăci sudate pot crea suprafețe locale reci. Dacă temperatura peretelui metalic scade sub punctul de rouă acid, se pot forma acid sulfuric, acid clorhidric sau alte condens acide care pot provoca coroziune rapidă.

Cheie la pachet

●  Condensul acidului începe sub punctul de rouă acid.

●  Temperatura minimă a peretelui contează mai mult decât temperatura medie a gazului.

●  SO₃, HCl, HF, umiditatea, oxigenul, praful și depunerile cresc riscul de coroziune.

●  Plăcile de capăt rece, sudurile și zonele cu debit scăzut sunt zone de risc cheie.

●  Selectarea materialului trebuie să se potrivească cu chimia gazelor și severitatea condensului.

●  316L, oțelul duplex, oțelul înalt aliat și aliajele de nichel se potrivesc diferitelor riscuri.

●  Controlul temperaturii pe perete este la fel de important ca materialul rezistent la coroziune.

●  Distanța dintre plăci, distribuția fluxului, drenajul și accesul la curățare afectează durata de viață.

●  Designul personalizat este de obicei necesar pentru recuperarea gazelor de ardere corozive.

 

Ce este coroziunea punctului de rouă a gazelor arse?

Cum se formează punctul de rouă acid în gazele de ardere

Coroziunea punctului de rouă a gazelor de ardere apare atunci când vaporii acizi din gazele de ardere se condensează pe suprafețele metalice și formează o peliculă lichidă corozivă. În sistemele de ardere cu sulf, sulful este transformat în principal în SO₂ și o parte din acesta se poate oxida în SO₃. Când SO₃ reacționează cu vaporii de apă, se formează vapori de acid sulfuric și se pot condensa la o temperatură mult mai mare decât punctul de rouă normal al apei.

În gazele de evacuare care conțin clorură, acidul clorhidric poate exista și sub formă de vapori sau condens. Când coexistă HCl, HF, SO₃ și vaporii de apă, condensatul poate deveni foarte acid și corosiv pentru oțelul carbon și chiar pentru unele oțeluri inoxidabile. Prin urmare, punctul de rouă acid ar trebui evaluat pe baza compoziției reale a gazelor de ardere, nu numai a conținutului de vapori de apă.

De ce temperatura medie a gazului nu este suficientă

Un sistem de recuperare a căldurii poate părea sigur atunci când temperatura medie de evacuare a gazelor de ardere este peste punctul de rouă acid, dar coroziunea este controlată de temperatura reală a suprafeței metalice. În schimbătoarele compacte de plăci sudate, temperatura peretelui plăcii poate fi mai mică decât temperatura gazului în vrac, în special în apropierea capătului rece sau a zonelor puternic răcite de gazul din partea rece.

Zonele vulnerabile includ plăci de capăt rece, colțuri de admisie, zone de distribuție necorespunzătoare a fluxului, pasaje cu viteză redusă și suprafețe apropiate canalelor de aer rece. Funcționarea la sarcină scăzută, condițiile de iarnă, debitul excesiv pe partea rece, pornirea și oprirea pot scădea și mai mult temperatura peretelui. Prin urmare, evaluarea ar trebui să se concentreze pe temperatura minimă a peretelui plăcii atât în ​​condiții normale, cât și în condiții tranzitorii.

Modele comune de daune

Semne tipice ale Coroziunea la punctul de rouă a gazelor de ardere include zgârieturi, subțierea pereților, perforarea plăcii, depunerile acide, scurgerile și căderea crescută a presiunii din cauza produselor de coroziune sau a murdării. Picaturile localizate sunt deosebit de periculoase pentru plăcile subțiri de transfer de căldură, deoarece pot pătrunde în perete mai repede decât coroziunea uniformă.

În schimbătoarele de căldură Platular, cusăturile de sudură, marginile plăcilor, zonele de capăt rece, punctele de drenaj și zonele acoperite cu depozite necesită inspecție specială. Condensul acid poate fi prins în crăpături sau sub depuneri, provocând un contact lung acid-metal și coroziune sub-depunerilor sau a crăpăturilor.

De ce schimbătoarele de căldură platulare au nevoie de o atenție specială

Structură compactă din plăci sudate

Un schimbător de căldură Platular utilizează plăci metalice sudate pentru a forma canale de gaz, permițând un transfer eficient de căldură de la gaz la gaz prin pereții subțiri ale plăcilor. Această structură compactă îmbunătățește eficiența recuperării căldurii și reduce dimensiunea echipamentului, făcându-l potrivit pentru recuperarea căldurii reziduale industriale. Cu toate acestea, răcirea puternică pe partea rece poate scădea temperatura locală a peretelui sub punctul de rouă acid, așa că eficiența trebuie echilibrată cu protecția împotriva coroziunii.

Construcție sudată și sensibilitate la coroziune

Schimbătoarele de căldură cu plăci de gaz Prandtl utilizează construcția complet sudată și testarea presiunii pentru a asigura etanșarea pe termen lung între fluxurile de gaz. În condițiile punctului de rouă acid, calitatea sudurii și compatibilitatea materialului sunt critice, deoarece degetele de sudură, zonele afectate de căldură, colțurile și marginile plăcilor se pot coroda mai întâi. Proiectarea trebuie să ia în considerare materialul de bază, consumabilele de sudură, procedurile de sudare, starea suprafeței, metodele de inspecție, distribuția temperaturii și scurgerea condensului.

Expansiune termică și fiabilitate structurală

Echipamentul de recuperare a căldurii gazelor la temperatură înaltă trebuie să reziste la expansiunea termică, stresul termic și schimbările repetate ale sarcinii. Designul schimbătorului de căldură cu plăci de gaz de la Prandtl ia în considerare fiabilitatea structurală în condiții de funcționare la temperaturi înalte pentru a reduce deformarea, oboseala prin sudură și riscurile de scurgere. În aplicațiile de coroziune la punctul de rouă, sunt necesare materiale rezistente la coroziune, flexibilitate structurală, suport adecvat și funcționare controlată, deoarece coroziunea și stresul pot accelera deteriorarea împreună.

Murdărire și coroziune sub depozit

Praful, cenușa, funinginea, pudra de catalizator, sărurile și particulele lipicioase se pot acumula pe suprafețele de transfer de căldură și pot absorbi condensul acid. Aceste depozite pot menține metalul umed și pot crea un micromediu coroziv chiar și după ce temperatura gazului crește peste punctul de rouă. Prin urmare, distanța dintre plăci, viteza gazului, căderea de presiune, accesul la curățare și caracteristicile de murdărie ar trebui optimizate în funcție de încărcarea cu praf, proprietățile particulelor, riscul de coroziune și condițiile de întreținere.

 

Zone de risc în schimbătoarele de căldură platulare

 

Principalii factori care afectează coroziunea punctului de rouă a gazelor de ardere

Compoziția gazelor de ardere

Severitatea coroziunii punctului de rouă a gazelor de ardere depinde de SO₂, SO₃, HCl, HF, vapori de apă, oxigen, NOₓ, praf, săruri alcaline și alte componente ale procesului. SO₃ afectează în principal punctul de rouă al acidului sulfuric, în timp ce HCl și sărurile de clorură cresc riscurile de coroziune cu sâmburi și fisuri, în special pe oțelurile inoxidabile. Prin urmare, selecția materialului ar trebui să se bazeze pe compoziția gazului măsurată sau estimată în mod fiabil.

Temperatura suprafeței metalului

Coroziunea punctului de rouă a gazelor de ardere începe atunci când temperatura suprafeței metalului scade sub punctul de rouă acid și se formează condens acid. Un design sigur ar trebui să evalueze temperatura minimă a peretelui, în special la plăcile de capăt rece ale schimbătoarelor de căldură Platular, mai degrabă decât să verifice doar temperaturile de intrare și ieșire a gazului. Sarcina redusă, debitul ridicat pe partea rece, funcționarea pe timp de iarnă, pornirea și oprirea pot necesita o marjă de temperatură, ocolire, recuperare în etape, controlul debitului sau preîncălzire.

Fluxul de gaze și depozitele

Fluxul de gaz afectează transferul de căldură, căderea presiunii, murdărirea, eroziunea și coroziunea. Viteza scăzută poate cauza depunerea prafului și reținerea acidului, în timp ce viteza excesivă poate crește eroziunea și puterea ventilatorului. Distribuția debitului, designul colectorului, plăcile de ghidare și configurația de intrare/ieșire ar trebui optimizate pentru a evita zonele suprarăcite și zonele cu debit scăzut predispus la depuneri.

Conditii de curatenie si intretinere

Condițiile de întreținere influențează direct controlul coroziunii deoarece depunerile acide pot cauza defecțiuni premature chiar și pe aliajele rezistente la coroziune. Ușile de inspecție, porturile de curățare, punctele de drenaj, metodele de îndepărtare a funinginei și aranjamentele de conducte accesibile trebuie luate în considerare în timpul etapei de amenajare. Dacă timpul de oprire este scurt sau accesul este limitat, designul ar trebui să pună accent pe prevenirea murdării, curățarea mai ușoară și selecția mai conservatoare a materialelor.

Tabel de comparare a materialelor

 

Proiectați strategii pentru a reduce riscul de coroziune

Păstrați suprafețele critice deasupra punctului de rouă acidă

Cel mai eficient mod de a reduce coroziunea este menținerea suprafețelor metalice critice deasupra punctului de rouă acidă. Punctul de rouă acid și temperatura minimă a peretelui plăcii trebuie evaluate împreună în timpul proiectării termice, deoarece condensul acid continuu poate deteriora aliajele de calitate superioară. Dacă temperatura de ieșire este prea scăzută, poate fi necesară controlul bypass-ului, recuperarea în etape, debitul reglat pe partea rece, recircularea sau controlul temperaturii minime.

Optimizați distanța dintre plăci și viteza gazului

Distanța dintre plăci afectează transferul de căldură, căderea presiunii, murdărirea și curățarea. Canalele înguste îmbunătățesc transferul de căldură și compactitatea, dar pot crește riscul de blocare, în timp ce canalele mai largi îmbunătățesc toleranța la murdărie, dar necesită mai multă zonă de transfer de căldură. Schimbătoarele de căldură cu plăci de gaz Prandtl pot fi personalizate pentru a echilibra eficiența recuperării căldurii, controlul murdăriei, căderea presiunii și protecția împotriva coroziunii.

Îmbunătățiți distribuția fluxului

Distribuția bună a fluxului ajută la menținerea temperaturii uniforme și la reducerea riscului de coroziune. Distribuția neuniformă a gazului poate crea canale suprarăcite sau zone de murdărie cu viteză redusă unde se acumulează condens și depozite. Aranjamentele de curgere, cum ar fi tipul U, tipul W, tipul S, tipul I, tipul L sau structurile personalizate pot fi selectate în funcție de configurația conductelor și nevoile procesului.

Asigurați acces pentru curățare, drenare și inspecție

Condensul acid și depunerile nu trebuie să rămână în interiorul schimbătorului pentru perioade lungi de timp. Punctele de drenaj, deschiderile de inspecție, secțiunile de conducte detașabile și metodele de curățare adecvate trebuie luate în considerare în timpul etapei de amenajare. Pentru gazul praf sau coroziv, structura și materialul schimbătorului trebuie să se potrivească cu metoda de curățare planificată, cum ar fi curățarea manuală, suflarea funinginei, pulsarea aerului sau spălarea cu apă.

Controlați condițiile de pornire și oprire

Pornirea și oprirea sunt adesea perioadele cele mai corozive, deoarece metalul rece sau suprafețele de răcire pot favoriza condensarea acidului. Procedurile de operare ar trebui să includă încălzirea controlată, funcționarea prin uscare, scurgerea condensului și evitarea perioadelor lungi de stagnare umedă. În unele sisteme, gazele de ardere corozive ar trebui să fie ocolite până când schimbătorul atinge o temperatură sigură.

 

Concluzie

Coroziunea punctului de rouă a gazelor de ardere este un risc major în recuperarea căldurii gazelor de ardere la temperaturi scăzute. Condensul acid poate ataca plăcile de transfer de căldură, sudurile, conductele, zonele de drenaj și suprafețele de la capătul rece, în special atunci când sunt prezente SO₃, HCl, HF, umiditate, praf și depozite.

Pentru schimbătoarele de căldură Platular, selecția fiabilă a materialelor necesită evaluarea punctului de rouă acidă, controlul minim al temperaturii peretelui, optimizarea distribuției debitului, managementul murdăriei, revizuirea căderii de presiune, accesul la curățare, proiectarea drenajului și controlul procedurii de operare.

Oțel carbon, 304, 316L, oțel inoxidabil duplex, oțel inoxidabil înalt aliat, aliaje pe bază de nichel și acoperiri de protecție au fiecare limite de aplicare. Alegerea corectă depinde de compoziția reală a gazelor de ardere, de severitatea condensului, de temperatura de funcționare, de condițiile de întreținere și de costul ciclului de viață. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. poate oferi soluții personalizate de schimbător de căldură cu plăci de gaz bazate pe date reale de proces pentru o funcționare sigură, eficientă și pe termen lung.

 

FAQ

Ce cauzează coroziunea punctului de rouă a gazelor de ardere?

Coroziunea punctului de rouă a gazelor de ardere este cauzată de vaporii acizi care se condensează pe suprafețele metalice atunci când temperatura suprafeței scade sub punctul de rouă acidă. Condensații obișnuiți includ acid sulfuric din SO₃ și vapori de apă și acid clorhidric din gaz care conține clorură.

Ce material este cel mai bun pentru coroziunea punctului de rouă a gazelor de ardere?

Nu există cel mai bun material universal. 316L se poate potrivi cu o utilizare moderată, oțelul inoxidabil duplex sau înalt aliat poate fi potrivit pentru expunerea mai puternică la clorură sau la acizi amestecați, iar aliajele pe bază de nichel pot fi necesare pentru condiții severe de condens.

Poate oțelul inoxidabil să prevină complet coroziunea punctului de rouă?

Nu. Oțelul inoxidabil poate reduce riscul de coroziune, dar clorurile, condensul cu pH scăzut, acidul sulfuric, crăpăturile, depunerile și temperatura scăzută a pereților pot provoca în continuare coroziune cu sâmburi sau crăpături.