Heißdampfkorrosion und weitere Erkenntnisse aus KOMET 650

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Kora Martin
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1 Kompetenz-Netzwerk Kraftwerkstechnik NRW Düsseldorf, 15. Mai 007 Heißdampfkorrosion und weitere Erkenntnisse aus KOMET 650 Dr. Peter Moser, RWE Power AG, Neue Technologien

2 Programmteil Material-Betriebserprobung KOMET 650: Kraftwerks-Optionen: Material- und Messtechnik-Entwicklungen sowie deren Tests unter Betriebsbedingungen bei 650 C Projektziele Materialerprobung für Überhitzerrohre und Rohrleitungen über ca Stunden bei Dampftemperaturen bis 650 C im Feldversuch Materialerprobung Dampfturbine Erprobung von Regelarmaturen Projektpartner Alstom, EHR, Hitachi Power, Salzgitter Mannesmann Forschung, Technip Germany, Vallourec & Mannesmann Tubes, Welland & Tuxhorn, Projektkoordination/-leitung: VGB PowerTech, RWE Power Laufzeit und Projektkosten KOMET 650-Gesamtprojekt KOMET 650-Anschlussprojekt Kosten Gesamtprojekt ca. 10 Mio., Förderung durch das BMWi

000 Stunden bei Dampftemperaturen bis 650 C im Feldversuch Materialerprobung Dampfturbine Erprobung von Regelarmaturen Projektpartner Alstom, EHR, Hitachi Power, Salzgitter

3 Projektgruppe Material Aufbau der Teststrecke Kraftwerk Westfalen Block B Rohrleitungsstrecke 650 C / 180 bar Versuchsanlage: Dampfstrom: 4 t/h Druck: 180/96 bar Temperatur : 650/60 C 645 C/180 bar 60 C/96 bar HZÜ 43 m Regelarmaturen 645 C 60 C Aufbau der Rohrleitungsstrecke Kesseldecke 5 m Werkstoffproben Turbinenschaufel 4 Testschleifen Überhitzerrohre im Dampferzeuger Dampferzeuger Regelarmaturen und Dampfturbinenwerkstoffe 3

43 m Regelarmaturen 645 C 60 C Aufbau der Rohrleitungsstrecke Kesseldecke 5 m Werkstoffproben

4 Aufbau Testschleifen - Überhitzerrohrwerkstoffe 480 Dampftemperaturmessungen 650 zur Kesseldecke vom Einspritzkühler 3 Stirnwand Ferrite / Martensite. Austenite < 18 % Cr 3. Austenite > 18 % Cr 4. Nickelbasislegierung

Stirnwand 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 4 3 3 4 1. Ferrite / Martensite.

5 Aufbau Testschleifen - Überhitzerrohrwerkstoffe Getestete Überhitzerrohrwerkstoffe und realisierte Temperaturbelastung: IN 617 / NiCr 3 Co 1 Mo, Werkstoff-Nr.: C C NF 709, 61 C C Super 304 H, 581 C - 63 C AC 66 / X 5 NiCrCeNb 3 7, Werkstoff-Nr.: C C X 3 CrNiMoN 17 13, Werkstoff-Nr.: C C X 8 CrNiTi / 8 R 30 H, Werkstoff-Nr.: C C TP 347 HFG, 568 C C Esshete 150, 578 C NF 616 / P C C E 911 / X 11 CrMoWVNb 9 1 1, Werkstoff-Nr.: C C 5

4877 539 C - 630 C X 3 CrNiMoN 17 13, Werkstoff-Nr.: 1.

6 Aufbau Großrohrstrecke 5 Rohrleitungswerkstoffe Bo Naht 1 IN 617 E 911 Naht 7 AC 66 E 911 Bo 3 P9 Naht P 9 Naht E 911 Bo 6 P9 Naht 0 P 9 P 9 G-Rohr E 911 Bo 4 AC 66 G-Rohr P 9 Bo E911 Bo 8 P9 Bo 7 P9 Bo 1 In 617 Bo 9 E 911 Eingesetzte Werkstoffe Großrohrstrecke Inconel 617 E P9 AC 66 6

4910 E 911 Bo 6 P9 Naht 0 P 9 P 9 G-Rohr E 911 Bo 4 AC 66 G-Rohr P 9 Bo E911 Bo

7 Aufbau Großrohrstrecke 5 Rohrleitungswerkstoffe Abmessungen der eingesetzten Rohrwerkstoffe: E 911 und P 9: 650 C-Strecke 107 li Ø x 5,0 mm Wanddicke 60 C-Strecke 136 li Ø x 10,4 mm Wanddicke : 650 C-Strecke 107 li Ø x 15, mm Wanddicke AC 66: IN 617: 650 C-Strecke 107 li Ø x 15,4 mm Wanddicke 650 C-Strecke 10 li Ø x 10,7 mm Wanddicke Auslegung der Großrohrversuchsstrecke auf Versuchszeit von Stunden Zur Realisierung des Versuchsziels blieben jedoch unberücksichtigt: - Sicherheitsabstand zwischen den Auslegungs- und den Betriebsparametern - Beschränkung der zulässigen Spannungen durch die Werte für eine Betriebszeit von mindestens h betriebsbegleitende Erschöpfungsgradberechnung sowie Zeitstandproben kontinuierliche/zyklische Dehnungs- und Weg-/Kraftmessungen sowie Gefügeprüfungen 7

8 Begleitende Untersuchungen - Großrohrstrecke 8

9 Begleitende Untersuchungen - Großrohrstrecke Kontinuierliche Überwachung der Kraft- Wegmessungen Ermittlung und Dokumentation der Verwerfungen/Verformungen der Leitung und der Stangendeformationen Aufnahme der Hängerdaten (im kalten und warmen Zustand) 9

Dokumentation der Verwerfungen/Verformungen der Leitung und der

10 Begleitende Untersuchungen - Zeitstandversuche 10

11 Erprobung von Turbinenwerkstoffen Test der Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen von 60 C und 650 C: ferritische/martensitische Rohrwerkstoffe Stähle aus COST-Programmen Austenite Ni-Basislegierungen Beschichtungen 11

650 C: ferritische/martensitische Rohrwerkstoffe

12 Erprobung der Regelarmaturen Ausschluss einiger Werkstoffe bei Anwendung als Druckregelelement Praktischer Festigkeitsnachweis für hochbelastete Bauteile Ermittlung der Standzeiten von dynamisch belasteter Bauteile wie Dichtungen und Führungen unter erhöhten Betriebstemperaturen Berücksichtigung konstruktiver Modifikationen in Bezug auf die Montagefähigkeit der Regelventile Definition der Einsatzgrenzen und Aktualisierung der Werksnormen 1

wie Dichtungen und Führungen unter erhöhten Betriebstemperaturen Berücksichtigung konstruktiver Modifikationen

13 Versuchsbetrieb bis Auswertung von bis Datum: Zeit: Bereich 1:33:00 Überhitzerstrecke 3:59:00 Rohrleitungsstrecke Betriebsarten Stunden anteilig [%] Stunden anteilig [%] Volllastbetrieb 8836,5 4,3 170,5 3,5 Teillastbetrieb 5763,0 37,8 1155,5 17,8 Anfahren 843,0 4, 7983,0 11,7 Stillstand 1075,5 15,8 5886,0 38,0 Gesamt 68195,0 100, ,0 100,0 Beendigung des Versuchsbetriebes am , da alle drei für den sicheren Betrieb der Teststrecke als kritisch definierten Kriterien erreicht waren: HT-DMS-Messungen zeigten deutliche Abweichungen vom linearen Kriechverhalten begleitende Zeitstandversuche bestätigten bleibende Dehnung im dritten Kriechbereich sehr hohe Porendichte an Bauteilen der Teststrecke Rohrleitungsstrecke: 170 Stunden Volllastbetrieb T > 640 C Überhitzerschleifen: 8836 Stunden Volllastbetrieb T > 640 C 13

4,3 170,5 3,5 Teillastbetrieb 5763,0 37,8 1155,5 17,8 Anfahren 843,0 4, 7983,0 11,7 Stillstand 1075,5 15,8 5886,0 38,0 Gesamt 68195,0 100,0 68195,0 100,0 Beendigung des Versuchsbetriebes am 14.06.

14 Rohrleitungsstrecke Betriebsstunden/-temperaturen B.0LBA30.CT Volllastbetrieb T>640 C Stunden Temperatur [ C] Rohrleitungsstrecke: Volllastbetrieb T > 640 C: 170 Stunden Betrieb mit 630 C < T < 640 C: 4545 Stunden 14

545 550 555 560 565 570 575 580 585 590 595 600 605 610 615 60 65 630 635 640 645 650 655 660 665 670

15 Überhitzerrohrwerkstoffe - Prüfverfahren Untersuchungsprogramm für vier Testschleifen mit Betriebszeiten von 5.890, 1.000, und 3.15 Volllaststunden: Erfassung von Probendaten und äußere Beurteilung Fotodokumentation Herstellung von Teilproben durch Sägen und Schneiden Schlifferstellung, Schliffpräparation Chemisches Ätzen Metallographische Untersuchungen zur Ermittlung von Gefügezuständen an metallischen Werkstoffen (mit rauchgasseitigen Anbackungen im ungeätzten Zustand, sowie wasserdampfseitige Innenoberfläche im geätzten Zustand) Härteprüfung nach Vickers Rasterelektronenmikroskopische Untersuchung / EDX- Analyse 15

Schliffpräparation Chemisches Ätzen Metallographische Untersuchungen zur Ermittlung von Gefügezuständen an metallischen Werkstoffen (mit rauchgasseitigen

16 Erkenntnisse wasserdampfseitige Korrosion Werkstoff C 3.15 Volllaststunden und Teillaststunden Werkstoff AC C 3.15 Volllaststunden und Teillaststunden 16

17 Erkenntnisse - Eignung Überhitzerwerkstoffe Wasserdampfseitige Korrosion IN In 617 Esshete 150 Super 304 H AC 66 E 911 TP 347 HFG NF 616 NF Dampftemperatur [ C] 650 Für den Temperaturbereich oberhalb von 630 C ist von den in KOMET 650 erprobten Werkstoffen alleine Inconel 617 einsetzbar. 17

570 590 610 630 Dampftemperatur [ C] 650 Für den Temperaturbereich oberhalb von 630

18 Aktuelle Arbeiten und Veröffentlichung der Ergebnisse Überhitzerrohrwerkstoffe Wanddickenverlust, speziell rauchgasseitig Reibschweißverbindungen Großrohrstrecke zerstörende Werkstoffprüfung Untersuchung Oberflächenparalleler Anschliffe (tiefenabhängig) Turbinenwerkstoffproben Metallographische Untersuchung der Proben, darunter 15 mit Volllastbetriebszeiten >.000 Stunden Die Veröffentlichung der detaillierten werkstoffwissenschaftlichen Ergebnisse von KOMET 650 ist für März 008 in einer Schwerpunkt-Ausgabe der VGB PowerTech geplant. 18

Turbinenwerkstoffproben Metallographische Untersuchung der Proben, darunter 15 mit Volllastbetriebszeiten >.

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