Dampferzeugerkorrosion 2011
Herausgeber und Verlag
SAXONIA Standortentwicklungsund -verwaltungsgesellschaft mbH Freiberg - 2011
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1. Auflage 2011 Redaktion / PC-Satz:
A. Eisenblätter, R. Starke, T. Zänßler
Druck:
Wagner Digitaldruck und Medien GmbH D-01683 Nossen
Printed in Germany
Manuskriptdrucke. Die Autoren zeichnen für ihre Beiträge selbst verantwortlich. Die Manuskripte wurden durch den Herausgeber nur redaktionell bearbeitet. Beiträge, die nach Redaktionsschluss eingingen, konnten leider nicht mehr berücksichtigt werden.
ISBN 978-3-934409-48-4
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis Vorwort Manfred Born, Freiberg Die aktuelle Lage der MVA’s in Deutschland aus der Sicht der ITAD Peter Bollig, ITAD, MVA Asdonkshof
Seite 5
7
Mono- und Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen in EBS- und Kohlekraftwerken – Stand in Deutschland, Brennstoffqualitäten und Betriebserfahrungen Stephanie Thiel, Vivis Consult GmbH Nietwerder
21
Werkstoffentwicklung für Kohlekraftwerke – Hochtemperaturkorrosion und Festigkeit Michael Spiegel und Ronny Krein, Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH Duisburg
55
Brennstoffcharakterisierung zur vorausschauenden Bewertung des Korrosionsrisikos Martin Pohl, Daniel Bernhardt, Michael Beckmann, TU Dresden und Wolfgang Spiegel, CheMin GmbH Augsburg
67
Einfluss der Kesselkorrosion auf die Entwicklung moderner Dampferzeugerkonzepte Ralf Dräger, Martin GmbH München
87
Standzeitprognose durch regelmäßige Kesselkontrolle Gabriele Magel, Wolfgang Spiegel, Thomas Herzog, Wolfgang Müller und Werner Schmidl, CheMin GmbH Augsburg
95
Corrosion Control with the Electrochemical Corrosion Monitor Martin P. de Jong und William M. Cox, KEMA Arnhem, Holland
113
Korrosionsschutzmaßnahmen in MVA – Auswertung der Betreiberbefragung Manfred Born, Freiberg und Michael Beckmann, TU Dresden
143
Optimierung der Feuerungsbedingungen durch Prozessmodellierung Ragnar Warnecke, Volker Müller, GKS Schweinfurt GmbH, Philipp Danz, UMSICHT Oberhausen, Martin Weghaus, Weghaus GmbH Waldbüttelbrunn und Martin Zwiellehner, SAR Electronic GmbH Dingolfing
159
Inhaltsverzeichnis Sanierung von durch Korrosion geschädigten Wärmetauschern und Kondensatoren durch organische Überzüge Timo Hildebrand, ThyssenKrupp Xervon GmbH Gelsenkirchen
187
Hochtemperaturoxidationsbeständige PDC Schichten für Metallstrukturen Ralf Hauser, S. Prasse, Günter Stephani und B. Kieback, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung Dresden
197
Korrosion von thermischen Spritzschichten und Cladding – Auswirkungen der Schichtdicke Werner Schmidl, CheMin GmbH Augsburg und Heino Sinn, MVA Stapelfeld
205
Technischer Stand beim Schweißplattieren – neueste Entwicklungen Wolfgang Hoffmeister und Michael Bartels, Uhlig Rohrbogen GmbH Langelsheim
221
Thermisch gespritzte Schichten – Besonderheiten beim Schichtdickenmessen Wolfgang Satke, Castolin GmbH Kriftel, Jens-Erich Döring, und Franz Kremsner TeroLab Surface GmbH Wien, Langenfeld
253
Korrosionsschutz mit SUME®BOIL 70C, – Applikation und Betriebserfahrungen im Müllheizkraftwerk Rothensee GmbH Franz Jansen, Gerald Aust, Steffen Höhne, Carsten Gnoyke, Sulzer Metco Coatings GmbH Weißenborn, Thomas Deike und Roland Pech, MHKW Rothensee
265
Induktiv eingeschmolzene Beschichtungen für Wärmetauscherwände – Standzeitverbesserung mit Potential für die Zukunft. Bodo Häuser, Bernhard Bolz und. Dirk Arens, Häuser GmbH Duisburg
285
Langzeit-Analyse der Kesselwandatmosphäre: Korrosions-Risiko rechtzeitig erkennen und gegensteuern Jörg Tretner, SICK Engineering GmbH Ottendorf-Okrilla
297
Autorenverzeichnis
303
Vorwort
Vorwort Zum 5. Mal wird die Fachtagung „Dampferzeugerkorrosion“ Informationen über neue Entwicklungen auf dem Gebiet des Schutzes von Kesseln vor Korrosion geben. Wegen der besonderen Probleme bei der Verbrennung von abfallstämmigen „Brennstoffen“ soll die Tagung vorrangig den Fachleuten Informationen zukommen lassen, die in Müll- und EBSVerbrennungsanlagen aber auch bei der Verbrennung von Biomassen für den Betrieb und die Instandhaltung verantwortlich sind. Auch für Kraftwerker, die fossile Brennstoffe verbrennen, ist der Korrosionsschutz von Interesse, insbesondere, wenn Ersatzbrennstoffe zur Mitverbrennung eingesetzt werden. Wenn der Bedarf an Korrosionsschutzmaßnahmen in einer Anlage eingeschätzt werden soll, müssen Grundkenntnisse über die Mechanismen der Vorgänge verfügbar sein. Im Tagungsband der 2. Konferenz (2005) wurden die Korrosionsvorgänge dargestellt. Die ablaufenden Reaktionen sind nach wie vor für die Abzehrung der Heizflächen verantwortlich. Über neue Forschungsergebnisse wurde regelmäßig berichtet. Weiterhin gehören zur Sicherung der Anlagenverfügbarkeit auch Informationen der Betreiber über den Zustand ihrer Dampferzeuger. Kesselwandstärkemessungen und eine regelmäßige Beobachtung der Heizflächen während der Revisionszeiten sollten planmäßig eingeordnet werden. Auf der Tagung werden regelmäßig die Erfahrungen mit der Kesselbegutachtung dargestellt. Bei der Analyse der Beläge und der Auswertung der Befunde werden immer wieder neue Erkenntnisse über die Wirkung der Korrosionsschutzmaßnahmen gewonnen. Dennoch ist es nicht möglich, aus den Informationen über die „Brennstoff“Eigenschaften, den Kesselbetrieb und die Analyse der Beläge sichere Voraussagen über die zu erwartenden Standzeiten zu gewinnen. Insbesondere beim Wechsel der Verbrennungsbedingungen, oder bei sich ändernden „Brennstoffen“ sind Messungen im Rauchgas mit Hilfe von Korrosionssonden nützlich, um kritische Bereiche zu erkennen. Obwohl sich die Korrosionsschutz-Beschichtungen schon eine Reihe von Jahren bewährt haben, sind die Hersteller bemüht, die Aufwendungen und die Effektivität der Maßnahmen ständig zu verbessern. Es ist daher sinnvoll, im Abstand von 2 Jahren die Entwicklungen zu diskutieren und damit das Vertrauen in die Wirksamkeit der Schutzbeschichtungen zu stärken. Erstmals für diese Tagung wurden durch eine Umfrage Informationen über die in den Anlagen eingesetzten Schutzmaßnahmen zusammengetragen und anonymisiert ausgewertet. Für die Anlagenbetreiber ergibt sich daraus eine Übersicht über die Breite der Anwendung der Korrosionsschutzmaßnahmen. Es zeigt sich, dass in den Anlagen alle Varianten erprobt werden. Feuerfeste Ausmauerung und Cladding überwiegen in der Anwendung. Konkrete Auswertung von Erfahrungen sind nicht darstellbar, oft widersprüchlich und vom Bestreben der Anbieter ihr Produkt zu vermarkten bestimmt. Die Veranstalter hoffen, dass die Tagung den Teilnehmern eine wertvolle Basis für den Erfahrungsaustausch bietet und sie Anregungen für die Erhöhung der Verfügbarkeit ihrer Anlagen aus den gebotenen Informationen mitnehmen können. Freiberg, 20./21. Oktober 2011 Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred Born
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
Korrosionsschutz in den deutschen MVA – Auswertung einer Umfrage Manfred Born und Michael Beckmann
1.
Zielstellung
Der Schutz der Dampferzeugerheizflächen vor Korrosion zählt zu den wesentlichen Aufgaben bei der Sicherung einer hohen Verfügbarkeit von Müllverbrennungsanlagen. Die Ursachen für die Korrosion sind durch die Inhaltstoffe des zu verbrennenden Abfalls bedingt und nicht vermeidbar. Cl- und S-Verbindungen, insbesondere mit Alkalien und Erdalkalien und ggf. Metallen (Pb) wurden als Ursachen für die Hochtemperatur- und Salzschmelzenkorrosion erkannt. Die Möglichkeiten, die Dampferzeuger aus Rohrwerkstoffen zu fertigen, die eine ausreichende Resistenz gegen die Abzehrung gewährleisten, sind wegen der Verarbeitbarkeit dieser Werkstoffe begrenzt. Zur Minderung des Korrosionsangriffs werden folgende Möglichkeiten angewendet: -
-
-
Optimierung der Anordnung der Heizflächen und Vermeidung „kritischer“ Bereiche (z.B. erosive Beanspruchung), Optimierung der Prozessführung (z.B. weitgehende Mischung des Abfalls im Bunker, Vermeidung von heißen Flammensträhnen über dem Rost, Vermeidung örtlich zu hoher Wärmedurchgänge auf die Heizflächen), Intensiver Temperaturabbau vor der Berührung der Rauchgase mit den Heizflächen höherer Temperatur (Überhitzer), Aerodynamische Optimierung der Strömungsverhältnisse auf dem Rauchgasweg, Ausreichende Verweilzeit der Rauchgase vor dem Kontakt mit Berührungsheizflächen mit dem Ziel, die Chloride zu sulfatisieren (diese Möglichkeit ist wegen der geringen Verweilzeit der Rauchgase nur begrenzt wirksam), Minimierung des negativen Einflusses der Rußbläser, Zugabe von Additiven zur Beschleunigung der Sulfatisierungsreaktionen (bisher noch nicht erfolgreich ausgeführt), Schutz der Heizflächen durch Überzüge aus korrosionsresistenten Werkstoffen (zur Sicherung einer vertretbaren Anlagenverfügbarkeit fast immer erforderlich).
Für den Schutz der Heizflächen vor hohen Abtragsraten wurden mehrere Verfahren entwickelt. Im Folgenden soll ihre Anwendung in den MVA dargestellt werden. Basis für die Zusammenstellung ist eine Umfrage bei allen MVA. Als wichtigste Informationsquelle für die Anlagendaten wurde die Liste der Interessengemeinschaft der Thermischen Abfallbehandlungsanlagen Deutschland (ITAD) (www.ITAD.de) verwendet.
2.
Angefragte Anlagen
Im Zeitraum vom November 2010 bis März 2011 wurden 70 Müllverbrennungsanlagen um Informationen über die installierten Korrosionsschutzmaßnahmen angefragt. Der Fragebogen ist in der Anlage 1 angegeben. Von den Anfragen wurden 44 Fragebogen beantwortet. 7 MVA haben Ihre Teilnahme an der Befragung abgesagt.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA Es konnten die Informationen von 120 Kesseln ausgewertet werden. Von den 183 MVA-Kesseln, die bei der ITAD aufgelistet sind, wurden die im Bild 1a dargestellten Inbetriebnahmezeiten angegebenen. Das Bild 1b zeigt die Inbetriebnahmejahre der Kessel in den befragten Anlagen. Die Angaben sind nicht ganz eindeutig auswertbar, da viele Anlagen Änderungen und technologische Korrekturen vorgenommen haben, die nicht dem Jahr der Inbetriebnahme zuzuschreiben sind. 19,4
20,0 17,2
18,0
13,9
16,0
12,8
Anteile in %
14,0
11,7
12,0 8,9
10,0 8,0
6,1 5,0
5,0
6,0 4,0 2,0 0,0
vor 1970 1970 bis 1976 bis 1981 bis 1986 bis 1991 bis 1996 bis 2001 bis 2006 bis 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Bild 1a: Inbetriebnahme der von der ITAD aufgelisteten MVA
36,7
40,0 35,0
n=120
Anteile in %
30,0
20,0
25,0 20,0
15,8
15,0
15,0
7,5
5,0
10,0 5,0 0,0
vor 1970
1970 bis 1980
1981 bis 1990
1991 bis 2000
2001 bis 2005
2006 bis 2010
Bild 1b: Inbetriebnahme der befragten MVA Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Linien genannt. In der Befragung sind ältere Anlagen, mit der Inbetriebnahme vor 1985, im Vergleich zur ITAD-Liste etwas unterrepräsentiert. Die später in Betrieb genommenen Anlagen sind in der Auswertung der Umfrage stärker vertreten.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
3.
Dampfparameter
Die Bilder 2a uns 2b zeigen die Dampfparameter der von der ITAD gelisteten und der befragten Anlagen. Die Bilder zeigen, dass die befragten Kessel die Gesamtheit der MVA recht gut repräsentieren. 52,8
60,0
Anteile in %
50,0 40,0 30,0
18,9 15,0
13,3
20,0 10,0 0,0 < 40 bar 400 °C
40 bar 400 °C
> 40 bar < 450 °C
> 40 bar > 450 °C
Bild 2a: Dampfparameter der von der ITAD aufgelisteten Kessel
61,7
70,0 60,0
n=117
Anteile in %
50,0 40,0 30,0
16,7
14,2 7,5
20,0 10,0 0,0 < 40 bar 400 °C
40 bar 400 °C
> 40 bar <450 °C >40 bar 450 °C
Bild 2b: Dampfparameter der Kessel der befragten MVA Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
4.
Werkstoffe und Korrosionsraten
Für die Verdampferrohre wird überwiegend die Stahlsorte St35.8 eingesetzt. Einige Anlagen, vorwiegend die mit höheren Dampfparametern, verwenden auch 15Mo3. Bei den Überhitzerwerkstoffen überwiegen die Mo-Legierungen, wenige Anlagen setzen auch hier St35 ein. Das Bild 3 gibt einen Überblick über die verwendeten Werkstoffe. 79
100
79
10 0 90
Anteil in %
Anteil in %
70 60
26
50
n=38
80
n = 37
80
40 30
60 40
18
21
20
20 10 0 S t3 5 /3 7
0
15 /16 Mo 3 /4
S t35 .8
We rks t o ff Ve rd a mp fe r
15/16Mo 3/4
13/16 CrMo 4/5
We rks to ff Üb e rh itze r
Bild 3: Werkstoffeinsatz in Verdampfern und Überhitzern (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt. Korrosionsraten wurden nur von 16 Anlagenbetreibern angegeben. In 20 Anlagen liegen keine Informationen über die Abzehrung vor, 6 Anlagen verfügen über die Daten, geben sie aber nicht an, 2 Fragebögen enthielten keine Vermerke. Die angegebenen Korrosionsraten sind im Bild 4 ausgewertet. Eine Korrelation mit Werkstoffen oder Dampfparametern ist nicht möglich. Inwiefern die Korrosionsraten sich auf den Grundwerkstoff oder auf die Schutzbeschichtung beziehen, lässt sich aus der Befragung nicht ablesen. 44 45
Anteile in %
Anteile in %
30 25
31
30
n = 16
35
19
20 15
n = 16
25
19 20 13
15 10
6
6
10 5
31
35
40
2
1
5 0
0 < 0,1
0,1-0,3
0,3-0,5 mm/a
0,5-1
>1
< 0,1
0,1-0,3
0,3-0,5 mm/a
Bild 4: Korrosionsraten in Verdampfern (links) und Überhitzern (rechts) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.
0,5-1
>1
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
5.
Rußbläser
offline
online
Eine wichtige Rolle für die Korrosion spielen die Verfahren der Heizflächenreinigung. Die Ablagerungen auf den Strahlungs- und Konvektionsheizflächen beeinflussen wesentlich die Reisezeiten sowie Verschiebungen der Wärmeübertragung auf dem Rauchgasweg [1]. Rußbläser beeinflussen auch den Korrosionsangriff durch zusätzliche mechanische Belastungen und die Abreinigung ggf. schützender Ablagerungen, in denen sich aber auch die aggressiven Salze aufkonzentrieren können. Das Bild 5 zeigt die Aufteilung der Rußbläser.
Sprenggenerator Waschdüse Schraubenlanzenbläser Wandbläser Wasserlanzenbläser Dampfbläser Klopfer Nass trocken
n = 43
0
20
40
60
80
100
Bild 5: Einsatz der Rußbläser im offline- und online-Betrieb (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt. Bei der Reinigung der Kessel nach dem Abstellen (offline) wird nahezu ausschließlich die trockene Reinigung (Grobreinigung und Granulatstrahlen) angewendet. Die Belagsentfernung kann im Abfahrbetrieb durch dosierte Sprengreinigung unterstützt werden [2]. Krüger [1] zeigt Vorteile der Nassreinigung auf, die besonders in der geringen Verschmutzung des Kesselhauses und in der wesentlich geringeren Menge der entsorgenden Mengen liegen. Für die Reinigung der Heizflächen während des Betriebes (online) werden vorwiegend die klassischen Klopfverfahren (für hängende und liegende Heizflächenbündel) und Dampf(Wasser-)bläser (vorwiegend für liegende Bündel) eingesetzt. Die notwendige Reinigung der Bündelheizflächen durch Dampfbläser kann zu erheblichen Verstärkungen der Abzehrraten führen. Krüger [1] weist darauf hin, dass besonders die Einstellung und die Häufigkeit der Reinigung einer Optimierung bedürfen. Mit Hilfe exakter Positionierung der Düsen wird versucht, mit einem Wasserstrahl lediglich die Gassen zu reinigen und somit die Rohre zu schonen [3]. Wasserlanzenbläser und Waschdüsen reinigen die Heizflächen in den Strahlungszügen. Ihr Einsatz erfolgt in ca. 20 % der Anlagen. Die Anwendung von Sprengreinigungsverfahren in den Strahlungszügen kann für schwer zugängliche Beläge (Eckbereiche) vorteilhaft sein [2], ist aber mit ca. 10 % der Anwendungsfälle weniger häufig vertreten.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA Die Tabelle 1 fasst den Einsatz von online-Reinigungsverfahren und deren Wirksamkeit zusammen [1]. Tabelle 1: Einsatz und Wirksamkeit der online-Heizflächenreinigung [1] Leerzüge bzw. Strahlungszüge
Konvektive Züge
ohne Schotten
horizontal
+1
Klopfer
1
mit Schotten
vertikal
+1
+
-
Wandbläser
+
-
-
-
Schraubendampfbläser
-
-
+2
+
Kugelregen
-
-
-
+3
Schallhörner
+1
+1
+1
+1
Explosionsreinigung
-
-
++6
++6
++
++
+4
-
4
-
Schwandorfer Verfahren Wasserbläser
5
+
-
+
Einsatzmöglichkeit + ++
entfällt möglich ideal
Reinigungserfolg 1 2 3 4
5 6
nicht befriedigend Klopfer sind gebräuchlicher grundsätzlich geeignet, wegen Verschleiß kaum in Gebrauch. die kalten Überhitzerrohre bzw. Schutzverdampfer können gewaschen werden, wird bisher nur in der Anlage Schwandorf genutzt. grundsätzlich geeignet, bisher nicht in Anwendung bisher nicht automatisierbar
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
6.
Feuerfestauskleidung
Die Feuerfestauskleidung in MVA wird je nach der thermischen und mechanischen Belastung im Kessel unterschiedlich ausgeführt. Die wesentlichen Beanspruchungsbereiche sind: -
Müllaufgabe Hauptbrennzone Nachbrennzone und Ascheaustrag [4].
Die Ergebnisse der Befragung für die Auskleidungen in der Hauptbrennzone enthält das Bild 6.
2
gespritzt
32
hinterlüftet
n = 41
2
hintergossen
38
geklebt
68
gestampft 0
10
20
30
40
50
60
70
Anteile in %
Bild 6: Feuerfestauskleidungen in der Hauptbrennzone (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt. Das Bild zeigt, dass die traditionellen Auskleidungsverfahren (gestampft und geklebt) den Hauptanteil der Anwendung bestimmen. Die aufwändigeren Auskleidungen (hinterlüftet) nehmen mit ca. 30 % bereits einen erheblichen Anteil ein. Über Erfahrungen beim Einsatz der verschiedenen Systeme hat Metschke in [17] berichtet. 3 Anlagen haben die Feuerfestauskleidung durch Cladding ersetzt.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
7.
Korrosionsschutz
Der Schutz vor korrosiven Angriffen der Dampferzeugerheizflächen beginnt bei der konstruktiven Gestaltung der Kesselzüge und der Anordnung insbesondere der Überhitzerheizflächen. Umfangreiche Analysen über die Einflusse der Konstruktionselemente auf die Korrosionsraten haben nicht zu einer eindeutigen Konstruktionsempfehlung geführt (s. [5 bis 7]). Grund dafür ist besonders die Überlagerung der Einflüsse durch die „Brennstoff“Eigenschaften und die Prozessführung. Die mit dem „Brennstoff“ Abfall in die Anlagen eingebrachten korrosiven Stoffe lassen sich auch bei intensiver Mischung im Bunker nicht auf ein gleichmäßig niedriges Niveau der Konzentration reduzieren. Spitzenwerte an Chlorid und Sulfat bildenden Verbindungen, sowie stark schwankende Verbrennungseigenschaften, verbunden mit Temperaturspitzen, sind nicht vermeidbar [8]. Eine Einflussnahme auf die Korrosion der Heizflächen durch Abbau der korrosiven Verbindungen im Rauchgas wurde mehrfach durch Zugabe von Additiven versucht [9, 10]. Wesentliches Ziel war es, die Chloride der vor Berührung mit den Konvektionsheizflächen zu sulfatisieren und das Cl in HCl zu überführen. Mit den Additiven sollte der Ablagerung der Chloride als Ursache für die Reaktion von Cl mit dem Dampferzeugerwerkstoff entgegengewirkt werden. Die Korrosionsraten durch HCl werden als gering eingeschätzt. Für den Praktiker hat Albert in [11] vereinfacht festgestellt: „Kein Belag – keine Korrosion“. Im Ergebnis der Umfrage zeigt sich, dass von 10 MVA, die die in [9, und 10] aufgeführten Maßnahmen getestet haben, nur noch 2 Versuche mit Additiven durchführen. Da die Wirkung des SO2 im Rauchgas auf die Sulfatisierung der Chloride durch geringe Reaktionsgeschwindigkeiten gering ist, wurde in [12] vorgeschlagen, die Verbrennungstemperaturen hoch zu halten, um die Bildung des reaktionsfreudigeren SO3 zu begünstigen. Unabhängig von allen konstruktiven Maßnahmen und den Optimierungen zur Prozessführung bleibt das Risiko des Korrosionsangriffs auf Verdampfer- und Überhitzerheizflächen bestehen [12]. Ein Schutz der Wärmetauscher durch korrosionsresistente Werkstoffe, besonders, wenn die Korrosionsgeschwindigkeiten durch höhere Temperaturen an den Rohroberflächen ansteigen, bleibt erforderlich. Dabei ist zu beachten, dass aus den Einflussparametern „Brennstoff“, Konstruktion der Dampferzeuger und Prozessführung kein Hinweis auf zu erwartende Korrosionsraten abzuleiten ist. Selbst baugleiche Kessel mit ähnlichem „Brennstoff“ können erhebliche Unterschiede in den Korrosionsraten zeigen. Die Verwendung von Rohrwerkstoffen, die der Korrosion widerstehen ist durch deren Verarbeitungsbeschränkungen begrenzt. Daher werden die üblichen Grundwerkstoffe (s. Bild 3) mit Schichten überzogen, die vorwiegend aus einer Ni-basierten Legierung mit Cr, Mo und je nach Anwender unterschiedlichen Zusätzen bestehen [13]. Der Einsatz eines hochdichten Überzuges aus reinem Ni (s. [14]) hat nicht zu außergewöhnlichen Ergebnissen geführt. In den befragten Anlagen werden vorwiegend die Verdampferrohre geschützt (s. Bild 7). Die Anwendung der Schutzmaßnahmen im Bereich der Überhitzer ist wegen der höheren Temperaturen noch nicht so erfolgreich, wie in den Strahlungszügen.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
Verdampfer
95 31
Überhitzer
90
1.Zug 67
Decke 51
2. Zug
n = 39
18
Schotten 0
20
40
60
80
100
Anteile in %
Bild 7: Schutzmaßnahmen an Dampferzeugerheizflächen (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt. Das Aufbringen der Korrosionsschutzschicht erfolgt überwiegend durch Cladding (Auftragschweißen). Diese Verfahren mit seiner mehrere mm starken Schicht aus überwiegend Inconel 625 (bei höheren Temperaturen auch Inconel 686) bietet ein hohes Maß an Sicherheit für eine kalkulierbare Anlagenverfügbarkeit. Die hohen thermischen Belastungen der Dampferzeugerrohre, die besonders bei der Durchführung der Applikation in der Anlage zu berücksichtigen sind und der hohe Aufwand sind Ursachen für erhebliche Kosten des Cladding. Daher wird in vielen Anlagen der Korrosionsschutz durch thermisch aufgespritzte Schutzschichen eingesetzt, die bei geringen thermischen Belastungen Schichtstärken von unter 500 µm aufbringen. Diese Schutzschichten lassen bei geringeren Kosten im Vergleich zum Cladding ebenfalls eine Reduzierung der Korrosionsraten erwarten. Das Bild 8 belegt, dass Cladding überwiegend Anwendung findet, aber in vielen MVA beide Korrosionsschutzverfahren eingesetzt werden.
55
nur Cladding
nur Therm. Spritzen
2
n = 42 43
beides
0
10
20
30
40
50
60
Anteile in %
Bild 8: Anwendung der Korrosionsschutzmaßnehmen in MVA Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA Die höchste Wirksamkeit erreichen die Korrosionsschutzmaßnahmen, wenn die Schutzschicht auf neue Werkstoffe vor dem Einbau in die Kessel im Herstellerwerk aufgetragen wird. Bereits korrodierte Heizflächen in der Anlage weisen unterschiedliche Wandstärken auf und lassen sich vor Aufbringen der Schutzschicht nicht vollständig von Chloridbelastungen reinigen. Es besteht die Möglichkeit, dass sich unter der Schicht Korrosionsprodukte bilden, die „von innen“ die Schutzschicht schädigen.
7.1
Cladding
Das Aufschweißen der Korrosionsschutzschicht führt zu einem Anschmelzen des Substrates, der Oberfläche der Dampferzeugerrohre. Damit verbunden ist ein Übergang von Fe aus dem Grundwerkstoff in die Schutzschicht [13]. Eine Aufmischung von Fe in die Legierung des Claddingwerkstoffs wird als eine Ursache für ein mögliches Versagen der Schutzschicht angesehen. In den Qualitätssicherungsvorgaben wird daher die Aufmischung begrenzt [15]. Um eine höhere Resistenz gegen den Korrosionsangriff zu gewährleisten, werden die Schweißraupen überlappt oder heute überwiegend 2-lagig aufgetragen. Ein Überblick über die Schweißmethoden und neuere Entwicklungen zur Reduzierung des Wärmeeintrages durch CMT-Schweißverfahren sowie zur Reduzierung der Schichtdicke auf 1 mm wird in [16] gegeben. Das Bild 9 zeigt die Formen der Anwendung des Cladding in den befragten MVA. 12
Test
71
großflächig
76
im Werk 56
vor Ort 32
einlagig
n=41
2
überlappt
51
zweilagig 34
Reparatur 0
20
40
60
80
Anteile in %
Bild 9: Aufbringung der Claddingschichten in MVA (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt. Vorwiegend werden großflächig im Werk beschichteten Heizflächen eingesetzt. Beim Cladding muss der hohe Energieeintrag, der durch den Schweißprozess erfolgt, durch Rohrkühlung ausgeglichen werden. Die Kühlung durch zirkulierende Wasserversorgung ist im Herstellerwerk leichter und sicherer zu handhaben. Eine vor-Ort-Beschichtung macht sich erforderlich, wenn Kessel im Einsatz einen Schutz benötigen. Da auch eine Abzehrung der Schutzschichten stattfindet, sind Reparaturen während der Revisionen erforderlich, für die es bereits ausreichend Erfahrungen gibt.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
6.2 Thermisches Spritzen Thermische Spritzschichten sind eine alternative Schutzmaßnahme zum Cladding. Sie belasten das Grundmaterial kaum durch Energieeintrag. Die Schichtdicken sind wesentlich geringer, die Kosten erheblich niedriger als beim Auftragschweißen [17]. Die thermischen Spritzverfahren und ihre Besonderheiten wurden in [18] ausführlich beschrieben. Auch für diese Korrosionsschutzschichten gilt, dass eine Applikation im Herstellerwerk eine bessere Qualitätskontrolle ermöglicht, als vor Ort in einer Anlage während der Revision. Die Qualität der Applikation ist in diesen Fällen stark von der Vorbelastung und der Reinigung des Untergrundes abhängig. Über die Probleme und die Qualitätssicherung bei der vor-Ort-Beschichtung wurde in [19] ausführlich berichtet. Im Bild 10 ist die Anwendung der thermischen Spritzverfahren in den befragten MVA dargestellt. Test
35
großflächig
35
n=26
27
im Werk
54
vor Ort
4
Drahtflamm
35
Plasma
46
HVOF
19
Reparatur
0
10
20
30
40
50
60
Anteile in %
Bild 10: Aufbringung der Spritzschichten in MVA (Mehrfachnennungen möglich) Mit n wird die Anzahl der ausgewerteten Anlagen genannt. Die Auswertung zeigt, dass von den verfügbaren Spritzverfahren das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) die häufigste Anwendung findet. Die hohe kinetische Energie der Spritzpartikel führt zu einem hohen Maß an Verdichtung der Schicht und Minimierung der Porosität. Hauptsächlich wurden die thermischen Spritzschichten vor Ort aufgetragen. Im Vergleich zum Cladding haben diese Schutzmaßnahmen daher im Hinblick auf ihre Standfestigkeit häufig ungünstigere Voraussetzungen als die durch Cladding geschützten Heizflächen (s. Bild 9). Der hohe Anteil an Testflächen zeigt, dass das Vertrauen der Anwender, thermische Spritzschichten als Korrosionsschutz anzuwenden, geringer ist, als beim Cladding (s.a. Bild 8). Die Reparatur geschädigter Spritzschichten im Kessel wird unter den gleichen Bedingungen ausgeführt, wie die vor-Ort-Beschichtung.
Born, M.; Beckmann, M.: Korrosionsschutz in den deutschen MVA
7. Zusammenfassung Die in den MVA durchgeführte Befragung wurde von ca. 70 % der Anlagenbetreiber beantwortet. Dennoch kann angenommen werden, dass die Ergebnisse einen repräsentativen Überblick über die Korrosionsschutzmaßnahmen geben, die in den Anlagen durchgeführt werden. Überraschend ist, dass in einer erblichen Anzahl von Anlagen keine Informationen über die Korrosionsraten verfügbar sind. Zur Sicherung der Anlagenverfügbarkeit sollte aber eine regelmäßige Kontrolle und Nachweisführung erfolgen (s.a. [20]). Die Umwandlung der korrosiven Substanzen (Chloride) durch Reaktionen mit Additiven hat trotz umfangreicher Versuche nicht zu einem wirksamen Ergebnis geführt. Die Feuerfestauskleidung sind die in den letzten Jahren entwickelten Verfahren (geklebt, hinterlüftet) noch in geringerem Einsatz. In einigen Anlagen wird auf die Feuerfestzustellung verzichtet und Cladding für den gesamten 1. Zug der Kessel eingesetzt. Bei der Rohrreinigung überwiegen die Klopf- und Wasserdampfsysteme, obwohl in den letzten Jahren Verfahren entwickelt wurden, die schonender und wirksamer reinigen. Bei den Schutzschichten, die weitaus überwiegend auf die Verdampferrohre aufgebracht werden, kommt die Auftragschweißung vorwiegend zum Einsatz. Eine erhebliche Anzahl von Anlagenbetreibern nutzt sowohl Cladding als auch thermische Spritzverfahren. Letztere werden in den Anlagen häufig in Testflächen erprobt. Sie werden häufiger vor Ort appliziert, während Cladding überwiegend im Herstellerwerk erfolgt.
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Anlage 1 Fragebogen zur Anwendung von Korrosionsschutzmaßnahmen I. Angaben zum Betrieb Firmenname Ansprechpartner Herr Funktion Adresse Tel./Fax. e-Mail II. Angaben zur Anlage Baujahr des Dampferzeugers Anzahl der Linien Linie / Dampfparameter
Feuerung Gibt es CO-Probleme? Kesselstahl
Rostfeuerung ja
Wirbelschichtfeuerung nein
Verdampfer:
keine Angaben Überhitzer:
Gibt es ein aktuelles Kesselbild?
ja
nein
Gibt es strömungstechnische Berechnungen?
ja
nein
Gibt es Bereiche hoher Erosionsbelastung?
ja
nein
Wie werden die zu schützenden offline: Heizflächen gereinigt? online:
trocken, Sandstrahlen Klopfer
Dampfbläser
Wasserlanzenbläser Wandbläser Gibt es Wanddickenmessungen?
nass
Waschdüse
Schraubenlanzenbläser
ja
nein
Wurden Korrosionsraten errechnet? ggf. Linie: Verdampfer
ja
nein ggf.
mm/a
Überhitzer
ja
nein ggf.
mm/a
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III. Korrosionsschutzmaßnahmen FF-Auskleidung im Feuerraum
gestampft
Additivzusatz im Rauchgas
mit
geklebt
hinterlüftet
ohne Erfolg erprobt
ggf. Verfahren: Oberflächenschutz Dampferzeuger
Verdampfer
Linie
1. Zug
Überhitzer Decke
2. Zug
Schottenheizfläche Cladding
beim Hersteller
vor Ort
großflächig
Testflächen
einlagig
zweilagig
ggf. ausgeführt durch: Gibt es Reparaturerfahrungen?
ja
Thermische Spritzschichten
Drahtflamm-
nein Plasma-
Hochgeschwindigkeitsflammspritzen beim Hersteller
vor Ort
großflächig
Testflächen
ggf. ausgeführt durch: Gibt es Reparaturerfahrungen?
ja
Gibt es mehrere Lagen
ja
Schutzschichten in diesem Bereich?
ggf. Arten:
Gibt es Untersuchungen von Belägen in diesem Bereich?
ja ggf. ausgeführt durch:
IV. sonstige Bemerkungen
Ort, Datum
Unterschrift
nein nein
nein