Kesselrohre: schützen und bedienen

Gary Heath erklärt, wie man fortschrittliche Beschichtungen einsetzt, um die Lebensdauer von Kesselrohren in Müll- und Kohlekraftwerken zu verlängern

Der typische Stromerzeugungskessel stellt eine aggressive Umgebung im Hinblick auf erosiven Verschleiß und Hochtemperaturkorrosion für die Materialien der Wärmetauscherrohre dar. Die vielen Formen, Größen, Designs, Marken usw. von Kesseln sowie die Vielfalt der verwendeten Brennstoffe (Kohle, Öl, Abfall, Biomasse usw.) und Betriebsbedingungen führen zu einem breiten und komplexen Spektrum an Verschleiß-/Korrosionsproblemen .

Die Erosion oder Korrosion kann zu einer Verdünnung des Rohrwandquerschnitts eines Druckbehälters führen. Wenn die Rohrwandstärke zu dünn wird, platzt das Rohr und die Arbeiten zum Austausch müssen eingestellt werden.

Es gibt verschiedene Philosophien, um die Verschwendung von Rohren auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Dazu gehören Änderungen an der Konstruktion, der Betriebstemperatur und dem Gasfluss (die die Effizienz des Kessels verringern können) oder Änderungen des Rohrmaterials (die teuer sein können und normalerweise den Verlust anderer Eigenschaften bedeuten). Zu den verfügbaren Methoden gehören Coextrusion, Kalorisieren, Nitrieren, Chromieren, Borieren, Voroxidieren, Aufschweißen und thermisch gespritzte Beschichtungen.

Heutzutage ist die überwiegende Technologie zum Schutz vor Korrosion das Auftragschweißen (normalerweise 2 mm dick) aus einer komplexen Legierung auf Nickelbasis (normalerweise Inconel 625, 622).

Gegen Erosion werden thermisch gespritzte Beschichtungen verwendet, die typischerweise hart, dünn (0,3–1,0 mm) und schnell aufzutragen sind und wie Farbe aufgetragen werden können. Zu den Sprühverfahren, die beim Kesselschutz verwendet wurden, gehören: Flammenverbrennung (mit Pulver oder Draht), elektrischer Lichtbogendraht, Luftplasma (APPS), Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffbrennstoff (HVOF), Sprühen und Schmelzen (S&F) und lackierte Beschichtungen anorganische Verbindungen auf Keramikbasis (Slurry-Beschichtungen).

In Europa und zunehmend auch in Asien haben die Umstellung auf alternative Energiequellen und die Forderung nach geringerem NOx- und CO2-Ausstoß zu strengeren Kesselbetrieben und der Verwendung alternativer Brennstoffe (kommunaler Abfall, Biomasse) geführt. Diese Trends und die Verbrennung minderwertiger Kohle haben die Korrosion und den Verschleiß an den Kesselrohren erhöht.

Beschichtungsqualität und -leistung, Beschichtungskosten, Reduzierung der Ausfallzeiten beim Auftragen von Beschichtungen vor Ort, neue Rohre im Vergleich zur Reparatur abgenutzter Rohre vor Ort usw. werden mittlerweile zu kritischen Themen für die Wirtschaftlichkeit vieler Kraftwerke. Durch die Aufnahme des in den USA ansässigen Unternehmens WherTec in die Castolin Eutectic-Gruppe im Jahr 2014 wurden 16 Jahre Erfahrung in der Kesselbeschichtung sowie innovative Laserauftrags- und Slurry-Beschichtungstechnologien in das Portfolio aufgenommen.

Verdichtung und Laserauftragschweißen

Castolin Eutectic hat ein thermochemisches Verfahren entwickelt, das die thermisch gespritzte Beschichtung „verdichtet“. Dieser mit dem Lichtbogensprühprozess gekoppelte Verdichtungsprozess (unter Verwendung der BTC- und TubeArmor-Beschichtungsproduktreihen) eignet sich gut für die Beschichtung von Wasserwänden in Müllverbrennungs- und Biomassekesseln, bei denen Korrosion ein wichtiger Verschleißmechanismus ist.

Mittlerweile hat die Hochleistungsdiodenlaser-Technologie (HPDL) dafür gesorgt, dass die zuvor vielversprechende, aber teure Laserauftragschweißtechnologie zu einer kostengünstigen Korrosionslösung für große Kesseloberflächen in den Werkstätten des Unternehmens geworden ist. Es werden Materialien vom Typ Inconel mit einer Dicke von bis zu 0,7 mm hergestellt und bieten bessere Eigenschaften (geringere Verdünnung, kleinere Wärmeeinflusszone, feinere Struktur, glattere Beschichtungsoberfläche) als herkömmliche Kesselschweißbeschichtungen. In den USA werden mehrere Hundert Quadratmeter laserbeschichtetes Kesselrohr in Kesseln verbaut.

Fallstudien aus der Praxis

In Europas größtem 5.053-MW-Braunkohlekraftwerk in Polen, wo Erosionsverschleiß in den Überhitzerrohren vorherrschte, ergaben Versuche mit verschiedenen thermischen Spritzbeschichtungen über einen Zeitraum von acht Jahren einen klaren Gewinner: die Eutronic Arc 595-Beschichtung, die mit Geräten von Castolin Eutectic gespritzt wurde Servicewerkstatt des Unternehmens. Arc 595 ist eine sehr harte Legierung auf Fe-Basis und verlängert die Lebensdauer der Überhitzerrohre um bis zu sieben Jahre im Vergleich zu den ursprünglichen blanken Stahlrohren. Für jeden der sechs Kessel wurden über 46 km Rohre und Rohrbögen beschichtet.

Ein großes französisches Abfallunternehmen testete die Legierung 53606 S&F in seinem laborbeschleunigten Korrosionsreaktor, der den typischen Korrosionsmechanismus simuliert, der an den Überhitzerrohren beobachtet wird, die in seinen Kesselanlagen zur Energiegewinnung aus Abfällen verwendet werden. Es wurden viele verschiedene Legierungen und Beschichtungssysteme getestet, darunter Inconel 625 als Schweißauftrag. Das Abfallunternehmen berichtet, dass die Legierung 53606 von Castolin Eutectic die anderen Legierungen und Abscheidungssysteme übertraf.

Bei vielen Biomasse- und Abfallkesseln kommt es zu einem gemischten Erosions-/Korrosionsangriff auf die Kesselrohre. Ein italienisches Kraftwerk stieß auf ein schwerwiegendes Korrosionsproblem, als der normalerweise in seinem Kessel verbrannten Kohle 10 % Abfall hinzugefügt wurden. Der Draht BTW 66 (Erosion-Korrosion) bewährte sich im Praxistest an Paneelen, weshalb der Kunde diese Lösung für eine deutlich größere Wasserwandfläche bestellte.

Für weitere Informationen besuchen Siewww.engineerlive.com/ipe

Gary Heath ist dabeiCastolin Eutektikum.