An Analytical Study on the Effect of Fouling and Quality of Water on Corrosion of Kettle Heat Exchanger

Document Type : Research Article


Chemical Engineering Department, University of Science and Technology of Mazandaran, Behshahr, I.R. IRAN


In this study, we perform experimental and analytical investigations of corrosion effects on heat transfer in a kettle heat exchanger. In this heat exchanger, the oil is flown inside the tube and the water is flown inside the shell, which is their duty to convert water to superheat steam. First, the causes of corrosion in the heat exchanger are analyzed using optical and electronic microscopes and also metallographic experiments, that tube sintered ferrite, and perlite structure and grain size does not change in the surface crust boundary which illustrates the basic metal does not trigger the reaction. XRD and XRF experiments on the results of sediments in the external scale of silicate, calcium, and phosphorus tubes show that because of poor heat transfer, the feed water quality, the concentration of oxygen cells is made in that case sub-sediment corrosion which is the subset of SCC corrosion. This phenomenon reduces the outside of the tube thickness from 2.11 mm to 1.44 mm. Corrosion deposits in the outside surface of the tube cause a reduction in the heat transfer rate, which results in a hot spot, increasing tube oxidation intensity and corrosion. This issue exactly matches with a gradual reduction in the output heat exchanger vapor pressure during operation which is determined experimentally. MATLAB software coding is the relationship between sediment mass and sediment heat resistance. The results illustrate that by passing time, the sediment mass and sediment heat and at the end of this instance are matched with experimental results.


Main Subjects

[1] Fontana M.G., "Corrosion Engineering", Tata McGraw-Hill Education (2005).
[2] Elayaperumal K., Raja V.S., Corrosion Failures, John Wiley & Sons Inc. (2015).
[3] Thulukkanam K., “Heat Exchanger Design Handbook”, 2nd ed., CRC Press (2013).
[5] Ming-Jia L., Song-Zhen T., Fei-long W., Qin-Xin Z., Wen-Quan T., Gas-Side Fouling, Erosion and Corrosion of Heat Exchangers for Middle/Low-Temperature Waste Heat Utilization: A Review on Simulation and Experiment, Applied Thermal Eng., 126(5): 737-761 (2017).   
[6] Sarmasti Emami M.R., An Experimental and Theoretical Investigation of Corrosion Mechanism in a Metallic Stack, Iranian Journal of Materials Science and Engineering, 9(3): 58-66 (2012).
[7]. Vasauskas V., Baskutis S., Failures and Fouling Analysis in Heat Exchangers, Mechanika, 61(5): 24-31 (2006).
[8] افشاری مرتضی؛ نوری دلاور اکرم؛ آنالیز تخریب تیوبهای مبدل حرارتی از جنس فولادکربنی مربوط به کمپرسور چهار مرحله‌ای افزایش دهنده فشار گاز، فصلنامه علوم و مهندسی خوردگی، (8)18: 59 تا 68 (1394).
[9] جسمانی، سید محمد؛ شریعت، محمد حسین؛ اشرف ریاحی، علی؛ "بررسی علت تخریب لوله‌های سوپر هیتر کارخانه نیشکر اهوازیازدهمین اجلاس انجمن خوردگی، کرمان، ایران (1388).
[10] رضائیان، مهدی؛ نعمت اللهی، محمد رضا؛ سیرویی نژاد، آرش؛ "بررسی علت تخریب لوله‌های بویلر نیروگاه سیکل ترکیبی فارسسومین اجلاس نیروگاه‌های برق، مازندران، ایران، (1389).
[11] قربانی، رضا؛ "بررسی دلایل خوردگی مبدل‌های خنک‌کننده سکوی دریایی فاز یک و راهکارهای جلوگیری از آن­هاسومین همایش بین‌المللی مبدل‌های گرمایی در صنایع نفت و انرژی، تهران، ایران، آبان (1390).
[12] محققی، امیر؛ سرگلزایی، جواد؛ باستانی، داریوش؛ بررسی تأثیر جریان سیال بر نرخ خوردگی فولاد ساده کربنی در محلول آبی به کمک الکترود صفحه چرخان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)33: 41 تا 51 (1393).
[13] سرمستی امامی، محمد رضا؛ نعمتی امیری مجید؛ "بررسی خوردگی پیشگرمکن هوا در نیروگاه شهید سلیمی نکاپانزدهمین کنگره ملی خوردگی ایران، تهران، 29 مهر (1393).
[14] شایگانی اکمل، محمد؛ ذاکر صفایی، چورا؛ علل ترک خوردگی لوله آلیاژی از جنس 347 SS. واحد آیزوماکس پالایشگاه، فصلنامه زنگ، 51: 12 تا 18 (1391).
[15] روحی، محسن؛ رحیمی زیناب، علیرضا؛ "بررسی علت و عوامل خوردگی لوله‌های مبدل مورد استفاده در پالایشگاه نفتپنجمین همایش مبدل‌های گرمایی، تهران، ایران،30 آبان (1392).
[16] Xiu-qing X., Zhen-Quan B., Yao-Rong F., Qiu-Rong M., Zhao Wen-Zhen, The Influence of Temperature on the Corrosion Resistance of 10 Carbon Steel for Refinery Heat Exchanger Tubes, Applied Surface Science, 280: 641-645 (2013).
[17] Abdulwahid W., Al-Hallaf A., Theoretical Study on Heat Transfer in the Presence of Fouling, Iraqi J. of Chemical and Petroleum Engineering (IJCPE), 14(1): 47- 53 (2013).
[18] Imran M., Effect of Corrosion on Heat Transfer through Boiler Tube and Estimating Overheating, Int. J. of Advanced Mechanical Eng. (IJAME), 4(6): 629-638 (2014).
[19] سرمستی امامی، محمد رضا؛ عرفانی راد، رحمان؛ "ارزیابی عوامل خوردگی مبدل حرارتی پوسته و لوله پالایشگاه لاوانپانزدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، 28 بهمن، دانشگاه تهران 1393.  
[20] Liner Y.,   Carver, M.B., Turner C.W., Campagna, A.O., "Simulation of Magnetite Particulate Fouling in Nuclear Steam Generators", Chalk River Laboratories, AECL Research, Ontario, Canada (1992).
[21] Turner C.W., Liner Y., Carver M.B., "Modeling Magnetite Particle Deposition in Nuclear Steam Generators and Comparisons with Plant Data", Presented at the Second International Steam Generator and Heat Exchanger Conference, Toronto, Canada (1994).
[22]. Huang X., "Theoretical and Experimental Study of Degradation Monitoring of Steam Generators and Heat Exchangers", Master's Thesis, University of Tennessee (2003).