Aangetaste aluminium beplating en aangetaste stalen regelaars als gevolg van dauwpunt onderschrijding aanwezigheid van zoutzuur.. (Foto ARN, de Weijer 27 ).

Figuur 8. De bochten in gevinde pijpen van een warmtewisselaar in een afgassenketel, die last had van nitraat SCC.. De foto onder laat een lichtmicroscopische opname zien van een gepolijst en geëtst oppervlak waar de scheurvorming was opgetreden. (Foto KEMA, Leferink 12 ).

Wally Huijbregts

Handboek Stoom, Uitgeverij Nassau, april 2007, pg. 7120-1 t/m 7120-39 (paper 63)

Volledige publicatie pdf

Samenvatting

Wanneer condensatie in gassen optreedt kunnen er afhankelijk van gassamenstelling en temperaturen vloeistoffen condenseren die aardig corrosief kunnen zijn.

Voorbeelden daarvan zijn:

• De condenserende hoog rendementsketels, waar men in de beginjaren veel last ondervond van condenserend zwavelzuur op het aluminium.
• Condensatie in luchtvoorwarmers (LUVO) bij met olie gestookte ketels.
• Condensatie in afgassenketels, waarbij nitraten condenseren en deze spanningscorrosie (SCC) kunnen verooorzaken.
• Condensatie van nitraten in de recuperator van hoogoven installaties met als gevolg nitraat SCC.
• Condensatie van chloriden en sulfiden in reducerende gasatmosferen op verdamperpijpen en in afvalverbrandingsinstallaties.

De volgende onderwerpen komen aan de orde:

1. Condensatie van de gassen SO 3 , SO 2 ,HCl en NO 2 .
2. Dauwpunten van deze gassen
3. Concentratie van het eerstgevormde condensaat
4. De hoeveelheid van het gevormde condensaat
5. Condensatie van metaalchloride in verbrandingsgassen
6. Condensatie en afzetting van ammoniumnitraat
7. Corrosie in de praktijk:
8. Atmosferische corrosie bij opslag
9. Nitraat spanningscorrosie in luchtverhitters
10. Afgassenketels warmtewisselaars en “cold casings”
11. Corrosie in een afvalverbranding installatie
12. Invloed staalsamenstelling
13. Corrosie in condensaat
14. Corrosie in zwavelzuur
15. Interkristallijne corrosie in nitraat

Figuur 2. Dauwpunten van SO 3 bij verschillende watergehalten van het gas berekend volgens de formule van Verhoff.

.

Figuur 3. De zwavelzuur concentratie van het eerste condensaat is af te leiden van de kooklijn in het SO 3 -H 2 O fasediagram.

Figuur 4. Dampdrukken van salpeterzuur en water in afhankelijkheid van zuurconcentratie en temperatuur Om de concentratie van het salpeterzuur condensaat te bepalen kan men uitgaan van het evenwicht dampdruk diagram van Hoftyzer 8 .

Figuur 5 Zuur afzettingsnelheden in geval van zwavelzuur condensatie uit een gas volgens de berekeningsmethode van Land.

Figuur 6. Er kan ook condensatie optreden waarbij geen vloeistoffen maar vaste verbindingen condenseren. Met thermodynamische berekeningen is de meest stabiele loodverbinding die in een oxiderende gasatmosfeer met 50 vppm HCl condenseert. De lood condensatie temperatuur bedraagt 950°C. Onder oxiderende gascondities ligt de condensatie temperatuur van loodsulfaat afhankelijk van de concentratie aan HCl tussen 950 en 660°C. Het condensatie product is dan PbSO 4 . Dit wordt samen met het vliegas door het rookgas afgevoerd

Figuur 7. De thermodynamische stabiele loodverbindingen die in een in een reducerende gasatmosfeer met 10000 vppm HCl condenseert. De lood condensatie temperatuur bedraagt 430°C. Onder reducerende condities is de condensatie temperatuur veel lager, namelijk in het gebied van 680 tot 430°C. Bij lagere concentraties aan HCl ontstaat nog het PbS, bij hogere concentratie gaat het PbCl 2 als eerste condenseren. Deze producten condenseren op de verdamperpijpen en oververhitters bij duidelijk lagere temperaturen dan de rookgastemperaturen in de ketel ter plaatse van deze componenten. Vervelend is dat een deel van het lood in de gestookte poederkool bestaat uit Pb 210 , een radioactief product.

De chloriden van de metalen Pb, Sn, Zn en As hebben ook dit condensatie patroon. De verbindingen vormen laagsmeltende zout eutectica, die zeer corrosief zijn. Reducerende gassen komen voor in Low Nox ketels met niet goed afgestelde kolenbranders en in afvalverbrandingsinstallaties.

Figuur 9. Verschillende materialen (C-staal, Corten, AISI 316 en Aluminium ) vertonen een maximum corrosiesnelheid bij verschillende zwavelzuur concentraties. Het materiaal aluminium heeft tot 40% zwavelzuur de laagste corrosiesnelheid., vandaar dat het veel wordt toegepast in hoog rendement verwarmingsketels.

Figuur 10. Correlatie tussen gemeten en berekende kritische nitraat concentratie. In de afgelopen jaren werden de stalen afkomstig van schade als gevolg van nitraat spanningscorrosie geanalyseerd op chemische samenstelling en de kritieke nitraat concentratie berekend. Er was geen verschil in weerstand tussen de stalen C-staal en 15Mo3.

Conclusies

•  Ofschoon er in de litteratuur voldoende kennis aanwezig is over condensatie van corrosieve gassen worden er veel ontwerpfouten gemaakt in technische installatie. Bedrijf onder condities van condenserende gassen maakt het noodzakelijk zorgvuldig na te denken over de bedrijfstemperaturen en de risico's van condensatie.

•  Aanbrengen van isolatie aan de binnenzijde van het rookgaskanaal en/of ketel (hot casing) is goedkoper dan het aanbrengen aan de buitenzijde (cold casing), maar geeft wel sneller aanleiding tot corrosie. In de isolatie zal op den duur condensatie van zwavelzuur en mogelijk ook salpeterzuur optreden.

•  Condensatie van salpeterzuur kan spanningscorrosie veroorzaken in C-staal. Echter reactieproducten van salpeterzuur of isolatie kan de vorming van ammoniumnitraat en calciumnitraat tot gevolg hebben, evenzeer spanningscorrosie veroorzakende stoffen.

•  Calcium en ammoniumnitraat zijn beide hygroscopische stoffen en kunnen water opnemen zelfs boven het dauwpunt van het rookgas, hetgeen resulteert in de vorming van een zeer corrosieve omgeving met betrekking tot spanningscorrosie.

•  Nitraat SCC begint met interkristallijne corrosie hetgeen voornamelijk wordt beheert door chemische corrosie. Gloeibehandelingen of de selectie van een hoger sterkte materiaal zal de spanningscorrosie niet kunnen voorkomen. Een laag gelegeerd 2% Cr staal heeft een redelijke bestandheid tegen interkristallijne corrosie in nitraat, hetgeen een betere weerstand tegen spanningscorrosie oplevert.