Korózia rosného bodu pri rekuperácii tepla spalín: Výber materiálu pre platové výmenníky tepla

Rekuperácia tepla spalín zlepšuje priemyselnú energetickú účinnosť znížením spotreby paliva a teploty výfukových plynov, ale prevádzka pri nízkej teplote zvyšuje riziko korózia rosného bodu spalín , najmä v plynoch obsahujúcich síru, chloridy, vlhkosť, prach, výfukové plyny z biomasy, odpadové plyny alebo emisie chemických procesov. V prípade platových výmenníkov tepla alebo zváraných plynových doskových výmenníkov tepla by sa toto riziko malo posúdiť včas, pretože kompaktné zvárané doskové kanály môžu vytvárať lokálne studené povrchy. Ak teplota kovovej steny klesne pod rosný bod kyseliny, môže sa vytvoriť kyselina sírová, kyselina chlorovodíková alebo iné kyslé kondenzáty a spôsobiť rýchlu koróziu.

Key Takeaway

●  Kondenzácia kyseliny začína pod rosným bodom kyseliny.

●  Na minimálnej teplote steny záleží viac ako na priemernej teplote plynu.

●  SO₃, HCl, HF, vlhkosť, kyslík, prach a usadeniny zvyšujú riziko korózie.

●  Dosky so studenými koncami, zvary a oblasti s nízkym prietokom sú kľúčové rizikové zóny.

●  Výber materiálu musí zodpovedať chemickému zloženiu plynu a náročnosti kondenzátu.

●  316L, duplexná oceľ, vysokolegovaná oceľ a zliatiny niklu vyhovujú rôznym rizikám.

●  Kontrola teploty steny je rovnako dôležitá ako materiál odolný voči korózii.

●  Vzdialenosť medzi platňami, distribúcia toku, drenáž a prístup na čistenie ovplyvňujú životnosť.

●  Na rekuperáciu korozívnych spalín sa zvyčajne vyžaduje prispôsobený dizajn.

 

Čo je korózia rosného bodu spalín?

Ako vzniká kyslý rosný bod v spalinách

Korózia rosného bodu spalín nastáva, keď kyslá para v spalinách kondenzuje na kovových povrchoch a vytvára korozívny kvapalný film. V spaľovacích systémoch obsahujúcich síru sa síra premieňa hlavne na SO2 a časť z nej môže oxidovať na SO3. Keď SO3 reaguje s vodnou parou, tvorí sa para kyseliny sírovej a môže kondenzovať pri teplote oveľa vyššej, ako je normálny rosný bod vody.

Vo výfukových plynoch obsahujúcich chloridy môže kyselina chlorovodíková existovať aj ako para alebo kondenzát. Keď koexistujú HCl, HF, SO3 a vodná para, kondenzát sa môže stať vysoko kyslým a korozívnym pre uhlíkovú oceľ a dokonca aj niektoré nehrdzavejúce ocele. Preto by sa kyslý rosný bod mal hodnotiť na základe skutočného zloženia spalín, nielen obsahu vodnej pary.

Prečo priemerná teplota plynu nestačí

Systém rekuperácie tepla sa môže javiť ako bezpečný, keď je priemerná výstupná teplota spalín nad rosným bodom kyseliny, ale korózia je riadená aktuálnou teplotou povrchu kovu. V kompaktných zváraných doskových výmenníkoch môže byť teplota steny dosky nižšia ako teplota plynu, najmä v blízkosti studeného konca alebo oblastí silne chladených plynom zo studenej strany.

Zraniteľné oblasti zahŕňajú dosky so studenými koncami, vstupné rohy, zóny nesprávneho rozdelenia prúdenia, nízkorýchlostné priechody a povrchy v blízkosti kanálov studeného vzduchu. Prevádzka pri nízkej záťaži, zimné podmienky, nadmerné prúdenie na studenej strane, spúšťanie a vypínanie môžu ďalej znižovať teplotu steny. Preto by sa hodnotenie malo zamerať na minimálnu teplotu steny dosky za normálnych aj prechodných podmienok.

Bežné vzory poškodenia

Typické znaky Korózia rosného bodu spalín zahŕňa jamkovú koróziu, stenčovanie stien, perforáciu platní, kyslé usadeniny, netesnosti a zvýšený pokles tlaku v dôsledku produktov korózie alebo znečistenia. Lokalizovaná bodová korózia je obzvlášť nebezpečná pre tenké dosky na prenos tepla, pretože môže preniknúť do steny rýchlejšie ako rovnomerná korózia.

V platulárnych výmenníkoch tepla vyžadujú zvary, okraje platní, oblasti so studenými koncami, drenážne body a oblasti pokryté nánosmi špeciálnu kontrolu. Kyslý kondenzát sa môže zachytávať v štrbinách alebo pod usadeninami, čo spôsobuje dlhý kontakt kyseliny s kovom a silnú koróziu pod usadeninami alebo štrbinami.

Prečo si platulárne výmenníky tepla vyžadujú osobitnú pozornosť

Kompaktná štruktúra zváraných dosiek

Platulový výmenník tepla používa zvárané kovové dosky na vytvorenie plynových kanálov, čo umožňuje efektívny prenos tepla medzi plynmi cez tenké dosky. Táto kompaktná konštrukcia zlepšuje účinnosť rekuperácie tepla a znižuje veľkosť zariadenia, vďaka čomu je vhodná na rekuperáciu priemyselného odpadového tepla. Avšak silné chladenie na studenej strane môže znížiť lokálnu teplotu steny pod kyslý rosný bod, takže účinnosť musí byť vyvážená ochranou proti korózii.

Zváraná konštrukcia a citlivosť na koróziu

Plynové doskové výmenníky tepla Prandtl využívajú celozvarenú konštrukciu a tlakové skúšky, aby sa zabezpečilo dlhodobé utesnenie medzi prúdmi plynu. V podmienkach kyslého rosného bodu je kvalita zvaru a kompatibilita materiálu kritická, pretože zvarové špičky, tepelne ovplyvnené zóny, rohy a okraje platní môžu korodovať ako prvé. Pri návrhu by sa mal brať do úvahy základný materiál, prídavné materiály na zváranie, postupy zvárania, stav povrchu, metódy kontroly, rozloženie teploty a odvod kondenzátu.

Tepelná rozťažnosť a štrukturálna spoľahlivosť

Vysokoteplotné plynové rekuperačné zariadenia musia odolávať tepelnej rozťažnosti, tepelnému namáhaniu a opakovaným zmenám zaťaženia. Konštrukcia plynového doskového tepelného výmenníka Prandtl zohľadňuje konštrukčnú spoľahlivosť pri prevádzke pri vysokých teplotách, aby sa znížila deformácia, únava zvarov a riziká netesností. Pri koróznych aplikáciách s rosným bodom sú potrebné materiály odolné voči korózii, štrukturálna flexibilita, správna podpora a riadená prevádzka, pretože korózia a napätie môžu spoločne urýchliť poškodenie.

Zanášanie a korózia pod nánosom

Prach, popol, sadze, katalytický prášok, soli a lepkavé častice sa môžu hromadiť na teplonosných povrchoch a absorbovať kyslý kondenzát. Tieto usadeniny môžu udržiavať kov vlhký a vytvárať korozívne mikroprostredie dokonca aj vtedy, keď teplota plynu stúpne nad rosný bod. Preto by sa mala vzdialenosť medzi platňami, rýchlosť plynu, pokles tlaku, prístup k čisteniu a charakteristiky zanášania optimalizovať podľa zaťaženia prachom, vlastností častíc, rizika korózie a podmienok údržby.

 

Rizikové oblasti v platulárnych výmenníkoch tepla

 

Hlavné faktory ovplyvňujúce koróziu rosného bodu spalín

Zloženie spalín

Závažnosť korózie rosného bodu spalín závisí od SO₂, SO3, HCl, HF, vodnej pary, kyslíka, NOₓ, prachu, alkalických solí a ďalších zložiek procesu. SO₃ ovplyvňuje hlavne rosný bod kyseliny sírovej, zatiaľ čo HCl a chloridové soli zvyšujú riziko jamkovej a štrbinovej korózie, najmä na nehrdzavejúcich oceliach. Výber materiálu by preto mal byť založený na nameranom alebo spoľahlivo odhadnutom zložení plynu.

Teplota kovového povrchu

Korózia rosného bodu spalín začína, keď povrchová teplota kovu klesne pod kyslý rosný bod a vytvorí sa kyslý kondenzát. Bezpečný návrh by mal vyhodnotiť minimálnu teplotu steny, najmä na studených koncových doskách platulárnych výmenníkov tepla, a nie len kontrolovať vstupné a výstupné teploty plynu. Nízke zaťaženie, vysoký prietok na studenej strane, zimná prevádzka, spustenie a vypnutie môžu vyžadovať teplotnú rezervu, obtok, postupnú obnovu, riadenie prietoku alebo predohrev.

Tok plynu a vklady

Prúdenie plynu ovplyvňuje prenos tepla, pokles tlaku, zanášanie, eróziu a koróziu. Nízka rýchlosť môže spôsobiť usadzovanie prachu a zadržiavanie kyseliny, zatiaľ čo nadmerná rýchlosť môže zvýšiť eróziu a výkon ventilátora. Distribúcia prietoku, konštrukcia zberača, vodiace dosky a vstupná/výstupná konfigurácia by mali byť optimalizované, aby sa zabránilo prechladzovaniu zón a oblastiam s nízkym prietokom náchylným na usadzovanie.

Podmienky čistenia a údržby

Podmienky údržby priamo ovplyvňujú kontrolu korózie, pretože kyslé usadeniny môžu spôsobiť predčasné zlyhanie aj na zliatinách odolných voči korózii. Počas fázy návrhu by sa mali zvážiť inšpekčné dvierka, čistiace otvory, odvodňovacie body, metódy odstraňovania sadzí a usporiadanie prístupných potrubí. Ak je čas vypnutia krátky alebo je prístup obmedzený, dizajn by mal klásť dôraz na prevenciu znečistenia, jednoduchšie čistenie a konzervatívnejší výber materiálu.

Tabuľka na porovnanie materiálov

 

Dizajnové stratégie na zníženie rizika korózie

Udržujte kritické povrchy nad kyslým rosným bodom

Najúčinnejším spôsobom zníženia korózie je udržiavať kritické kovové povrchy nad rosným bodom kyseliny. Kyslý rosný bod a minimálna teplota steny dosky by sa mali hodnotiť spoločne počas tepelného návrhu, pretože kontinuálny kyslý kondenzát môže stále poškodiť vysokokvalitné zliatiny. Ak je výstupná teplota príliš nízka, môže byť potrebná regulácia bypassu, postupná obnova, nastavený prietok na studenej strane, recirkulácia alebo regulácia minimálnej teploty.

Optimalizujte rozstup medzi taniermi a rýchlosť plynu

Vzdialenosť medzi platňami ovplyvňuje prenos tepla, pokles tlaku, znečistenie a čistenie. Úzke kanály zlepšujú prenos tepla a kompaktnosť, ale môžu zvýšiť riziko zablokovania, zatiaľ čo širšie kanály zlepšujú toleranciu zanášania, ale vyžadujú väčšiu plochu na prenos tepla. Plynové doskové výmenníky tepla Prandtl je možné prispôsobiť tak, aby vyvážili účinnosť rekuperácie tepla, kontrolu znečistenia, pokles tlaku a ochranu proti korózii.

Zlepšite distribúciu toku

Dobrá distribúcia prietoku pomáha udržiavať rovnomernú teplotu a znižuje riziko korózie. Nerovnomerná distribúcia plynu môže vytvoriť podchladené kanály alebo zóny znečistenia s nízkou rýchlosťou, kde sa hromadí kondenzát a usadeniny. Usporiadanie prietoku, ako je typ U, typ W, typ S, typ I, typ L alebo prispôsobené štruktúry, je možné zvoliť podľa usporiadania potrubia a potrieb procesu.

Poskytnite prístup na čistenie, odvodnenie a kontrolu

Kyslý kondenzát a usadeniny by nemali zostať vo výmenníku po dlhú dobu. Počas fázy usporiadania je potrebné zvážiť odtokové miesta, kontrolné otvory, odnímateľné časti potrubia a vhodné metódy čistenia. Pre prašný alebo korozívny plyn by štruktúra a materiál výmenníka mali zodpovedať plánovanému spôsobu čistenia, ako je ručné čistenie, vyfukovanie sadzí, pulzovanie vzduchu alebo umývanie vodou.

Ovládajte podmienky spustenia a vypnutia

Spustenie a vypnutie sú často najviac korozívne obdobia, pretože studený kov alebo chladiace povrchy môžu podporovať kondenzáciu kyseliny. Prevádzkové postupy by mali zahŕňať riadený ohrev, prevádzku sušenia, odvod kondenzátu a vyhýbanie sa dlhým obdobiam stagnácie mokra. V niektorých systémoch by sa mali korozívne spaliny obchádzať, kým výmenník nedosiahne bezpečnú teplotu.

 

Záver

Korózia rosného bodu spalín je hlavným rizikom pri nízkoteplotnom spätnom získavaní tepla spalín. Kyslý kondenzát môže napadnúť teplonosné dosky, zvary, potrubia, drenážne oblasti a povrchy so studenými koncami, najmä ak sú prítomné SO3, HCl, HF, vlhkosť, prach a usadeniny.

V prípade platových výmenníkov tepla si spoľahlivý výber materiálu vyžaduje vyhodnotenie kyslého rosného bodu, kontrolu minimálnej teploty steny, optimalizáciu distribúcie prietoku, riadenie znečistenia, kontrolu poklesu tlaku, prístup k čisteniu, návrh drenáže a kontrolu prevádzkového postupu.

Uhlíková oceľ, 304, 316L, duplexná nehrdzavejúca oceľ, vysokolegovaná nehrdzavejúca oceľ, zliatiny na báze niklu a ochranné povlaky majú limity použitia. Správna voľba závisí od skutočného zloženia spalín, tvrdosti kondenzátu, prevádzkovej teploty, podmienok údržby a nákladov na životný cyklus. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. môže poskytnúť prispôsobené riešenia plynových doskových výmenníkov tepla založené na skutočných procesných údajoch pre bezpečnú, efektívnu a dlhodobú prevádzku.

 

FAQ

Čo spôsobuje koróziu rosného bodu spalín?

Korózia rosného bodu spalín je spôsobená kyslými výparmi kondenzujúcimi na kovových povrchoch, keď povrchová teplota klesne pod kyslý rosný bod. Bežné kondenzáty zahŕňajú kyselinu sírovú z SO3 a vodnej pary a kyselinu chlorovodíkovú z plynu obsahujúceho chloridy.

Ktorý materiál je najlepší na koróziu rosného bodu spalín?

Neexistuje univerzálny najlepší materiál. 316L môže vyhovovať miernemu použitiu, duplexná alebo vysokolegovaná nehrdzavejúca oceľ môže vyhovovať silnejšiemu vystaveniu chloridom alebo zmiešaným kyselinám a zliatiny na báze niklu môžu byť potrebné pre ťažké podmienky kondenzácie.

Môže nehrdzavejúca oceľ úplne zabrániť korózii rosného bodu?

Nie. Nehrdzavejúca oceľ môže znížiť riziko korózie, ale chloridy, kondenzát s nízkym pH, kyselina sírová, štrbiny, usadeniny a nízka teplota steny môžu stále spôsobiť jamkovú alebo štrbinovú koróziu.