Comprendere Flue Gas Scrubber Corrosion Falls

I gassosi sono sistemi di controllo dell'inquinamento critico nelle centrali elettriche, nei forni di cemento e nelle strutture di lavorazione chimica. Eliminano l'anidride solforosa (SO2), il cloruro di idrogeno (HCl), e altri inquinanti acidi dai flussi di scarico utilizzando un liquido sorbente, più comunemente un calstone o un liquame di calce, mentre questi sistemi sono essenziali per soddisfare le robuste normative ambientali, operano in condizioni chimiche e termiche estremamente aggressive che rendono l'affidabili l' affidabilità dei costi di corrosione.

La corrosione negli scrubber di gas di combustione non è un fenomeno unico ma un complesso gioco di reazioni chimiche, usura fisica e limitazioni materiali. Le conseguenze vanno dalla graduale disinnesto dei componenti strutturali a improvvisi fallimenti catastrofici che rilasciano gas pericolosi. Questo articolo fornisce un esame completo dei meccanismi di corrosione, casi di guasto, strategie di selezione dei materiali e migliori pratiche per l'ispezione e la mitigazione.

L'ambiente operativo dei gas di scarico

Per capire perché si verifica la corrosione, è necessario prima apprezzare l'ambiente all'interno di un vascello di lavaggio. Il gas di combustione in entrata dai processi di combustione è tipicamente caldo (150°C - 200°C) e contiene ossidi di zolfo, cloruro di idrogeno, fluoro di idrogeno, ossidi di azoto e materia di particolato.

L'interno della lavanda è soggetto a condizioni in rapida evoluzione:

  • I gradienti di temperatura:[ La zona di ingresso del gas (set di ingresso e di quench) sperimenta un rapido raffreddamento in quanto il gas caldo incontra la liquami di raffreddamento, creando stress termico e condensazione di gocce acide.
  • Low-pH zone:[] Nonostante la massa di liquami che hanno un pH di destinazione, aree localizzate dove i contatti di gas acido fresco possono avere valori di pH inferiori a 1–2, specialmente vicino all'ingresso e agli eliminatori di nebbia.
  • Concentrazione di cloruro:[] I cloruri della combustione del carbone o dell'acqua marina nelle piante costiere si accumulano nella liquami ricircolanti. I livelli di cloruro possono superare i 50.000 ppm, creando un ambiente altamente corrosivo per gli acciai inossidabili comuni.
  • Sinergia di corrosione-erosione:[ Il liquame contiene solidi sospesi (shsh di volo, particelle di calcare, gypsum) che abradono film di superficie protettiva, accelerando la perdita di materiale.

Queste condizioni richiedono che i materiali da costruzione e i sistemi protettivi vengano selezionati con cura, poiché anche le piccole sovrastuzioni possono portare a un rapido degrado.

Principali Meccanismi di Corrosione in Flue Gas Scrubbers

Corrosione uniforme

La corrosione uniforme è caratterizzata da una perdita relativamente uniforme di materiale su una superficie. Nei scrubber, questo avviene quando l'intera superficie bagnata è esposta ad un ambiente acido. L'acciaio al carbonio, che viene talvolta utilizzato nei condotti di ingresso dello scrubber o nelle strutture di supporto, può corrodere a tassi superiori a 1-2 mm all'anno se non è stato protetto. La reazione è semplice: acido solforico (formato quando SO2 si dissolve e ossida) attacca il ferrofa

Corrosione di Pittura

La verniciatura è un attacco localizzato che produce piccole cavità o pitture sulla superficie metallica. È particolarmente pericoloso perché la dimensione della penetrazione può essere grave mentre la superficie appare solo leggermente danneggiata. Pitting si verifica quando il film passivo protettivo su acciaio inossidabile o altre leghe si rompe in una zona localizzata, spesso avviato da ioni cloruri.

Corrosione di Crevice

La corrosione dei dispositivi avviene nelle zone di vuoto e schermate dove l'ambiente di massa non può raggiungere, come nelle guarnizioni, nei flange, nei depositi o nelle sottotaglie di saldatura. In scrubber, la cenere mosca e la scala di gesso possono stabilirsi su ledges e superfici orizzontali, creando una zona stagnante sotto il deposito.

Cracking di corrosione di stress (SCC)

La corrosione di stress che si rompe combina lo stress traslitto e un ambiente corrosivo per produrre fratture fragili in materiali normalmente duttili.

  • Clucido di corrosione di sforzo di cloruro (Cl-SCC): Occurs in acciai inossidabili austenitici esposti a cloruri a temperature superiori a 60°C. L'area di ingresso di scrubber, dove le impinge a gas caldo, è una zona ad alto rischio.
  • Caustic stress corrosione cracking:[] Può verificarsi in acciaio al carbonio e acciaio inossidabile se il pH diventa troppo alcalino. Mentre meno comune nel tipico funzionamento della scrubber, può accadere quando caustico (NaOH) è utilizzato per il controllo del pH e le concentrazioni locali diventano molto alte.

I guasti SCC sono spesso improvvisi e catastrofici: una singola crepa può propagarsi attraverso una parete di un vaso, causando una perdita o una rottura senza preavviso.

Erosione-Corrosione

In scrubbers, la liquami contiene solidi sospesi che impinge su superfici ad alta velocità, in particolare nei gomiti, ugelli a spruzzo e involucri di pompa. La combinazione di attacco chimico e usura meccanica può aumentare i tassi di perdita del materiale da un ordine di grandezza rispetto alla corrosione da sola.

Materiali di costruzione per resistenza alla corrosione

La scelta del materiale giusto per ogni componente è la prima linea di difesa, i seguenti materiali sono comunemente utilizzati negli scrubber per gas di scarico, ciascuno con specifiche forze e limitazioni.

Acciaio inossidabile

Gli acciai inossidabili austenitici, come 304L e 316L, sono ampiamente utilizzati ma hanno una resistenza limitata ai cloruri. 316L contiene molibdeno, che migliora la resistenza al pitting, ma in ambienti ad alto cloruro (sopra 2.000 ppm Cl−), può ancora essere inadeguato.

Leghe a base di nichel

Per condizioni di cloruro estremo e basso-pH, leghe nichel-based come C-276 (UNS N10276) e la lega 625 (N06625) sono spesso specificate. Queste leghe offrono un'eccellente resistenza sia alla corrosione di pitting che allo stress cracking. Tuttavia, il loro alto costo limita il loro uso a componenti critici come le zone di quench di entrata, gli ugelli di spruzzo e la tubazione di piccolo diametro.

Metalli reattivi (titanio e zirconio)

Il titanio ha una notevole resistenza alla corrosione negli ambienti cloruri, ma può essere suscettibile alla corrosione crespo ad alte temperature (sopra 70°C) e a basso pH. Zirconium fornisce una resistenza ancora migliore, ma è costoso. Questi metalli sono utilizzati selettivamente nelle posizioni più difficili.

Materiali non metallici

Plastica rinforzata con fibra (FRP), cloruro di polivinile (PVC), e polipropilene sono talvolta utilizzati per la lavorazione di condotte, pile e tubazioni in sezioni a bassa temperatura. Questi materiali sono immuni alla corrosione galvanica ma possono degradarsi dall'esposizione ai raggi UV, limiti di temperatura (tipicamente inferiori a 90°C per PVC), e impatto meccanico.

Rivestimenti e rivestimenti protettivi

Anche con un'attenta selezione dei materiali, molti componenti di lavaggio richiedono una protezione aggiuntiva. I rivestimenti e i rivestimenti forniscono una barriera tra l'ambiente corrosivo e il substrato strutturale (spesso acciaio al carbonio per motivi di costo).

Rivestimenti in sottile

I rivestimenti in epossidico, in vinile estere e poliuretano sono applicati a spessori di 250–500 micron, efficaci per un servizio moderato ma vulnerabili ai danni meccanici e al ciclo termico.

Fodera spessa

I rivestimenti pesanti, come l'estere in vinile rinforzato in vetro fiocco (spesso 2-4 mm) o l'epossico riempito in ceramica, offrono una maggiore durata. Le piastrine in vetro flake orient parallele alla superficie, creando un percorso tortuoso per la permeazione. Questi rivestimenti sono ampiamente utilizzati nei vasi, serbatoi e duttile di lavaggio. Tuttavia, richiedono riparazione se danneggiato, e perdita di adesione può verificarsi.

Fodera in gomma

I rivestimenti in gomma clorobutil o gomma naturale, di spessore 3-6 mm, sono spesso applicati ai vasi di lavaggio in acciaio al carbonio, altamente resistenti agli acidi minerali e all'attacco cloruro, ma non possono sopportare temperature superiori a 90°C senza degradazione, richiedono anche un'attenta manipolazione per evitare la penetrazione meccanica.

Mattoni recidivi e acid-resistenti

Nella zona di immissione in legno dove entra il gas caldo, le temperature possono essere troppo elevate per i rivestimenti organici. I rivestimenti in mattoni resistenti agli acidi, con set di silicati di potassio o malte di resina furan, sono utilizzati.

Case Studies of Scrubber Corrosion Falls

Caso 1: Pittura e Perforazione di una Shell assorbente 316L

Un impianto di alimentazione a carbone con uno scrubber a umido calcare-gesso ha sperimentato frequenti perdite nel recipiente assorbente entro tre anni dall'avvio. Il vaso è stato fabbricato da tipo 316L acciaio inossidabile (UNS S31603). L'analisi ha mostrato livelli di cloruro nel liquame aveva raggiunto 35.000 ppm a causa dell'uso di un flusso di acqua di scarico riciclato.

Caso 2: Stress Corrosion Cracking nel condotto di ingresso

In un impianto chimico che utilizza uno scrubber per rimuovere HCl e SO2 da un processo di clorazione, il condotto di ingresso costruito in acciaio inossidabile 304L ha sviluppato fessure longitudinali dopo soli 18 mesi. Il condotto ha funzionato a 120°C-150°C ed è stato esposto a gas acidi condensanti.

Caso 3: Corrosione di Crevice sotto depositi di gesso

La pulizia interna dell'impianto di cemento ha subito una grave diradamento localizzato sulle travi orizzontali all'interno della nave. L'ispezione ha rivelato che la scala di gesso aveva costruito sulle superfici superiori dei travi, creando un ambiente stagnante e acido sotto i depositi. Il materiale del fascio era 316L, e i tassi di pitting hanno raggiunto 3 mm/anno sotto la scala. La soluzione ha coinvolto la ridisegnazione del sistema di acqua lavabile per regolare superfici orizzontali, combinate con una striscia di deformazione periodica.

Tecniche di ispezione e monitoraggio

Il rilevamento precoce della corrosione è fondamentale per prevenire i guasti. Un programma di ispezione completo per i scrubber dovrebbe includere:

Test di ispezione visiva e diapatica (PT)

I controlli interni regolari, tipicamente durante le interruzioni programmate, consentono l'identificazione visiva di corrosione, cracking e danni al rivestimento.

Spessore ultrasuoni (UT) Misure

UT è lo strumento principale per quantificare la perdita di parete da corrosione uniforme e pitting. Una griglia di letture di spessore è presa sulla shell del vaso e tubazioni critiche nel tempo, permettendo il calcolo dei tassi di corrosione.

Test radiografici (RT)

RT viene utilizzato per ispezionare saldature e rilevare pitting o laminazioni interne. La radiografia digitale offre risultati più rapidi e archiviazione più facile.

Monitoraggio delle emissioni acustiche (AE)

AE è una tecnica in tempo reale che rileva le onde di stress generate da cracking attivo o da disaccoppiamento del rivestimento. Può essere utilizzato durante l'idrotesting o anche durante l'operazione per identificare le aree di danno in corso.

Sonde e monitoraggio online

Le sonde di resistenza elettrica (ER) e le sonde di resistenza alla polarizzazione lineare (LPR) possono essere installate in loop di circolazione del scrubber per misurare i tassi di corrosione istantanei.

Strategie preventive e mitigative

Controllo di processo

Il pH inferiore a 4,5 aumenta notevolmente i tassi di corrosione per la maggior parte dei materiali di lavaggio funzionano tra pH 5.0 e 6.0 per la massima efficienza di rimozione SO2, ma le escursioni per abbassare il pH si verificano durante i cambiamenti di carico o le interruzioni di alimentazione calcarea. I sensori di pH affidabili e i cicli di controllo robusti sono essenziali.

Inibitori chimici

Gli inibitori della corrosione possono essere aggiunti al liquame per formare un film protettivo sulle superfici metalliche. Gli inibitori a base di molibdato e nitrito sono talvolta utilizzati, ma possono essere consumati rapidamente nell'ambiente ad alto livello e possono interferire con la chimica dello scrubbing.

Miglioramenti di progettazione

L'attenzione ai dettagli del design può estendere significativamente la vita utile.

  • Evitare i fessure utilizzando saldature a piena penetrazione ed eliminare le barre di sostegno.
  • Fornire scarichi a punti bassi per prevenire l'accumulo di liquido.
  • Progettazione per l'accessibilità per consentire la pulizia e l'ispezione.
  • Utilizzare radii più grandi in gomiti di tubazione per ridurre l'erosione-corrosione.
  • Installare ugelli di acqua di lavaggio per rimuovere depositi di scala su superfici orizzontali.

Migliori pratiche operative

Procedure come risciacquo post-shutdown con acqua dolce per rimuovere residui acidi, mantenendo la corretta concentrazione di solidi di liquami per ridurre l'erosione, e evitando eccessivi gradienti di temperatura durante le startup e le interruzioni contribuiscono al controllo della corrosione.

Conclusioni

I guasti indotti dalla corrosione negli scrubber del gas di combustione rimangono una sfida operativa significativa in tutte le industrie che si affidano a questi sistemi di controllo dell'inquinamento. L'ambiente chimico aggressivo - caratterizzato da pH basso, alte concentrazioni di cloruro, temperature elevate e solidi erosivi - richiede un approccio multi-pronged alla selezione dei materiali, sistemi protettivi, controllo dei processi e ispezione.

Mentre il costo di implementare leghe resistenti alla corrosione e rivestimenti ad alte prestazioni può essere sostanziale, è quasi sempre inferiore al costo di outages non pianificati, riparazioni di emergenza e sanzioni normative.Un approccio proattivo che combina la scelta del materiale corretta con programmi di monitoraggio e manutenzione rigorosi massimizzerà la durata di servizio dei sistemi di scrubber, garantendo loro di continuare a soddisfare gli obiettivi ambientali in modo affidabile e sicuro.

Per ulteriori informazioni, vedere NACE International's linee guida sulla corrosione in scrubbers umidi[[] e EPA guida tecnica sui materiali di desolforazione del gas di combustione[[.