镀搪的交流换热器的质量对其使用使命的影响

镀搪的交流换热器的质量对其使用使命的影响AntonW.C.M.vanDijk2003年5月HansJ.B.M.Derksen2005年3月FERROTECHNIEK的技术介绍:热交换器新消息改良的镀搪瓷拥有更出色的抗腐蚀性能目录:1.导言2.换热器的表面要求2.1腐蚀性作用2.2通过搪瓷提供防腐蚀保护3.对产品质量有影响的因素3.1钢材3.2镀搪3.3包装3.4设计4.使用寿命计算5.经济意义6.总结1.导言在这篇介绍中，我们首先告诉您有关烟气对换热器的腐蚀性问题以及如何使用搪瓷外层延缓腐蚀过程。此外，您还会了解我们在搪瓷质量方面所取得重大突破和进步。在使用换热器的过程中，伴随而来的是缓慢而持久地热交换功能减弱。这通常是由侵蚀，腐蚀和污垢等引起的。由于和产品的使用寿命密切相关，搪瓷和包装这些参数非常重要。您会了解到钢，搪瓷，涂施搪瓷的过程，搪瓷特性和正确的包装方式这些各种因素对于换热器使用寿命的作用和影响。另外，这篇介绍还包括一些关于换热板筐设计的有用信息。本介绍末尾的计算机程序会让您获得产品的预期使用寿命。2.换热器的表面要求在脱硫和脱氮发电厂中，用于调节温度的换热器直接接触烟气。为了确保他们能够多年换热，换热器的表面必须满足以下要求：-高效传热-低流阻-表面易于清洁-防腐蚀，防侵蚀，抗污-在恶劣条件下使用寿命长-良好的表面特性-抗温度冲击-防火-便于拆卸更换2.1腐蚀性作用(图1)如图所示的破损处：泡眼，刮痕，豁口以及边角包覆缺失等，暴露出基础材料。这些腐蚀性作用一般开始于水和蒸汽遇基础材料的接触：Fe+2H2O--Fe(OH)2+H2首先，铁的氢氧化物会使钢材钝性化，从而为其提供一层抗腐蚀性外层。但是由于冷凝器中的烟气含有或多或少的浓缩的矿物质，会导致这层钝性外层慢慢地按照以下步骤溶解。参见化学反应：Fe(OH)2+2H3OX--FeX2+4H2O这里起重要的作用的是酸离子H3O+,它来自于水溶液中矿物酸的离解反应。如果冷凝物中含有过剩的H3O+酸离子越多，金属的腐蚀性反应就越快。由于酸离子持续释放和铁盐的快速排出，铁的溶解是呈直线的。不幸的是，许多实验都证实了：不仅是未经处理的烟气冷凝物，还有经过脱硫和脱氮处理的烟气的冷凝物，都会形成严峻的腐蚀性作用。干净遇水生成硫酸，有极强腐蚀性。另外，由过量的氨和二氧化硫遇到来自DENOX中的水，Defects(pores)(ISO8289methodB)Fe←→Fe+++2e-2e-+2H2O←→H2↑+2OH-Partofelectrochemicalreaction图1也会生成数值很低的酸碱值。除了不同的冷凝物的电化学冲击外，我们还要注意烟气中微小颗粒带来的机械性磨损。烟气中的灰尘造成搪瓷层表面的磨损，从而使气泡结构外露，这样就形成了泡眼。此外，换热器中的任何堵塞都会对工作性能有不利影响。所以，阶段性的对换热器进行清洁，是非常重要的。这也是为什么搪瓷受到青睐的原因，因为搪瓷很抗污。因此，最重要的是要确保腐蚀性的化合物不与钢材发生反应。搪瓷层必须防止反应发生。换热器上最容易受到侵蚀的地方就是那些有破损处的地方。（参照ISO8289，比如：划痕，泡眼，包覆不充分的边角和破损处）2.2搪瓷提供的抗腐蚀保护搪瓷表面的腐蚀被视为危险的侵蚀。厚度为0,12–0,18mm的搪瓷层被用来抵抗对金属核心的腐蚀性冲击，这会有什么样的作用？假定金属核心完全被搪瓷包覆，抗腐蚀保护作用完全由搪瓷的特性来决定。FerroTechniek持续为完善搪瓷的特性而努力。自从2005年2月起，FerroTechniek使用的换热器搪瓷的抗腐蚀性性能得到了显著的提高。下表说明在哪些方面有了进步:硫酸H2SO4:提高3倍氢氧化钠NaOH:提高3倍氟化氢HF:`提高2倍水蒸气:提高2倍盐酸HCI:提高2倍这些进步的结果是换热板片的更长的使用寿命。尤其引人注目的是其对氟化氢的抵抗能力非常显著。一般的换热器搪瓷由石英，钛氧化物，硼酸，碱，碱土氧化物和氟化合物构成，在1250摄氏度以上的温度条件下会融化成类玻璃体（图2）。我们知道，这些搪瓷由惰性化合物（如二氧化硅，二氧化钛和三氧化二硼）组成。另外，氧化钠，氧化锂，氧化钾，氧化钙和氟为搪瓷化合物提供了一个降低的熔点。这对于搪瓷的良好的可使用性是很必要的，但是同时会减弱搪瓷化合物的Compositionofachemicalresistantenamel图2Compounds%SiO257B2O39Na2O11K2O2CaO3BaO3TiO26Li2O3CoO2.8NiO1.2F2化学特性。氧化钴和氧化镍被用来获得最佳的搪瓷附着能力。因此，用于换热器的搪瓷要达到化学抗性和可使用性之间的妥协。另外，现今使用的换热器的搪瓷是一种封闭的，几乎是理想的抗腐蚀性涂层。即使在100摄氏度的温度时，酸和液体浓缩物质对搪瓷层造成轻微冲击（图3）。一个负面的例外情况是氟化氢(HF),在废弃的冷凝物中也发现了这种物质。氢氟酸对于搪瓷层的侵蚀的结果就是搪瓷的主要构成物二氧化硅（Silicondioxide）[3.]的溶解。(SiO2)enamel+6HF--H2SiF6+2H2O氟的浓度越高，酸碱值越低，二氧化硅的溶解反应就越快。而腐蚀作用产物氟硅酸（H2SiF6）中过量的酸，又会生成氢氟酸。H2SiF6+2H2O--SiO2.aq¯+6HF冷凝物中少量的氢氟酸造成的结果是，搪瓷表层被溶解，气泡结构中的大气泡会被暴露出来。这是，酸液就开始侵蚀金属核心部分了。氢氟酸凝聚物会导致很多可能。大部分的氢氟酸与飞尘结合，在露点到达之前，在烟气脱硫发电厂中被消除。试验证明，在正常的操作条件下（我们是指未处理过的烟气中含有10ppm单位的氢氟酸），很少发生由氢氟酸[6.]引起的对于镀搪换热器部件的损害。图3Corrosionattackafterboilingforonehourin:EnamelsteelCortensteelGroundenamelHeatexchangerenamel10%NH4HSO4400g/m2400g/m20,10g/m210%NH42SO420g/m230g/m23g/m20,02g/m230%H22SO46.000g/m24.500g/m22.000g/m20,20g/m2Water0,6g/m20,4g/m20,02g/m2Watervapour0,2g/m20,3g/m20,10g/m230%HCL0,10g/m230%HNO30,05g/m23.对产品质量有影响的因素:在这个质量圈中(图4)您可以看见不同参数对于包装好的换热器的质量的影响作用。3.1钢材六十年代，用于换热器的钢材为低碳钢。根据ISO8289的方法B记载，镀搪层的大量破损（多达500/m2），是由钢材中还存在的碳和大幅度的反应引起的。随着越来越多的换热器用于脱硫发电厂，减少（换热器）破损是非常必要的。源于破损处的侵蚀渐渐地会进入到镀搪元件的金属核心处。八十年代时期，由于使用脱碳处理的钢材（图5），破损处的数目减少到150个每m²。九十年代初期，脱碳钢的进步：更小幅度的反应（=重量减轻），使得破损图4图5EN10209Coldrolledlowcarbonsteelflatproductsforvitreousenamelling•DC01EK•DC04EKlowcarbonsteel(0,08%C)•DC03ED•DC04EDdecarbonisedsteel(0,004%C)•DC06EK•DC06EDmicroalloyedwithTiforbindingCandNQualitycircleQualityofpackedenamelledheatexchangersInteractionofthemanyfactorsonquality处数目减少到75个每m²。[4.][5.]FerroTechniek指定15–31克/m²(根据EN10209appendixC)的酸洗速度和一种具有氢渗透性能的钢材，从而保证镀搪后不会出现鱼鳞块现象（图6）。3.2镀搪此外，对钢材进行好的预处理和使用性能好的搪瓷，也在搪瓷层的抗腐蚀保护中起到很重要的作用。“欧洲搪瓷授权条例2004”(EEA2004)要求，空气-烟气预热器中使用的换热器每平方米破损要少于50个，烟气-烟气预热器中使用的换热器每平方米破损要少于20个。在欧洲标准prEN14866中写道:(用于空气-烟气和烟气-烟气换热器中的镀搪的包装好的换热板—详细说明)空气-烟气预热器每平方米的破损要少于50个，烟气-烟气预热器每平方米的破损要少于15个。如今，FERROTechniek公司有能力制造高质量的镀搪换热板篇，每平方米最多只有5个破损。在(图7)清楚表明：在（参照ISO8289methodB）测量出的破损数目和搪瓷的气泡结构之间有一定关联。这也说明，实际形成的腐蚀性部位的数目要高于安装之前观察测量出的破损数目。图6图7FCERT0059EQualityrequirementsforsteel,usedforheatexchangers,forvitreousenamelling•FishscalesensitivityTH120accordingtoEN10209annexB,methodB1,ornofishscalesaccordingtoEN10209annexB,methodB2asdescribedinFCERT0132E•Picklingweightloss:15-31g/m2forgradeDC03EDandDC04ED19-35g/m2forgradeDC06EDaccordingtoEN10209annexCBubblestructure/corrosionspots/defects(ISO8289)(图8)这里展示了搪瓷和钢材的附着能力对基础材料质量减失的影响作用，这会影响换热器的使用寿命长短。预处理中给钢材镀上镍层，能够确保最佳的（搪瓷）附着能力。此外，镀搪所采用的方法也对抗腐蚀层的质量有重要意义。KEMA[2.]的研究证明，湿法静电喷涂的搪瓷比用干粉静电喷涂方式更优越，能对刮痕起到更好的保护作用(图9)。干粉喷涂元件的镀搪层相比湿喷的元件更容易破损。镀搪元件装入集装筐时，因为干粉镀搪的元件通常更容易破损，采用湿喷镀搪技术更显示出优越性。(图10,11和12)此外，同湿静电镀搪元件的几乎100%的包覆率相比较，干粉镀搪（同时结合使用在搪瓷悬浮液中浸蘸镀搪的方法）元件得到的理想的边角包覆率较低，最多达到80%。这就是为什么FerroTechniek在尝试各种各样的镀搪方法，包括浸蘸法，粉末喷涂法和电解沉淀法之后，选定湿静电镀搪法的原因。这也可以解释，为什么我们可以承诺98%以上的边角包覆率。图8图9图10AdherenceversuscorrosionrateCrackresistanceTestmethodedgecovering•PicklingofthetestplatesinH2SO4•Measurementofthecurrentthoughtheedgeoftheplate.Theplateisplacedin3%NaCl.•Themeasuredcurrentmatchwiththenon-coveredsurface.•Agraphicshowsthe%edgecoveringHandlingtestmethodedgecovering金属核心边角包覆上取得的进步能够大幅度地延长换热器的使用寿命。实验室的测试证明，边角包覆率超过95%以上时，能够显著延缓腐蚀作用。从边角开始的腐蚀过程是呈直线性的。高于95%的边角包覆率能够明显避免腐蚀作用，尤其是在初期阶段，从而延长产品的使用寿命。在（图13）中可见：不同的边角覆盖率直接影响到使用寿命。只有超过95%的边角覆盖率才能够减缓腐蚀作用的速度。这就可以解释，为什么FerroTechniek提供98%的边角包覆率。参照欧洲标准prEN1