การกัดกร่อนจุดน้ำค้างในการนำความร้อนจากก๊าซไอเสียกลับมาใช้ใหม่: การเลือกใช้วัสดุสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น

การนำความร้อนกลับคืนจากก๊าซไอเสียช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานทางอุตสาหกรรมโดยการลดการใช้เชื้อเพลิงและอุณหภูมิไอเสีย แต่การทำงานที่อุณหภูมิต่ำจะเพิ่มความเสี่ยง การกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสีย โดยเฉพาะในก๊าซที่มีซัลเฟอร์ คลอไรด์ ความชื้น ฝุ่น ไอเสียชีวมวล ก๊าซเสีย หรือการปล่อยก๊าซจากกระบวนการทางเคมี สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นแก๊สแบบเชื่อม ความเสี่ยงนี้ควรได้รับการประเมินตั้งแต่เนิ่นๆ เนื่องจากช่องแผ่นแบบเชื่อมขนาดกะทัดรัดอาจสร้างพื้นผิวเย็นในท้องถิ่นได้ หากอุณหภูมิผนังโลหะลดลงต่ำกว่าจุดน้ำค้างของกรด กรดซัลฟิวริก กรดไฮโดรคลอริก หรือคอนเดนเสทที่เป็นกรดอื่นๆ อาจก่อตัวและทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว

คีย์ Takeaway

●  การควบแน่นของกรดเริ่มมีจุดต่ำกว่าจุดน้ำค้างของกรด

●  อุณหภูมิผนังขั้นต่ำมีความสำคัญมากกว่าอุณหภูมิก๊าซเฉลี่ย

●  SO₃, HCl, HF, ความชื้น, ออกซิเจน, ฝุ่น และคราบสะสมเพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน

●  แผ่นปลายเย็น รอยเชื่อม และพื้นที่ที่มีการไหลต่ำเป็นโซนความเสี่ยงที่สำคัญ

●  การเลือกวัสดุต้องตรงกับเคมีของก๊าซและความรุนแรงของคอนเดนเสท

●  316L, เหล็กดูเพล็กซ์, เหล็กโลหะผสมสูง และโลหะผสมนิกเกิล เหมาะกับความเสี่ยงที่แตกต่างกัน

●  การควบคุมอุณหภูมิผนังมีความสำคัญพอๆ กับวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน

●  ระยะห่างของแผ่น การกระจายการไหล การระบายน้ำ และการเข้าถึงการทำความสะอาดส่งผลต่ออายุการใช้งาน

●  โดยปกติแล้ว จำเป็นต้องมีการออกแบบที่กำหนดเองสำหรับการนำก๊าซไอเสียที่มีฤทธิ์กัดกร่อนกลับมาใช้ใหม่

 

การกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซหุงต้มคืออะไร?

จุดน้ำค้างของกรดก่อตัวในก๊าซไอเสียอย่างไร

การกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสีย เกิดขึ้นเมื่อไอที่เป็นกรดในก๊าซไอเสียควบแน่นบนพื้นผิวโลหะและก่อตัวเป็นฟิล์มของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ในระบบการเผาไหม้ที่มีกำมะถัน กำมะถันจะถูกแปลงเป็น SO₂ เป็นส่วนใหญ่ และส่วนหนึ่งของซัลเฟอร์อาจออกซิไดซ์เป็น SO₃ เมื่อSO₃ทำปฏิกิริยากับไอน้ำ ไอของกรดซัลฟิวริกจะก่อตัวและอาจควบแน่นที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดน้ำค้างของน้ำปกติมาก

ในไอเสียที่มีคลอไรด์ กรดไฮโดรคลอริกอาจมีอยู่ในรูปไอหรือคอนเดนเสทด้วย เมื่อมี HCl, HF, SO₃ และไอน้ำอยู่ร่วมกัน คอนเดนเสทอาจมีสภาพเป็นกรดสูงและกัดกร่อนเหล็กกล้าคาร์บอนและแม้แต่เหล็กกล้าไร้สนิมบางชนิด ดังนั้น จุดน้ำค้างของกรดควรได้รับการประเมินตามองค์ประกอบของก๊าซไอเสียที่เกิดขึ้นจริง ไม่ใช่แค่ปริมาณไอน้ำเท่านั้น

เหตุใดอุณหภูมิก๊าซเฉลี่ยจึงไม่เพียงพอ

ระบบการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่อาจดูปลอดภัยเมื่ออุณหภูมิทางออกของก๊าซไอเสียโดยเฉลี่ยสูงกว่าจุดน้ำค้างของกรด แต่การกัดกร่อนจะถูกควบคุมโดยอุณหภูมิพื้นผิวโลหะจริง ในตัวแลกเปลี่ยนแผ่นเชื่อมขนาดกะทัดรัด อุณหภูมิผนังแผ่นอาจต่ำกว่าอุณหภูมิของก๊าซเทกอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับปลายเย็นหรือบริเวณที่ถูกระบายความร้อนอย่างรุนแรงด้วยก๊าซด้านเย็น

พื้นที่เสี่ยง ได้แก่ แผ่นปลายเย็น มุมทางเข้า โซนการกระจายตัวของการไหลผิดปกติ ทางเดินความเร็วต่ำ และพื้นผิวใกล้กับช่องอากาศเย็น การทำงานที่มีโหลดต่ำ สภาพฤดูหนาว การไหลด้านความเย็นที่มากเกินไป การสตาร์ทเครื่อง และการปิดเครื่อง อาจทำให้อุณหภูมิผนังลดลงได้อีก ดังนั้นการประเมินควรเน้นที่อุณหภูมิผนังเพลทต่ำสุดภายใต้สภาวะปกติและสภาวะชั่วคราว

รูปแบบความเสียหายทั่วไป

สัญญาณทั่วไปของ การกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสีย ได้แก่ การเกิดรูพรุน ผนังบางลง การเจาะแผ่นโลหะ การสะสมตัวของกรด การรั่วไหล และแรงดันตกที่เพิ่มขึ้นจากผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนหรือการเปรอะเปื้อน รูพรุนเฉพาะจุดเป็นอันตรายอย่างยิ่งสำหรับแผ่นถ่ายเทความร้อนแบบบาง เนื่องจากสามารถเจาะผนังได้เร็วกว่าการกัดกร่อนสม่ำเสมอ

ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น รอยเชื่อม ขอบแผ่น โซนความเย็น จุดระบายน้ำ และพื้นที่ที่ปกคลุมไปด้วยคราบสกปรกจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบเป็นพิเศษ คอนเดนเสทที่เป็นกรดอาจติดอยู่ในรอยแยกหรือใต้สิ่งสะสม ทำให้เกิดการสัมผัสกรดกับโลหะเป็นเวลานาน และการกัดกร่อนจากคราบสะสมหรือรอยแยกอย่างรุนแรง

เหตุใดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ Platular จึงต้องการความสนใจเป็นพิเศษ

โครงสร้างแผ่นเชื่อมขนาดกะทัดรัด

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นใช้แผ่นโลหะเชื่อมเพื่อสร้างช่องก๊าซ ช่วยให้ถ่ายเทความร้อนจากก๊าซเป็นก๊าซผ่านผนังแผ่นบางได้อย่างมีประสิทธิภาพ โครงสร้างที่กะทัดรัดนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่และลดขนาดอุปกรณ์ ทำให้เหมาะสำหรับการนำความร้อนเหลือทิ้งทางอุตสาหกรรมกลับมาใช้ใหม่ อย่างไรก็ตาม การระบายความร้อนด้านความเย็นที่รุนแรงอาจลดอุณหภูมิผนังในพื้นที่ให้ต่ำกว่าจุดน้ำค้างของกรด ดังนั้นประสิทธิภาพจึงต้องสมดุลกับการป้องกันการกัดกร่อน

โครงสร้างรอยเชื่อมและความไวต่อการกัดกร่อน

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นก๊าซ Prandtl ใช้โครงสร้างแบบเชื่อมทั้งหมดและการทดสอบแรงดันเพื่อให้แน่ใจว่ามีการปิดผนึกระหว่างกระแสก๊าซในระยะยาว ในสภาวะจุดน้ำค้างที่เป็นกรด คุณภาพการเชื่อมและความเข้ากันได้ของวัสดุมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากส่วนเชื่อม โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน มุม และขอบแผ่นอาจสึกกร่อนก่อน การออกแบบควรพิจารณาถึงวัสดุฐาน วัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อม ขั้นตอนการเชื่อม สภาพพื้นผิว วิธีการตรวจสอบ การกระจายอุณหภูมิ และการระบายคอนเดนเสท

การขยายตัวทางความร้อนและความน่าเชื่อถือของโครงสร้าง

อุปกรณ์นำความร้อนจากก๊าซอุณหภูมิสูงกลับมาใช้ใหม่ต้องทนต่อการขยายตัวทางความร้อน ความเครียดจากความร้อน และการเปลี่ยนแปลงโหลดซ้ำๆ การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นแก๊สของ Prandtl คำนึงถึงความน่าเชื่อถือของโครงสร้างภายใต้การให้บริการที่อุณหภูมิสูง เพื่อลดการเสียรูป ความล้าของการเชื่อม และความเสี่ยงในการรั่วซึม ในการใช้งานการกัดกร่อนจุดน้ำค้าง จำเป็นต้องใช้วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน ความยืดหยุ่นของโครงสร้าง การรองรับที่เหมาะสม และการทำงานที่ได้รับการควบคุม เนื่องจากการกัดกร่อนและความเครียดอาจเร่งให้เกิดความเสียหายร่วมกัน

การเปรอะเปื้อนและการกัดกร่อนภายใต้คราบสะสม

ฝุ่น เถ้า เขม่า ผงตัวเร่งปฏิกิริยา เกลือ และอนุภาคเหนียวสามารถสะสมบนพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนและดูดซับคอนเดนเสทที่เป็นกรด การสะสมเหล่านี้อาจทำให้โลหะเปียกและสร้างสภาพแวดล้อมระดับจุลภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แม้ว่าอุณหภูมิของก๊าซจะสูงขึ้นเหนือจุดน้ำค้างก็ตาม ดังนั้น ควรปรับระยะห่างของแผ่น ความเร็วของก๊าซ แรงดันตก การเข้าถึงการทำความสะอาด และลักษณะการเปรอะเปื้อน โดยพิจารณาจากปริมาณฝุ่น คุณสมบัติของอนุภาค ความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน และสภาวะการบำรุงรักษา

 

พื้นที่เสี่ยงในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ Platular

 

ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสีย

องค์ประกอบของก๊าซหุงต้ม

ความรุนแรงของการกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสียขึ้นอยู่กับ SO₂, SO₃, HCl, HF, ไอน้ำ, ออกซิเจน, NOₓ, ฝุ่น, เกลืออัลคาไล และส่วนประกอบอื่นๆ ในกระบวนการ SO₃ ส่งผลต่อจุดน้ำค้างของกรดซัลฟิวริกเป็นหลัก ในขณะที่เกลือ HCl และเกลือคลอไรด์จะเพิ่มความเสี่ยงในการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก โดยเฉพาะบนเหล็กกล้าไร้สนิม ดังนั้น การเลือกใช้วัสดุควรขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของก๊าซที่วัดได้หรือประมาณค่าได้อย่างน่าเชื่อถือ

อุณหภูมิพื้นผิวโลหะ

การกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสียเริ่มต้นเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวโลหะต่ำกว่าจุดน้ำค้างของกรดและเกิดคอนเดนเสทที่เป็นกรด การออกแบบที่ปลอดภัยควรประเมินอุณหภูมิผนังขั้นต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่แผ่นปลายเย็นของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ Platular แทนที่จะตรวจสอบเฉพาะอุณหภูมิทางเข้าและทางออกของก๊าซ โหลดต่ำ การไหลด้านความเย็นสูง การทำงานในฤดูหนาว การเริ่มต้นระบบ และการปิดเครื่องอาจต้องใช้ระยะขอบของอุณหภูมิ บายพาส การกู้คืนตามขั้นตอน การควบคุมการไหล หรือการอุ่นเครื่อง

การไหลของก๊าซและเงินฝาก

การไหลของก๊าซส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อน แรงดันตก การเปรอะเปื้อน การกัดเซาะ และการกัดกร่อน ความเร็วต่ำอาจทำให้เกิดการตกตะกอนของฝุ่นและการกักเก็บกรด ในขณะที่ความเร็วที่มากเกินไปอาจเพิ่มการกัดเซาะและกำลังของพัดลม การกระจายการไหล การออกแบบส่วนหัว แผ่นนำทาง และการกำหนดค่าทางเข้า/ทางออกควรได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงโซนที่เย็นเกินไปและพื้นที่การไหลต่ำที่เสี่ยงต่อการสะสมตัว

เงื่อนไขการทำความสะอาดและบำรุงรักษา

สภาวะการบำรุงรักษาส่งผลโดยตรงต่อการควบคุมการกัดกร่อน เนื่องจากการสะสมตัวที่เป็นกรดอาจทำให้เกิดความเสียหายก่อนเวลาอันควร แม้แต่กับโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนก็ตาม ควรพิจารณาประตูตรวจสอบ ช่องทำความสะอาด จุดระบายน้ำ วิธีการกำจัดเขม่า และการจัดวางท่อที่เข้าถึงได้ในระหว่างขั้นตอนการวางผัง หากเวลาปิดเครื่องสั้นหรือเข้าถึงได้จำกัด การออกแบบควรเน้นการป้องกันการเปรอะเปื้อน ทำความสะอาดได้ง่ายขึ้น และการเลือกใช้วัสดุที่อนุรักษ์นิยมมากขึ้น

ตารางเปรียบเทียบวัสดุ

 

กลยุทธ์การออกแบบเพื่อลดความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน

รักษาพื้นผิวที่สำคัญให้อยู่เหนือจุดน้ำค้างที่เป็นกรด

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดการกัดกร่อนคือการรักษาพื้นผิวโลหะที่สำคัญให้อยู่เหนือจุดน้ำค้างของกรด จุดน้ำค้างของกรดและอุณหภูมิผนังแผ่นขั้นต่ำควรได้รับการประเมินร่วมกันในระหว่างการออกแบบเชิงความร้อน เนื่องจากการควบแน่นที่เป็นกรดอย่างต่อเนื่องยังคงสามารถสร้างความเสียหายให้กับโลหะผสมคุณภาพสูงได้ หากอุณหภูมิทางออกต่ำเกินไป อาจจำเป็นต้องมีการควบคุมบายพาส การกู้คืนแบบเป็นขั้น การปรับการไหลด้านเย็น การหมุนเวียน หรือการควบคุมอุณหภูมิขั้นต่ำ

ปรับระยะห่างของแผ่นและความเร็วของก๊าซให้เหมาะสม

การเว้นระยะห่างของแผ่นส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อน แรงดันตก การเปรอะเปื้อน และการทำความสะอาด ช่องแคบช่วยปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนและความแน่น แต่อาจเพิ่มความเสี่ยงในการอุดตัน ในขณะที่ช่องที่กว้างขึ้นช่วยเพิ่มความทนทานต่อการเปรอะเปื้อน แต่ต้องการพื้นที่การถ่ายเทความร้อนมากขึ้น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นก๊าซ Prandtl สามารถปรับแต่งเพื่อสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ การควบคุมคราบสกปรก แรงดันตกคร่อม และการป้องกันการกัดกร่อน

ปรับปรุงการกระจายการไหล

การกระจายการไหลที่ดีช่วยรักษาอุณหภูมิที่สม่ำเสมอและลดความเสี่ยงในการกัดกร่อน การกระจายก๊าซที่ไม่สม่ำเสมออาจสร้างช่องระบายความร้อนมากเกินไปหรือโซนความเปรอะเปื้อนความเร็วต่ำที่ซึ่งคอนเดนเสทและคราบสะสมสะสม สามารถเลือกการจัดการไหล เช่น ประเภท U, ประเภท W, ประเภท S, ประเภท I, ประเภท L หรือโครงสร้างแบบกำหนดเองได้ตามความต้องการของโครงร่างท่อและกระบวนการ

จัดเตรียมการเข้าถึงการทำความสะอาด การระบายน้ำ และการตรวจสอบ

คอนเดนเสทที่เป็นกรดและคราบสะสมไม่ควรอยู่ภายในตัวแลกเปลี่ยนเป็นเวลานาน จุดระบายน้ำ ช่องเปิดสำหรับตรวจสอบ ส่วนท่อที่ถอดออกได้ และวิธีการทำความสะอาดที่เหมาะสมควรได้รับการพิจารณาในระหว่างขั้นตอนการวางผัง สำหรับก๊าซที่มีฝุ่นหรือมีฤทธิ์กัดกร่อน โครงสร้างตัวแลกเปลี่ยนและวัสดุควรตรงกับวิธีการทำความสะอาดที่วางแผนไว้ เช่น การทำความสะอาดด้วยตนเอง การเป่าเขม่า การหมุนเวียนของอากาศ หรือการล้างด้วยน้ำ

ควบคุมเงื่อนไขการเริ่มต้นและการปิดระบบ

การเริ่มต้นและปิดเครื่องมักเป็นช่วงที่มีฤทธิ์กัดกร่อนมากที่สุด เนื่องจากโลหะเย็นหรือพื้นผิวทำความเย็นสามารถส่งเสริมการควบแน่นของกรดได้ ขั้นตอนการปฏิบัติงานควรรวมถึงการทำความร้อนแบบควบคุม การดำเนินการทำให้แห้ง การระบายน้ำที่ควบแน่น และการหลีกเลี่ยงช่วงเวลาที่เปียกชื้นเป็นเวลานาน ในบางระบบ ควรหลีกเลี่ยงก๊าซไอเสียที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจนกว่าตัวแลกเปลี่ยนจะมีอุณหภูมิที่ปลอดภัย

 

บทสรุป

การกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสีย เป็นความเสี่ยงสำคัญในการนำความร้อนจากก๊าซไอเสียที่อุณหภูมิต่ำกลับมาใช้ใหม่ คอนเดนเสทที่เป็นกรดสามารถโจมตีแผ่นถ่ายเทความร้อน รอยเชื่อม ท่อ พื้นที่ระบายน้ำ และพื้นผิวด้านความเย็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมี SO₃, HCl, HF, ความชื้น, ฝุ่น และคราบสะสมอยู่

สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น การเลือกใช้วัสดุที่เชื่อถือได้จำเป็นต้องมีการประเมินจุดน้ำค้างของกรด การควบคุมอุณหภูมิผนังขั้นต่ำ การเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายการไหล การจัดการคราบสกปรก การตรวจสอบแรงดันตก การเข้าถึงการทำความสะอาด การออกแบบการระบายน้ำ และการควบคุมขั้นตอนการปฏิบัติงาน

เหล็กกล้าคาร์บอน 304, 316L เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ เหล็กกล้าไร้สนิมโลหะผสมสูง โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก และสารเคลือบป้องกัน ต่างก็มีข้อจำกัดในการใช้งาน ตัวเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับองค์ประกอบก๊าซไอเสียจริง ความรุนแรงของคอนเดนเสท อุณหภูมิการทำงาน เงื่อนไขการบำรุงรักษา และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. สามารถจัดหาโซลูชันเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นแก๊สที่ปรับแต่งตามข้อมูลกระบวนการจริงเพื่อการทำงานที่ปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และระยะยาว

 

คำถามที่พบบ่อย

อะไรทำให้เกิดการกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสีย?

การกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสีย มีสาเหตุมาจากไอที่เป็นกรดควบแน่นบนพื้นผิวโลหะ เมื่ออุณหภูมิพื้นผิวลดลงต่ำกว่าจุดน้ำค้างของกรด คอนเดนเสททั่วไป ได้แก่ กรดซัลฟิวริกจาก SO₃ และไอน้ำ และกรดไฮโดรคลอริกจากก๊าซที่มีคลอไรด์

วัสดุใดดีที่สุดสำหรับการกัดกร่อนจุดน้ำค้างของก๊าซไอเสีย

ไม่มีวัสดุที่ดีที่สุดที่เป็นสากล 316L อาจเหมาะกับงานปานกลาง เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์หรือโลหะผสมสูงอาจเหมาะกับการสัมผัสคลอไรด์หรือกรดผสมที่เข้มข้นกว่า และอาจต้องใช้โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบในสภาวะคอนเดนเสทที่รุนแรง

สแตนเลสสามารถป้องกันการกัดกร่อนของจุดน้ำค้างได้เต็มที่หรือไม่?

ไม่ สแตนเลสสามารถลดความเสี่ยงในการกัดกร่อนได้ แต่คลอไรด์ คอนเดนเสท pH ต่ำ กรดซัลฟิวริก รอยแยก คราบสะสม และอุณหภูมิผนังต่ำ ยังสามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูพรุนหรือรอยแยกได้