Нагревательные трубы из нержавеющей стали 316, широко используемые в рекуперации тепла отходящих газов котлов, сушильных печах и оборудовании для термической обработки с высокой-влажностью, часто работают в газовых средах, содержащих оксиды серы, оксиды азота, водяной пар и соляной туман. Когда местная температура поверхности нагревательной трубы падает ниже температуры точки росы дымовых газов, насыщенный водяной пар конденсируется в тонкую пленку жидкости на внешней стенке трубы. Кислотные вещества, такие как диоксид серы и диоксид азота, растворяются в конденсированной воде с образованием разбавленной серной кислоты и азотной кислоты, которые постоянно разрушают богатую хромом пассивную пленку нержавеющей стали и вызывают типичную коррозию точки росы. В отличие от обычной жидкофазной иммерсионной коррозии, коррозия точки росы чаще всего возникает периодически в чередующихся сухих и влажных условиях. Локальная концентрация кислоты постоянно накапливается при многократной конденсации и испарении, что приводит к быстрому равномерному истончению и точечной перфорации стенки нагревательной трубы. Многие проектировщики теплового оборудования сосредотачивают внимание только на высокотемпературной защите-от окисления, игнорируя при этом риск локального падения температуры ниже точки росы, что приводит к частым преждевременным утечкам нагревательных трубок рекуперации отходящего тепла. Поэтому точный контроль температуры, анти-модификация поверхности и предварительная обработка дымовых газов являются важными стратегиями для устранения скрытых опасностей, связанных с коррозией точки росы.
Коррозия точки росы происходит по типичному механизму коррозии с переменной сухой-влажной концентрацией кислоты. Дымовой газ содержит большое количество водяного пара и кислых газообразных загрязняющих веществ. Пока температура поверхности нагревательной трубы ниже точки росы дымовых газов, происходит непрерывная конденсация жидкой воды. Кислые газы растворяются в конденсате с образованием разбавленного раствора кислоты, который разрушает защитный оксидный слой на поверхности нержавеющей стали и вызывает равномерное анодное растворение. Во время периодического отключения оборудования сконденсированная кислотная жидкость испаряется, а кислые соли остаются на стенках труб. При перезапуске оборудования водяной пар снова конденсируется, а остаточные соли повторно растворяются, образуя кислую среду более высокой-концентрации, что значительно ускоряет скорость коррозии. Области с плохим теплообменом, местами утечки воздуха и участок с низкой-температурой в хвостовой части дымохода являются наиболее уязвимыми для коррозии точки росы, которая часто сопровождается обширной ржавчиной и локальными точечными дефектами.
В этом исследовании предлагаются четыре технологии систематического предотвращения коррозии нагревательных труб при точке росы: строгий контроль температуры поверхности, предварительная очистка дымовых газов, защита от высокотемпературных-анти-кислотных покрытий и разумная оптимизация теплоизоляции.
Во-первых, убедитесь, что рабочая температура поверхности нагревательной трубы всегда выше точки росы дымовых газов. Рассчитайте фактическую температуру точки росы в зависимости от содержания водяного пара и серы в дымовых газах и установите минимальную температуру поверхности нагревательной трубы как минимум на 15 градусов выше точки росы. Избегайте прерывистой работы с низкой-нагрузкой, приводящей к резкому падению температуры стенки трубки; внедрите процедуру предварительного прогрева-запуска, чтобы предотвратить мгновенную конденсацию во время запуска оборудования. Для участков с низкой-температурой отвода дымовых газов необходимо соответствующим образом увеличить плотность нагревательной мощности, чтобы избежать локального переохлаждения и образования кислой жидкой пленки.
Во-вторых, установите на входной стороне устройства десульфурации и денитрификации дымовых газов, а также устройства предварительной обработки обезвоживания. Уменьшите содержание оксидов серы, оксидов азота и паров воды в дымовых газах, чтобы снизить общее значение точки росы и коррозионную активность конденсирующейся жидкости. Регулярно удаляйте частицы пыли и соли из дымовых газов, чтобы избежать осаждения твердых загрязняющих веществ на поверхности труб, которые легко впитывают влагу, образуя локальные области кислотной окклюзии с высокой-концентрацией. Очищенный дымовой газ существенно снижает источник коррозионных сред, вызывающих коррозию точки росы.
В-третьих, нанесите на внешнюю поверхность нагревательных трубок устойчивое к высоким-кислотам-неорганическим керамическим или фторуглеродным покрытиям. Перед сборкой отпескоструйте поверхность трубы до степени Sa2,5, чтобы обеспечить адгезию покрытия. Плотное покрытие может изолировать конденсированную кислую жидкость от прямого контакта с подложкой из нержавеющей стали, сопротивляясь длительной-попеременной эрозии разбавленной кислоты и сухим-влажным циклам. Покрытие также может уменьшить прилипание пыли и соли, что позволяет легко промывать поверхность труб дымовыми газами, что позволяет избежать локального обогащения солями и концентрированной коррозии.
В-четвертых, оптимизировать теплоизоляцию и конструкцию уплотнения от утечек воздуха для отопительного оборудования. Герметизируйте все фланцы, дверцы доступа и соединения трубопроводов, чтобы предотвратить попадание холодного окружающего воздуха в дымоход, что может привести к локальному падению температуры и конденсации росы. Оберните наружную стенку дымохода и отопительной коробки высокотемпературными теплоизоляционными слоями, чтобы уменьшить потери тепла и избежать чрезмерного охлаждения нагревательной трубы в хвостовой части. Располагайте нагревательные трубы в зоне входа в дымоход с высокими-температурами и избегайте установки нагревательных пучков в мертвых зонах с низкими-температурами, где легко скапливается холодный воздух.
Сравнительная проверка в полевых условиях показывает, что нагревательные трубы, работающие при температуре выше точки росы, с кислотостойким-защитным покрытием могут работать непрерывно более 27 месяцев без явного утончения стенок. Напротив, неизолированные низкотемпературные секции обогрева без предварительной обработки дымовых газов подвергаются серьезной кислотной коррозии и перфорации при точке росы в течение 5–9 месяцев. В заключение, поддержание температуры поверхности труб выше точки росы, очистка коррозионно-активных компонентов дымовых газов, нанесение высокоэффективных кислотостойких-покрытий и герметизация теплоизоляционных конструкций могут эффективно сдерживать коррозию точки росы. Все эти-меры по управлению процессом исключают риск переменной сухой-мокрой кислотной коррозии в средах с термическими дымовыми газами, продлевают срок службы отопительного оборудования с рекуперацией отработанного тепла и снижают затраты на техническое обслуживание и замену промышленных тепловых систем.
