Корозія точки роси при рекуперації тепла димових газів: вибір матеріалу для пластинчастих теплообмінників

Рекуперація тепла димових газів покращує промислову енергоефективність шляхом зменшення використання палива та температури вихлопних газів, але робота при низьких температурах збільшує ризик корозія точки роси димових газів , особливо в газах, що містять сірку, хлориди, вологу, пил, вихлопи біомаси, відпрацьовані гази або викиди хімічних процесів. Для пластинчастих теплообмінників або зварних газових пластинчастих теплообмінників цей ризик слід оцінити завчасно, оскільки компактні зварні пластинчасті канали можуть створювати локальні холодні поверхні. Якщо температура металевої стінки падає нижче кислотної точки роси, сірчана кислота, соляна кислота або інші кислотні конденсати можуть утворюватися та викликати швидку корозію.

Ключ на винос

●  Кислотна конденсація починається нижче кислотної точки роси.

●  Мінімальна температура стінки має більше значення, ніж середня температура газу.

●  SO₃, HCl, HF, волога, кисень, пил і відкладення збільшують ризик корозії.

●  Основними зонами ризику є пластини холодного кінця, зварні шви та зони низького потоку.

●  Вибір матеріалу повинен відповідати хімічному складу газу та інтенсивності конденсату.

●  316L, дуплексна сталь, високолегована сталь і нікелеві сплави відповідають різним ризикам.

●  Контроль температури стіни такий же важливий, як і стійкий до корозії матеріал.

●  Відстань між пластинами, розподіл потоку, дренаж і доступ для очищення впливають на термін служби.

●  Для утилізації корозійних димових газів зазвичай потрібна індивідуальна конструкція.

 

Що таке корозія точки роси димових газів?

Як утворюється кислотна точка роси в димових газах

Корозія точки роси димового газу виникає, коли кислотна пара димового газу конденсується на металевих поверхнях і утворює плівку корозійної рідини. У системах спалювання, що містять сірку, сірка в основному перетворюється на SO₂, і частина її може окислюватися в SO₃. Коли SO₃ реагує з водяною парою, утворюється пара сірчаної кислоти, яка може конденсуватися при температурі, значно вищій за звичайну точку роси води.

У вихлопних газах, що містять хлорид, соляна кислота також може існувати у вигляді пари або конденсату. Коли HCl, HF, SO₃ і водяна пара співіснують, конденсат може стати дуже кислим і викликати корозію вуглецевої сталі та навіть деяких нержавіючих сталей. Тому кислотну точку роси слід оцінювати на основі фактичного складу димових газів, а не лише вмісту водяної пари.

Чому середньої температури газу недостатньо

Система рекуперації тепла може здаватися безпечною, якщо середня температура димових газів на виході вище кислотної точки роси, але корозія контролюється фактичною температурою поверхні металу. У компактних зварних пластинчастих теплообмінниках температура стінки пластини може бути нижчою за температуру об’ємного газу, особливо поблизу холодного кінця або областей, сильно охолоджених газом з холодної сторони.

Уразливі зони включають пластини холодного кінця, вхідні кути, зони неправильного розподілу потоку, низькошвидкісні канали та поверхні, розташовані поблизу каналів холодного повітря. Робота з низьким навантаженням, зимові умови, надмірний потік холодної сторони, запуск і зупинка можуть ще більше знизити температуру стінки. Тому оцінка повинна бути зосереджена на мінімальній температурі стінки пластини як за нормальних, так і для перехідних умов.

Загальні моделі пошкоджень

Типові ознаки Корозія точки роси димових газів включає точкову корозію, витончення стінок, перфорацію пластини, кислотні відкладення, витік і підвищений перепад тиску від продуктів корозії або забруднення. Локалізована точкова корозія особливо небезпечна для тонких теплообмінних пластин, оскільки вона може проникати в стінку швидше, ніж однорідна корозія.

У пластинчастих теплообмінниках особливого контролю потребують зварні шви, краї пластин, зони холодного кінця, дренажні точки та зони, вкриті відкладеннями. Кислий конденсат може потрапити в щілини або під відкладеннями, спричиняючи тривалий контакт кислоти з металом і серйозну корозію під відкладеннями або щілинами.

Чому пластинчасті теплообмінники потребують особливої ​​уваги

Компактна зварна пластинчаста конструкція

Пластинчастий теплообмінник використовує зварні металеві пластини для формування газових каналів, що забезпечує ефективну передачу тепла газ-газ через тонкі пластинчасті стінки. Ця компактна структура покращує ефективність рекуперації тепла та зменшує розміри обладнання, що робить його придатним для рекуперації промислового відпрацьованого тепла. Однак сильне охолодження з холодної сторони може знизити місцеву температуру стінок нижче кислотної точки роси, тому ефективність повинна бути збалансована із захистом від корозії.

Зварна конструкція та чутливість до корозії

Газові пластинчасті теплообмінники Prandtl використовують суцільнозварну конструкцію та випробування під тиском для забезпечення тривалого ущільнення між газовими потоками. В умовах кислотної точки роси якість зварного шва та сумісність матеріалу є критичними, оскільки зварювальні кінці, зони, піддані нагріванню, кути та краї пластини можуть спочатку корозувати. При проектуванні слід враховувати основний матеріал, витратні матеріали для зварювання, процедури зварювання, стан поверхні, методи перевірки, розподіл температури та відведення конденсату.

Теплове розширення та структурна надійність

Обладнання для рекуперації тепла високотемпературного газу повинно витримувати теплове розширення, термічну напругу та повторювані зміни навантаження. Конструкція газового пластинчастого теплообмінника Прандтля враховує структурну надійність при високій температурі, щоб зменшити деформацію, втому зварювання та ризик витоку. У випадках корозії точки роси необхідні корозійно-стійкі матеріали, структурна гнучкість, належна опора та контрольована робота, оскільки корозія та стрес можуть разом прискорити пошкодження.

Обростання та корозія під відкладенням

Пил, зола, сажа, порошок каталізатора, солі та липкі частинки можуть накопичуватися на поверхнях теплопередачі та поглинати кислий конденсат. Ці відкладення можуть утримувати метал вологим і створювати корозійне мікросередовище навіть після підвищення температури газу вище точки роси. Таким чином, відстань між пластинами, швидкість газу, падіння тиску, доступ для очищення та характеристики забруднення повинні бути оптимізовані відповідно до навантаження пилу, властивостей частинок, ризику корозії та умов обслуговування.

 

Зони ризику в пластинчастих теплообмінниках

 

Основні фактори, що впливають на корозію точки роси димових газів

Склад димових газів

Серйозність корозії точки роси димових газів залежить від SO₂, SO₃, HCl, HF, водяної пари, кисню, NOₓ, пилу, лужних солей та інших компонентів процесу. SO₃ головним чином впливає на точку роси сірчаної кислоти, тоді як HCl і хлоридні солі збільшують ризик точкової та щілинної корозії, особливо для нержавіючої сталі. Тому вибір матеріалу повинен базуватися на виміряному або надійно оціненому складі газу.

Температура поверхні металу

Корозія точки роси димових газів починається, коли температура поверхні металу падає нижче кислотної точки роси та утворюється кислотний конденсат. Безпечна конструкція повинна оцінювати мінімальну температуру стінок, особливо на пластинах холодного кінця теплообмінників Platular, а не лише перевіряти температуру газу на вході та виході. Низьке навантаження, високий потік холодної сторони, робота взимку, запуск і зупинка можуть вимагати температурного запасу, байпасу, поетапного відновлення, контролю потоку або попереднього підігріву.

Потік газу та відкладення

Потік газу впливає на теплообмін, падіння тиску, забруднення, ерозію та корозію. Низька швидкість може призвести до осідання пилу та утримання кислоти, тоді як надмірна швидкість може збільшити ерозію та потужність вентилятора. Розподіл потоку, конструкцію колектора, напрямні пластини та конфігурацію входу/виходу слід оптимізувати, щоб уникнути переохолоджених зон і зон із низьким потоком, схильних до утворення відкладень.

Умови очищення та обслуговування

Умови технічного обслуговування безпосередньо впливають на контроль корозії, оскільки кислотні відкладення можуть спричинити передчасний вихід із ладу навіть на корозійностійких сплавах. Оглядові дверцята, отвори для очищення, дренажні точки, методи видалення сажі та доступні канали повинні бути розглянуті на етапі планування. Якщо час зупинки короткий або доступ обмежений, у проекті слід акцентувати увагу на запобіганні забрудненню, легшому очищенні та більш консервативному виборі матеріалів.

Таблиця порівняння матеріалів

 

Стратегії проектування для зменшення ризику корозії

Тримайте критичні поверхні вище кислотної точки роси

Найефективніший спосіб зменшити корозію – підтримувати критичні металеві поверхні вище кислотної точки роси. Кислотну точку роси та мінімальну температуру стінки пластини слід оцінювати разом під час термічного проектування, оскільки безперервний кислотний конденсат може пошкодити високоякісні сплави. Якщо температура на виході занадто низька, може знадобитися контроль байпасу, поетапне відновлення, відрегульований потік холодної сторони, рециркуляція або контроль мінімальної температури.

Оптимізуйте відстань між пластинами та швидкість газу

Відстань між пластинами впливає на теплообмін, падіння тиску, забруднення та очищення. Вузькі канали покращують теплообмін і компактність, але можуть збільшити ризик закупорки, тоді як більш широкі канали покращують стійкість до забруднення, але вимагають більшої площі теплообміну. Газові пластинчасті теплообмінники Prandtl можна налаштувати для балансування ефективності рекуперації тепла, контролю забруднення, падіння тиску та захисту від корозії.

Покращення розподілу потоку

Хороший розподіл потоку допомагає підтримувати рівномірну температуру та знижує ризик корозії. Нерівномірний розподіл газу може створити переохолоджені канали або зони забруднення з низькою швидкістю, де накопичується конденсат і відкладення. Поточні конструкції, такі як U-тип, W-тип, S-тип, I-тип, L-тип або індивідуальні конструкції, можна вибрати відповідно до планування повітропроводів і потреб процесу.

Забезпечте доступ для очищення, дренажу та огляду

Кислий конденсат і відкладення не повинні залишатися в теплообміннику протягом тривалого часу. Точки дренажу, ревізійні отвори, знімні секції повітроводів і відповідні методи очищення повинні бути розглянуті на етапі компонування. Для запиленого або корозійного газу структура і матеріал обмінника повинні відповідати запланованому методу очищення, наприклад ручне очищення, продування сажі, пульсація повітря або промивання водою.

Контролюйте умови запуску та вимкнення

Запуск і зупинка часто є найбільш корозійними періодами, оскільки холодний метал або охолоджуючі поверхні можуть сприяти конденсації кислоти. Експлуатаційні процедури повинні включати контрольоване нагрівання, осушення, відведення конденсату та уникнення тривалих періодів застою вологості. У деяких системах корозійні димові гази слід пропускати, поки теплообмінник не досягне безпечної температури.

 

Висновок

Корозія точки роси димових газів є головним ризиком при рекуперації тепла димових газів при низьких температурах. Кислий конденсат може впливати на теплообмінні пластини, зварні шви, канали, дренажні зони та поверхні холодних кінців, особливо за наявності SO₃, HCl, HF, вологи, пилу та відкладень.

Для теплообмінників Platular надійний вибір матеріалу вимагає оцінки кислотної точки роси, контролю мінімальної температури стінок, оптимізації розподілу потоку, управління забрудненням, перевірки падіння тиску, доступу для очищення, конструкції дренажу та контролю робочих процедур.

Вуглецева сталь, 304, 316L, дуплексна нержавіюча сталь, високолегована нержавіюча сталь, сплави на основі нікелю та захисні покриття мають обмеження щодо застосування. Правильний вибір залежить від реального складу димових газів, інтенсивності конденсату, робочої температури, умов обслуговування та вартості життєвого циклу. Nanjing Prandtl Heat Exchange Equipment Co., Ltd. може надати індивідуальні рішення для газових пластинчастих теплообмінників на основі фактичних даних процесу для безпечної, ефективної та тривалої роботи.

 

FAQ

Що викликає корозію точки роси димових газів?

Корозія точки роси димових газів спричинена конденсацією кислотних парів на металевих поверхнях, коли температура поверхні падає нижче кислотної точки роси. Звичайні конденсати включають сірчану кислоту з SO₃ і водяної пари, а також соляну кислоту з хлоридвмісного газу.

Який матеріал найкращий для корозії точки роси димових газів?

Універсального найкращого матеріалу не існує. 316L може підходити для помірного використання, дуплексна або високолегована нержавіюча сталь може підходити для більш сильного впливу хлориду або змішаної кислоти, а сплави на основі нікелю можуть знадобитися для важких умов конденсату.

Чи може нержавіюча сталь повністю запобігти корозії точки роси?

Ні. Нержавіюча сталь може зменшити ризик корозії, але хлориди, конденсат із низьким рН, сірчана кислота, щілини, відкладення та низька температура стінок все одно можуть спричинити точкову або щілинну корозію.