Korozija rosišča pri rekuperaciji toplote dimnih plinov: izbor materiala za ploščate izmenjevalnike toplote

Rekuperacija toplote dimnih plinov izboljša industrijsko energetsko učinkovitost z zmanjšanjem porabe goriva in temperature izpušnih plinov, vendar delovanje pri nizkih temperaturah poveča tveganje za korozija rosišča dimnih plinov , zlasti pri plinih, ki vsebujejo žveplo, kloride, vlago, prah, izpušne pline biomase, odpadne pline ali emisije kemičnih procesov. Pri ploščatih toplotnih izmenjevalnikih ali varjenih plinskih ploščatih toplotnih izmenjevalnikih je treba to tveganje oceniti zgodaj, ker lahko kompaktni varjeni ploščati kanali ustvarijo lokalne hladne površine. Če temperatura kovinske stene pade pod kislo rosišče, lahko nastanejo žveplova kislina, klorovodikova kislina ali drugi kisli kondenzati in povzročijo hitro korozijo.

Ključ za s seboj

●  Kondenzacija kisline se začne pod kislo rosišče.

●  Minimalna temperatura stene je pomembnejša od povprečne temperature plina.

●  SO₃, HCl, HF, vlaga, kisik, prah in usedline povečujejo tveganje korozije.

●  Hladne plošče, zvari in območja nizkega pretoka so ključna območja tveganja.

●  Izbira materiala mora ustrezati kemiji plina in gostoti kondenzata.

●  316L, dupleksno jeklo, visokolegirano jeklo in nikljeve zlitine ustrezajo različnim tveganjem.

●  Nadzor temperature stene je enako pomemben kot material, odporen proti koroziji.

●  Razmik med ploščami, porazdelitev pretoka, drenaža in čistilni dostop vplivajo na življenjsko dobo.

●  Za rekuperacijo jedkih dimnih plinov je običajno potrebna prilagojena zasnova.

 

Kaj je korozija rosišča dimnih plinov?

Kako nastane kislo rosišče v dimnem plinu

Korozija na rosišču dimnih plinov nastane, ko kisle pare v dimnih plinih kondenzirajo na kovinskih površinah in tvorijo jedko tekočo plast. V zgorevalnih sistemih, ki vsebujejo žveplo, se žveplo večinoma pretvori v SO₂, del pa lahko oksidira v SO₃. Ko SO₃ reagira z vodno paro, nastanejo pare žveplove kisline, ki lahko kondenzirajo pri temperaturi, ki je veliko višja od običajne točke rosišča vode.

V izpuhu, ki vsebuje klorid, lahko klorovodikova kislina obstaja tudi kot para ali kondenzat. Ko sočasno obstajajo HCl, HF, SO₃ in vodna para, lahko kondenzat postane zelo kisel in jedek za ogljikovo jeklo in celo nekatera nerjavna jekla. Zato je treba kislo rosišče oceniti na podlagi dejanske sestave dimnih plinov, ne le vsebnosti vodne pare.

Zakaj povprečna temperatura plina ni dovolj

Sistem za rekuperacijo toplote se lahko zdi varen, ko je povprečna izhodna temperatura dimnih plinov nad kislo rosišče, vendar je korozija nadzorovana z dejansko temperaturo kovinske površine. Pri kompaktnih varjenih ploščnih izmenjevalnikih je lahko temperatura stene plošče nižja od temperature plina v razsutem stanju, zlasti blizu hladnega konca ali območij, ki jih močno hladi plin s hladne strani.

Ranljiva območja vključujejo plošče na hladnem koncu, vstopne vogale, območja nepravilne porazdelitve toka, prehode z nizko hitrostjo in površine v bližini kanalov hladnega zraka. Delovanje pri nizki obremenitvi, zimski pogoji, čezmerni pretok na hladni strani, zagon in zaustavitev lahko dodatno znižajo temperaturo stene. Zato se mora vrednotenje osredotočiti na minimalno temperaturo stene plošče v običajnih in prehodnih pogojih.

Pogosti vzorci poškodb

Tipični znaki za korozija rosišča dimnih plinov vključuje luknjanje, tanjšanje sten, perforacijo plošče, kisle usedline, puščanje in povečan padec tlaka zaradi produktov korozije ali obraščanja. Lokalizirana luknjastost je še posebej nevarna za tanke plošče za prenos toplote, ker lahko prodre v steno hitreje kot enotna korozija.

Pri ploščatih toplotnih izmenjevalnikih je treba posebej pregledati zvarne šive, robove plošč, hladilne cone, drenažne točke in območja, pokrita z usedlinami. Kisli kondenzat se lahko ujame v razpoke ali pod usedline, kar povzroči dolgotrajen stik kisline s kovino in hudo korozijo pod usedlinami ali razpokami.

Zakaj ploščati toplotni izmenjevalniki potrebujejo posebno pozornost

Kompaktna varjena ploščasta struktura

Platularni izmenjevalnik toplote uporablja varjene kovinske plošče za oblikovanje plinskih kanalov, kar omogoča učinkovit prenos toplote plin-plin skozi tanke ploščate stene. Ta kompaktna struktura izboljša učinkovitost rekuperacije toplote in zmanjša velikost opreme, zaradi česar je primerna za rekuperacijo industrijske odpadne toplote. Vendar pa lahko močno hlajenje na hladni strani zniža lokalno temperaturo sten pod kislo rosišče, zato je treba učinkovitost uravnotežiti z zaščito pred korozijo.

Varjena konstrukcija in občutljivost na korozijo

Plinski ploščni izmenjevalniki toplote Prandtl uporabljajo v celoti varjeno konstrukcijo in tlačno testiranje, da zagotovijo dolgoročno tesnjenje med plinskimi tokovi. V pogojih kislega rosišča sta kakovost zvara in združljivost materiala kritični, ker lahko najprej korodirajo konice zvara, toplotno prizadeta območja, vogali in robovi plošče. Zasnova mora upoštevati osnovni material, varilne dodatke, varilne postopke, stanje površine, metode pregledovanja, porazdelitev temperature in odvajanje kondenzata.

Toplotna ekspanzija in strukturna zanesljivost

Oprema za rekuperacijo toplote plina pri visokih temperaturah mora vzdržati toplotno raztezanje, toplotno obremenitev in ponavljajoče se spremembe obremenitve. Zasnova Plinskega ploščnega toplotnega izmenjevalnika Prandtl upošteva strukturno zanesljivost pri delovanju pri visokih temperaturah, da se zmanjšajo deformacije, utrujenost zvara in tveganja puščanja. Pri aplikacijah za korozijo pri rosišču so potrebni materiali, odporni proti koroziji, strukturna fleksibilnost, ustrezna podpora in nadzorovano delovanje, ker lahko korozija in napetost skupaj pospešita poškodbe.

Obraščanje in korozija pod nanosom

Prah, pepel, saje, prah katalizatorja, soli in lepljivi delci se lahko naberejo na površinah za prenos toplote in absorbirajo kisli kondenzat. Te usedline lahko ohranjajo kovino mokro in ustvarjajo jedko mikrookolje, tudi ko se temperatura plina dvigne nad rosišče. Zato je treba razmik med ploščami, hitrost plina, padec tlaka, čistilni dostop in karakteristike umazanije optimizirati glede na obremenitev s prahom, lastnosti delcev, tveganje korozije in pogoje vzdrževanja.

 

Območja tveganja v ploščatih izmenjevalnikih toplote

 

Glavni dejavniki, ki vplivajo na korozijo rosišča dimnih plinov

Sestava dimnih plinov

Resnost korozije rosišča dimnih plinov je odvisna od SO₂, SO₃, HCl, HF, vodne pare, kisika, NOₓ, prahu, alkalijskih soli in drugih komponent postopka. SO₃ vpliva predvsem na rosišče žveplove kisline, medtem ko HCl in kloridne soli povečajo tveganje luknjičaste in razpokane korozije, zlasti pri nerjavnih jeklih. Zato mora izbira materiala temeljiti na izmerjeni ali zanesljivo ocenjeni sestavi plina.

Temperatura kovinske površine

Korozija na rosišču dimnih plinov se začne, ko temperatura kovinske površine pade pod kislo rosišče in nastane kisli kondenzat. Varna zasnova bi morala ovrednotiti najnižjo temperaturo stene, zlasti na ploščah na hladnem koncu toplotnih izmenjevalnikov Platular, namesto samo preverjanja vstopne in izstopne temperature plina. Nizka obremenitev, visok pretok na hladni strani, zimsko delovanje, zagon in zaustavitev lahko zahtevajo temperaturno rezervo, obvod, stopenjsko okrevanje, nadzor pretoka ali predgretje.

Pretok plina in depoziti

Pretok plina vpliva na prenos toplote, padec tlaka, obraščanje, erozijo in korozijo. Nizka hitrost lahko povzroči usedanje prahu in zadrževanje kisline, medtem ko lahko prevelika hitrost poveča erozijo in moč ventilatorja. Porazdelitev pretoka, zasnova zbiralnika, vodilne plošče in konfiguracija dovoda/izhoda je treba optimizirati, da se izognete prehlajenim območjem in območjem z nizkim pretokom, ki so nagnjeni k usedlinam.

Pogoji čiščenja in vzdrževanja

Pogoji vzdrževanja neposredno vplivajo na nadzor korozije, ker lahko kisle usedline povzročijo prezgodnjo okvaro tudi na zlitinah, odpornih proti koroziji. Revizijska vrata, čistilne odprtine, drenažne točke, metode odstranjevanja saj in ureditev dostopnih kanalov je treba upoštevati v fazi načrtovanja. Če je čas zaustavitve kratek ali je dostop omejen, mora načrt poudariti preprečevanje obraščanja, lažje čiščenje in bolj konzervativno izbiro materiala.

Primerjalna tabela materialov

 

Oblikovalske strategije za zmanjšanje tveganja korozije

Ohranite kritične površine nad kislo rosišče

Najučinkovitejši način za zmanjšanje korozije je ohranjanje kritičnih kovinskih površin nad kislo rosišče. Kislo rosišče in najnižjo temperaturo stene plošče je treba med termičnim načrtovanjem ovrednotiti skupaj, ker neprekinjen kisli kondenzat še vedno lahko poškoduje visoko kakovostne zlitine. Če je izhodna temperatura prenizka, bo morda potrebna regulacija obvoda, stopenjska rekuperacija, prilagojen pretok na hladni strani, recirkulacija ali regulacija minimalne temperature.

Optimizirajte razmik plošč in hitrost plina

Razmik med ploščami vpliva na prenos toplote, padec tlaka, umazanijo in čiščenje. Ozki kanali izboljšajo prenos toplote in kompaktnost, vendar lahko povečajo tveganje zamašitve, medtem ko širši kanali izboljšajo toleranco za obraščanje, vendar zahtevajo večjo površino za prenos toplote. Plinski ploščni toplotni izmenjevalnik Prandtl je mogoče prilagoditi za uravnoteženje učinkovitosti rekuperacije toplote, nadzora obraščanja, padca tlaka in zaščite pred korozijo.

Izboljšajte porazdelitev pretoka

Dobra porazdelitev pretoka pomaga vzdrževati enakomerno temperaturo in zmanjša tveganje korozije. Neenakomerna porazdelitev plina lahko povzroči preohlajene kanale ali območja umazanije z nizko hitrostjo, kjer se kopičijo kondenzat in usedline. Razporeditve pretoka, kot so U-tip, W-tip, S-tip, I-tip, L-tip ali prilagojene strukture, je mogoče izbrati glede na razporeditev kanala in potrebe procesa.

Zagotovite dostop za čiščenje, drenažo in pregled

Kisli kondenzat in usedline ne smejo ostati v izmenjevalniku dlje časa. Odtočne točke, inšpekcijske odprtine, odstranljive dele kanalov in ustrezne metode čiščenja je treba upoštevati v fazi načrtovanja. Za prašne ali korozivne pline se morata struktura in material izmenjevalnika ujemati z načrtovano metodo čiščenja, kot je ročno čiščenje, izpihovanje saj, zračno pulziranje ali pranje z vodo.

Nadzor nad pogoji za zagon in zaustavitev

Zagon in zaustavitev sta pogosto najbolj korozivna obdobja, ker lahko hladne kovine ali hladilne površine spodbujajo kondenzacijo kisline. Delovni postopki morajo vključevati nadzorovano ogrevanje, delovanje sušenja, odvajanje kondenzata in izogibanje dolgim ​​mokrim obdobjem mirovanja. V nekaterih sistemih je treba jedke dimne pline obiti, dokler izmenjevalnik ne doseže varne temperature.

 

Zaključek

Korozija pri rosišču dimnih plinov je veliko tveganje pri rekuperaciji toplote dimnih plinov pri nizkih temperaturah. Kisli kondenzat lahko napade plošče za prenos toplote, zvare, kanale, drenažna območja in površine hladnega konca, zlasti če so prisotni SO₃, HCl, HF, vlaga, prah in usedline.

Za toplotne izmenjevalnike Platular zanesljiva izbira materiala zahteva oceno kislega rosišča, nadzor minimalne temperature stene, optimizacijo porazdelitve pretoka, obvladovanje umazanije, pregled padca tlaka, dostop za čiščenje, zasnovo drenaže in nadzor delovnega postopka.

Ogljikovo jeklo, 304, 316L, dupleks nerjavno jeklo, visokolegirano nerjavno jeklo, zlitine na osnovi niklja in zaščitni premazi imajo omejitve uporabe. Pravilna izbira je odvisna od dejanske sestave dimnih plinov, gostote kondenzata, delovne temperature, pogojev vzdrževanja in stroškov življenjskega cikla. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. lahko zagotovi prilagojene rešitve plinskih ploščatih toplotnih izmenjevalnikov na podlagi dejanskih procesnih podatkov za varno, učinkovito in dolgoročno delovanje.

 

pogosta vprašanja

Kaj povzroča korozijo rosišča dimnih plinov?

Korozija na rosišču dimnih plinov je posledica kislih hlapov, ki kondenzirajo na kovinskih površinah, ko površinska temperatura pade pod kislo rosišče. Običajni kondenzati vključujejo žveplovo kislino iz SO₃ in vodne pare ter klorovodikovo kislino iz plina, ki vsebuje klorid.

Kateri material je najboljši za korozijo rosišča dimnih plinov?

Univerzalnega najboljšega materiala ni. 316L je lahko primeren za zmerno uporabo, dupleksno ali visokolegirano nerjavno jeklo je lahko primerno za močnejšo izpostavljenost kloridom ali mešani kislini, zlitine na osnovi niklja pa bodo morda potrebne za hude pogoje kondenzacije.

Ali lahko nerjavno jeklo v celoti prepreči korozijo rosišča?

Ne. Nerjaveče jeklo lahko zmanjša tveganje korozije, vendar lahko kloridi, kondenzat z nizkim pH, žveplova kislina, razpoke, usedline in nizka temperatura sten še vedno povzročijo luknjičasto ali špranjsko korozijo.