Het begrijpen van Flue Gas Scrubber Corrosie Failures

De gaswasmiddelen voor dampen zijn kritische systemen voor verontreinigingsbeheersing in elektriciteitscentrales, cementovens en chemische verwerkingsfaciliteiten. Ze verwijderen zwaveldioxide (SO2), waterstofchloride (HCl) en andere zure verontreinigende stoffen uit uitlaatstromen met behulp van een vloeibare absorbator, meestal een kalksteen of kalkslurry. Hoewel deze systemen essentieel zijn om aan de milieuvoorschriften te voldoen, werken ze onder extreem agressieve chemische en thermische omstandigheden die corrosie-geïnduceerde storingen een hardnekkig en kostbaar probleem maken. Het begrijpen van de mechanismen achter deze storingen en het implementeren van robuuste preventiestrategieën is essentieel voor het behoud van de betrouwbaarheid van de wasser en het vermijden van ongeplande stilstand.

Corrosie in rookgaswassers is geen enkel fenomeen, maar een complex samenspel van chemische reacties, fysieke slijtage en materiële beperkingen. De gevolgen variëren van geleidelijke dunner van structurele componenten tot plotselinge catastrofale storingen die gevaarlijke gassen vrijgeven. Dit artikel biedt een uitgebreid onderzoek van corrosiemechanismen, failure case geschiedenissen, materiaal selectie strategieën, en beste praktijken voor inspectie en mitigatie.

De bedrijfsomgeving van de gasscrubbers

Om te begrijpen waarom corrosie optreedt, is het noodzakelijk om eerst de omgeving in een scrubber vat te waarderen. Het binnenkomende rookgas uit verbrandingsprocessen is typisch warm (150°C.200°C) en bevat zwaveloxiden, waterstofchloride, waterstoffluoride, stikstofoxiden en deeltjes. Wanneer dit gas contact met de recirculerende thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thriller thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread thread threat threat threat threat threat threat threat threat threat threat threat threat threat threat threat threat th

Het wasmachine interieur is onderhevig aan snel veranderende omstandigheden:

  • Temperatuurgradiënten: De gasingangszone (inlaatkanaal en blussectie) ervaart snelle koeling als het warme gas de koeler-mest ontmoet, waardoor thermische stress en condensatie van zure druppels ontstaat.
  • Laag-pH-zones: Ondanks de bulkmest met een pH-streefwaarde kunnen gelokaliseerde gebieden waar vers zuurgas in contact komt met de vloeistof pH-waarden hebben die zo laag zijn als 1
  • Koriumconcentratie: Chloriden afkomstig van steenkoolverbranding of van zeewatergebruik in kustinstallaties accumuleren in de recirculatiemest. Chloridengehaltes kunnen meer dan 50.000 ppm bedragen, waardoor een zeer corrosieve omgeving ontstaat voor gewone roestvrij staal.
  • Erosie-corrosiesynthese: De gier bevat zwevende vaste stoffen (vliegas, kalksteendeeltjes, gips) die beschermende oppervlaktefilms afslijten, waardoor materiaalverlies wordt versneld.

Deze voorwaarden vereisen dat bouwmaterialen en beveiligingssystemen zorgvuldig worden geselecteerd, aangezien zelfs kleine controles kunnen leiden tot snelle afbraak.

Belangrijkste corrosiemechanismen in gaswasmachines

Uniforme corrosie

Uniforme corrosie wordt gekenmerkt door relatief zelfs materiaalverlies over een oppervlak. In wasmachines, dit gebeurt wanneer het gehele bevochtigde oppervlak wordt blootgesteld aan een zure omgeving. Koolstofstaal, dat soms wordt gebruikt in inlaatkanalen of ondersteuningsstructuren van de wasmachine, kan corroderen bij snelheden van meer dan 1

Pitting Corrosie

Pitting is een gelokaliseerde aanval die kleine gaatjes of putten op het metalen oppervlak produceert. Het is bijzonder gevaarlijk omdat de mate van penetratie kan ernstig zijn terwijl het oppervlak lijkt slechts licht beschadigd. Pitting treedt op wanneer de beschermende passieve film op roestvrij staal of andere legeringen breekt in een gelokaliseerd gebied, vaak geïnitieerd door chloride ionen. In wasmachines, chloriden zijn de primaire schuldig. Bijvoorbeeld, een krachtcentrale die zeewater voor het schrobben kan chloride niveaus meer dan 20.000 ppm in het circulerende water zien. Onder deze omstandigheden, gemeenschappelijke austenitische roestvrij staal zoals 304L en 316L zijn gevoelig voor putjes. De put propageert autocatalylylyly: in de put, de oplossing wordt meer zure en geconcentreerd in chloriden, versnellen verdere aanval. Pit dieptes kunnen bereiken verschillende millimeters in maanden, leidend tot perforatie van de wanden van schepen.

Crevice-corrosie

Crevice corrosie treedt op in gaten en afgeschermde gebieden waar de bulkomgeving niet kan bereiken, zoals onder pakkingen, flenzen, afzettingen, of lasonderbiedingen. In scrubbers, vliegas en gips schaal kan zich vestigen op richels en horizontale oppervlakken, waardoor een stagnerende zone onder de afzetting. De differentiële beluchting cel die vormt tot verzuring en chloride concentratie in de spleet. Crevice corrosie is verraderlijk omdat het kan onopgemerkt tot structurele integriteit is aangetast. Speciale aandacht moet worden besteed aan alle flens verbindingen, instrumentatie poorten, en manway openingen.

Stress Corrosie Cracking (SCC)

Stress corrosie kraken combineert trekspanning en een corrosieve omgeving om brosse breuken in normaal gespeende materialen te produceren. In rookgas scrubbers, twee vormen van SCC zijn het meest voorkomende:

  • Chloridestress corrosiekraken (Cl-SCC): Komt voor in austenitische roestvrij staal dat blootgesteld is aan chloriden bij temperaturen boven 60°C. Het inlaatoppervlak van de scrubbers, waar warm gas ingrijpt, is een risicozone. Resterende spanningen door lassen of koude vorming zorgen voor de nodige trekspanning.
  • Kaustieke stress corrosie kraken: Kan optreden in koolstofstaal en roestvrij staal als de pH te alkalisch wordt. Hoewel minder gebruikelijk bij typische wasser werking, kan het gebeuren wanneer bijtende (NaOH) wordt gebruikt voor pH-controle en lokale concentraties zeer hoog worden.

SCC storingen zijn vaak plotseling en catastrofaal. Een enkele scheur kan zich voortplanten door een vaatwand, waardoor een lek of breuk zonder voorafgaande waarschuwing.

Erosie-Corrosie

Erosie-corrosie is de versnelling van corrosie als gevolg van de mechanische verwijdering van beschermende oxide films door schuurdeeltjes. In de wassers, de mest bevat zwevende vaste stoffen die invloed hebben op oppervlakken bij hoge snelheden, met name in ellebogen, spuitmonden en pompbehuizingen. De combinatie van chemische aanval en mechanische slijtage kan het verlies van materiaal te verhogen door een orde van grootte in vergelijking met corrosie alleen. Hoog-gesmolten witte ijzeren en keramische-gelijnde componenten worden vaak gebruikt in dergelijke gebieden.

Materiaal van de bouw voor corrosieweerstand

Het selecteren van het juiste materiaal voor elk onderdeel is de eerste verdedigingslinie. De volgende materialen worden gewoonlijk gebruikt in rookgaswassers, elk met specifieke sterktes en beperkingen.

Roestvrij staal

Austenitische roestvrijstalen, zoals 304L en 316L, worden veel gebruikt, maar hebben beperkte weerstand tegen chloriden. 316L bevat molybdeen, dat de putweerstand verbetert, maar in een omgeving met een hoge chloridewaarde (meer dan 2.000 ppm Cl−), kan het nog steeds ontoereikend zijn. Duplex roestvrij staal, zoals 2205 en 2507, bieden een hogere sterkte en betere putweerstand (gemeten door de putweerstand equivalent aantal, PREN). Bijvoorbeeld, 2507 (PREN > 42) kunnen chloriden tolereren tot 30.000 .40.000 ppm onder typische scrubber omstandigheden. Super austenitische roestvrij staal, zoals 904L en 6% Mo legeringen, worden gebruikt in de meest agressieve zones.

Legeringen op basis van nikkel

Voor extreme chloride en lage-pH omstandigheden worden vaak gespecificeerd, nikkel-gebaseerde legeringen zoals C-276 (UNS N10276) en Legering 625 (N06625). Deze legeringen bieden een uitstekende weerstand tegen zowel put- als stresscorrosiekraken. Echter, hun hoge kosten beperken het gebruik ervan tot kritieke componenten zoals inlaatbluszones, spuitsproeiers en kleine diameter leidingen.

Reactieve metalen (titaan en zirkonium)

Titanium heeft een uitstekende corrosiebestendigheid in chloride-omgevingen, maar kan gevoelig zijn voor spleetroest bij hoge temperaturen (boven 70 °C) en lage pH. Zirkonium biedt nog betere weerstand maar is duur. Deze metalen worden selectief gebruikt op de meest uitdagende locaties.

Niet-metallische materialen

Vezelversterkte kunststof (FRP), polyvinylchloride (PVC) en polypropyleen worden soms gebruikt voor ductwork, stapels en leidingen in lage temperatuur secties. Deze materialen zijn immuun voor galvanische corrosie, maar kunnen af te breken van UV-blootstelling, temperatuurlimieten (meestal onder 90°C voor PVC), en mechanische impact. Rubber voeringen en dual-laminaat constructies (plastic voering in een glasvezel shell) worden ook toegepast.

Beschermende bekledingen en voeringen

Zelfs met zorgvuldige materiaalselectie, vereisen veel wasmiddelen extra bescherming. Coatings en voeringen vormen een barrière tussen de corrosieve omgeving en het structurele substraat (vaak koolstofstaal om kostenredenen).

Dun-filmcoatings

Hoogbouw epoxy, vinylester en polyurethaan coatings worden toegepast bij diktes van 250.500 micron. Ze zijn effectief voor matige service, maar zijn kwetsbaar voor mechanische schade en thermische fietsen. Goede oppervlaktevoorbereiding (schurende stralen op wit metaal) en geschoolde toepassing zijn essentieel, aangezien elk pinhole defect zal een plaats voor onderfilm corrosie worden.

Dikke vleugels

Zware bekledingen, zoals schilferglas versterkt vinylester (toegepast 2

Rubberen voeringen

Chlorobutyl rubber of natuurlijke rubberen bekledingen, 3

Vuurvaste en zuur-resistante stenen

In de inlaatbluszone waar warm gas binnenkomt, kunnen temperaturen te hoog zijn voor organische bekledingen. Zuurbestendige bakstenen bekledingen, ingesteld met kaliumsilicaat of furanharsmortels, worden gebruikt. Deze systemen zorgen zowel voor thermische isolatie als chemische weerstand.

Case studies van scrubber corrosie mislukkingen

Zaak 1: Pitting en Perforatie van een 316L Absorber Shell

Een kolengestookte centrale die een kalk-gypsum natte schrobber gebruikte, had binnen drie jaar na het opstarten regelmatig lekkages in het absorptievat. Het vat werd vervaardigd uit roestvrij staal van het type 316L (UNS S31603). Uit analyse bleek dat de chlorideniveaus in de mest 35.000 ppm bereikten door het gebruik van een gerecycled afvalwaterstroom. Pittingscorruptie vond plaats op meerdere plaatsen, met enkele putten die de gehele 8 mm wanddikte doorboren. De put was geconcentreerd in de bovenste sprayzones waar de vloeistoffilm dun was en chlorideconcentratie optrad. Remediatie vereiste uitgebreide lasoverlay met Legering 625 en een verandering in lager chloride make-upwater. Leer meer over putjes corrosiemechanismen[].

Case 2: Stress Corrosie Cracking in de Inlet Duct

In een chemische fabriek met behulp van een scrubber om HCl en SO2 uit een chloreringsproces te verwijderen, ontwikkelde de inlaatbuis van 304L roestvrij staal na slechts 18 maanden longitudinale scheuren. Het kanaal werkte bij 120°C.150°C en werd blootgesteld aan condenserende zure gassen. Een chloride SCC-mechanisme werd geïdentificeerd, met restlassen stress rijden scheur propagatie. Het kanaal werd vervangen door een 2507 duplex roestvrij staal sectie, en post-weld stress verlichting werd uitgevoerd. Geen verdere kraken vond plaats in de komende vijf jaar.

Zaak 3: Crevice Corrosion under Gypsum Deposits

Een cementfabriek was zwaar gelokaliseerd dunner op horizontale balken in het schip. Uit inspectie bleek dat gipsschaal was opgebouwd op de bovenvlakken van de balken, waardoor een stagnerende, zure omgeving onder de afzettingen. Het materiaal van de bundel was 316L, en putsnelheden 3 mm/jaar onder de schaal. De oplossing bestond uit het herontwerp van het interne waswater systeem regelmatig spoel horizontale oppervlakken, gecombineerd met periodieke off-line reiniging om verzamelde afzettingen te verwijderen. Bovendien werden de balken uitgerust met Legering 625 strip voering in de getroffen gebieden.

Inspectie- en monitoringtechnieken

Vroege opsporing van corrosie is van cruciaal belang om storingen te voorkomen. Een uitgebreid inspectieprogramma voor scrubbers moet omvatten:

Visuele inspectie en test van de kleur Penetrant (PT)

Regelmatige interne inspecties, meestal tijdens geplande uitval, kunnen visuele identificatie van corrosie, kraken en coatingschade. Verf penetrant testen wordt gebruikt om oppervlakte brekende defecten in niet-poreuze materialen detecteren.

Ultrasone dikte (UT) metingen

UT is het primaire hulpmiddel voor het kwantificeren van wandverlies van uniforme corrosie en putjes. Een rooster van diktemetingen wordt genomen op de scheepsschil en kritische leidingen in de tijd, waardoor het mogelijk is de corrosiesnelheden te berekenen. Geavanceerde C-scan technieken bieden een kaart van de resterende dikte.

Radiografische test (RT)

RT wordt gebruikt om lasnaden te inspecteren en interne putjes of laminaten te detecteren. Digitale radiografie biedt snellere resultaten en eenvoudiger archivering.

Monitoring van akoestische emissies (AE)

AE is een real-time techniek die stressgolven detecteert die worden gegenereerd door actieve kraken of coatings loskoppelen. Het kan worden gebruikt tijdens hydrotesten of zelfs tijdens het gebruik om gebieden van voortdurende schade te identificeren. AE is bijzonder nuttig voor het detecteren van SCC voordat het een lek veroorzaakt.

Corrosiepercentage van de sondes en online monitoring

Elektrische weerstand (ER) sondes en lineaire polarisatieweerstand (LPR) sondes kunnen worden geïnstalleerd in scrubber circulatie lussen om onmiddellijke corrosiesnelheden te meten. In combinatie met pH, chloride en temperatuur sensoren, deze bieden continue gegevens die kunnen worden gebruikt om chemische dosering te optimaliseren of detecteert verstoorde omstandigheden.

Preventieve en mitigatiestrategieën

Procesbesturing

Het behoud van een optimale pH in de absorptieslurry is de meest effectieve manier om corrosie te verminderen. Een pH onder 4.5 verhoogt de corrosiesnelheid voor de meeste materialen. De meeste wasmachines werken tussen pH 5.0 en 6.0 voor een maximale SO2-verwijderingsefficiëntie, maar er komen excursies naar een lagere pH voor tijdens belastingsveranderingen of onderbrekingen van het kalkvoer. Betrouwbare pH-sensoren en robuuste controlelussen zijn essentieel. De chlorideconcentratie moet worden gecontroleerd door het gebruik van bloedstromen (zuivering van de mest uit het systeem) of door gebruik te maken van laagchloride make-upwater. De chloridespiegels boven 20.000 ppm moeten leiden tot een beoordeling van de materiaalselectie.

Chemische remmers

Corrosieremmers kunnen aan de gier worden toegevoegd om een beschermende folie op metalen oppervlakken te vormen. Molybdate- en nitriet-gebaseerde remmers worden soms gebruikt, maar ze kunnen snel worden geconsumeerd in de hoog-vaste omgeving en kunnen de scheikunde van de wasmachine verstoren. Organofosfonaten en azolen zijn ook onderzocht. Het gebruik van remmers vereist een zorgvuldige evaluatie om nadelige effecten op de gipskwaliteit of afvalbehandeling te voorkomen.

Ontwerpverbeteringen

De aandacht voor ontwerpdetails kan de levensduur aanzienlijk verlengen. Bijvoorbeeld:

  • Vermijd spleten door het gebruik van volledige penetratielassen en het elimineren van steunbalken.
  • Zorg voor afvoeren op lage punten om vochtophoping te voorkomen.
  • Ontwerp voor toegankelijkheid om reiniging en inspectie mogelijk te maken.
  • Gebruik grotere radii in de buizen ellebogen om erosie-corrosie te verminderen.
  • Installeer watersproeiers om schaalafzettingen op horizontale oppervlakken te verwijderen.

Operationele beste praktijken

Procedures zoals na het uitspoelen spoelen met zoet water om zure residuen te verwijderen, de juiste concentratie van de giervaste stoffen te handhaven om erosie te verminderen, en het vermijden van overmatige temperatuurgradiënten tijdens start-ups en uitschakelingen dragen allemaal bij tot corrosiebeheersing.

Conclusie

Corrosie-geïnduceerde storingen in rookgaswassers blijven een belangrijke operationele uitdaging voor alle industrieën die afhankelijk zijn van deze systemen voor verontreinigingsbeheersing. De agressieve chemische omgeving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Terwijl de kosten van de uitvoering van corrosiebestendige legeringen en hoge prestaties voeringen kunnen aanzienlijk zijn, is het bijna altijd lager dan de kosten van ongeplande uitval, noodreparaties en wettelijke sancties. Een proactieve aanpak die de juiste materiaalkeuze combineert met strenge monitoring en onderhoud programma's zal de levensduur van scrubber systemen maximaliseren, ervoor zorgen dat ze blijven voldoen aan milieudoelstellingen betrouwbaar en veilig.

Zie NACE International's richtsnoeren inzake corrosie bij natte wasmachines en EPA technische richtsnoeren voor rookgasontzwavelingsmaterialen [.