Cluster-Forum Schweißtechnik im Kraftwerksbau , SLV München, NL d. GSI mbh

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1 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh Schließen von Plattierungslücken an Ni-Basis-plattierten Blechen einer Rauchgasentschwefelungsanlage MSG-Schweißen Schweißen - eine wirtschaftliche Alternative zu den bisher eingesetzten WIG-Verfahren W. Wiedemann, Babcock Noell Würzburg S. Pommer, SLV München Cluster-Forum Schweißtechnik im Kraftwerksbau , SLV München, NL d. GSI mbh

2 Inhalt 1. Einleitung 2. Rauchgasentschwefelungsanlage REA Kraftwerk Boxberg Block R - Technische Daten und Funktionsprinzip 3. Konstruktion und Werkstoffe - Konstruktion des Wärmetauscherkanals in der REA Boxberg - Funktion der walzplattierten Werkstoffe - Stoßarten und Schweißnahtdetails 4. Anforderungen an die Schweißverbindungen - Fe-Gehalte in der Decklage - Bewertungsgruppen nach DIN EN ISO Zusatzkriterien 5. Stand der Technik - Vergleich der Schweißverfahren v-wig-heißdraht, v-wig-kaltdraht, v-msg - Schweißnahtvorbereitung und Schweißfolge - Aufmischungsgrade, Anzahl der erforderlichen Lagen und Raupen - Ergebnisse voll- und teilmechanisierter Schweißversuche mit dem MSG-Prozess 6. Qualifizierung des MSG-Schweißens für den Einsatz in der REA Boxberg Block R 7. Einsatz auf der Baustelle 8. Zusammenfassung und Ausblick Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 2

3 Rauchgasentschwefelungsanlage REA Boxberg Block R Braunkohlekraftwerksblock Leistung 675 MW Wirkungsgrad > 43% Baubeginn: 10/2006 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 3

4 Rauchgasentschwefelungsanlage REA Boxberg Block R Messstation Reingaskanal Suspensionspumpenstation Absorber Wärmeverschiebesystem RVS Rohgaskanal Bedingungen in der REA Rauchgasmenge: Nm 3 /h SO 2 -Eingangskonzentration: mg/nm 3, tr. Gef. SO 2 -Abscheidegrad: 97,5% Wandtemperatur: ca. 130 C Rauchgaskondensatbildung durch Taupunktunterschreitung Staubfracht: 20 mg/nm 3, tr. ph-wert: < 2 beste Bedingungen für Loch- u. Spaltkorrosion Inbetriebnahme: Januar 2010 Auftraggeber: Vattenfall Europe Generation AG & Co KG Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 4

5 Konstruktion und Werkstoffe Aus Kostengründen beträgt der Anteil gummierter Rauchgaswäscher (Absorber) in neu gebauten Rauchgasentschwefelungsanlagen mehr als 85%. Für die kritischen Bereiche des Rauchgasweges wie den Wärmetauscherkanal und den Gaseintrittskanal in den Wäscher entscheiden sich die Betreiber aber immer wieder für die Verwendung des hoch korrosionsbeständigen Werkstoffes NiCr23Mo16, (Werkstoffnr , Nicrofer 5923 h Mo, alloy 59) in Form von walzplattierten oder massiven Blechen. Der Wärmetauscherkanal der REA Boxberg, Block R ist eine typische Gitterwerkkonstruktion aus Stützrahmen mit eingewechselten Hauptträgern und kleineren Aussteifungen, die eine Blechhaut aus Ni-Basis-walzplattierten Blechen trägt und stabilisiert. Trägerwerkstoff: S235/S355, t = 5 mm Statik Plattierungswerkstoff: NiCr23Mo16, t = 1,8/2,0/3,0 mm Korrosionsbeständigkeit Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 5

6 Konstruktion und Werkstoffe Wärmeverschiebesystem RVS (l x b x h ca. 28 x 10 x 10 m) Absorber Ni-Basis-walzplattierte Blechfelder im RVS (Plattierungsdicken 1,8 3,0 mm) Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 6

7 Konstruktion und Werkstoffe Detail Profilstoß, PA, PF/PG, PE ca. 800 m Detail freier Blechstoß, PA, PC, PF/PG, ca. 200 m Detail Eckstoß, PB, PD ca. 120 m Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 7

8 Anforderungen an die Schweißverbindungen Schweißverbindungen auf der Trägerwerkstoffseite S235/S355: Bewertungsgruppe C nach DIN EN ISO 5817 Schweißverbindungen auf der Plattierungsseite NiCr23Mo16: Korrosionswiderstand der geschlossene Plattierungslücke gleich wie Walzplattierung Max. Fe-Gehalt in Decklage 3% Bewertungsgruppe B nach DIN EN ISO 5817 mit Zusatzkriterien - Nahtüberhöhung max. 2 mm - offene Poren nicht zulässig - Anlauffarben und Beläge nicht zulässig bzw. sind nach dem Schweißen zu entfernen - festhaftende Schweißspritzer nicht zulässig bzw. müssen entfernt werden Mit den bisher eingesetzten Verfahren WIG, v-wig-hd und v-wig-kd konnten diese Anforderungen erfüllt werden. Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 8

9 Anforderungen an die Schweißverbindungen Loch- und Spaltkorrosionsangriff an Schweißnaht und Grundwerkstoff eines Reingaskanals infolge zu hoher Aufmischungsgrade Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 9

10 Stand der Technik Vergleich der Schweißverfahren v-wig-hd-schweißen walzplattiertes Blech S , 13 mm + 2 mm v-wig-kd-schweißen walzplattiertes Blech S , 10 mm + 2 mm v-msg-schweißen walzplattiertes Blech S , 5 mm + 2mm Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 10

11 Stand der Technik Vergleich der Schweißverfahren v-wig-hd-schweißen walzplattiertes Blech S , 13 mm + 2 mm v-wig-kd-schweißen walzplattiertes Blech S , 10 mm + 2 mm v-msg-schweißen walzplattiertes Blech S , 5 mm + 2mm Nahtübersichten Querschliffe Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 11

12 Stand der Technik Vergleich der Schweißverfahren Vergleichskriterium v-wig-hd v-wig-kd v-msg (gilt nur für das Schließen der Lücke von der Plattierungsseite mit ZW NiCr23Mo16) Querschliffe Schweißposition PF/PG PF PG Stromart DC- gepulst DC- gepulst CMT-Puls erf. Lagen/Raupen für Fe < 3% 3-4 / / / 1-2 Fe-Gehalt DL, /max [%] 2,2 / 3,1 2,4 / 3,4 < 1 Schweißgeschw. DL [cm/min] Streckenenergie/Raupe [kj/cm] ca. 5 ca. 5,2 ca. 4,5 Schutzgas Ar + 2% H 2 Ar + 2% H 2 Ar+30%He+0,03%O 2 Schleifaufwand gering, 0,5 1 mm hoch, 4 5 mm mittel, 1 2 mm Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 12

13 konventioneller Kurzlichtbogen Strom bewirkt Tropfenablösung Werkstoffübergang ist mit hohem Stromfluss verbunden Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 13

14 CMT - Cold Metal Transfer (Fronius) Kurzlichtb. mit reversibler Drahtförderung Stromstärke [A] Spannung [V] Die Tropfenablösung und Lichtbogen-Wiederzündung wird durch die Rückzugbewegung der Drahtelektrode unterstützt. Werkstoffübergang und Lichtbogen-Wiederzündung erfolgt bei geringer Stromstärke Mechanische Erfassung und Einstellung der Lichtbogenlänge Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 14

15 CMT-Puls-Schweißen MSGp CMT MSGp CMT MSGp Schweißen mit periodisch wechselnden Lichtbogenleistungen und Werkstoffübergangsarten erhöht den Leistungsbereich und das Einsatzgebiet Variabel einstellbare Anzahl von CMT- und Impulslichtbogenzyklen ermöglicht exakte Prozessanpassung an die Fügeaufgabe Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 15

16 Ergebnisse an verschiedenen Stoßarten und Schweißpositionen v-msg am Profilstoß PE v-msg am Eckstoß PD Fe- Gehalt < 1% Pendelraupe, Ampl. ± 6 mm, f = 1,1 Hz Strichraupe 1WL+2FL -PA T DL - PE 1 Pendelr. NiCr23Mo16 CMT-Puls, v S =12cm/min, I eff =116 A, U eff =19,5 V E=11,3 kj/cm, Ar+30%He+2%H 2 +0,055%CO 2 CMT-Puls, v S =50cm/min, I eff =139 A, U eff =18,3 V E=3 kj/cm, Ar+30%He+2%H 2 +0,055%CO 2 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 16

17 Ergebnisse an verschiedenen Stoßarten und Schweißpositionen v-msg am Profilstoß PE CMT-Puls, v S = 12 cm/min, v D = 7,7 m/min, I eff = 116 A, U eff = 19,5 V, E = 11,3 kj/cm, Ar + 30% He + 2% H 2 + 0,055% CO 2 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 17

18 Ergebnisse an verschiedenen Stoßarten und Schweißpositionen t-msg am Profilstoß PG t-msg am T-Stoß PD Fe- Gehalt < 1,5% Strichraupen, Übergänge ggf. Beschleifen Schweißraupe leicht gependelt 1FL+DL - PG je 3 Raupen NiCr23Mo16 1WL - PF T CMT, I eff = A, U eff =14,0 16,0V Ar + 30% He + 2% H 2 + 0,055% CO 2 CMT, I eff = A, U eff =15,5 17,0V Ar + 30% He + 2% H 2 + 0,055% CO 2 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 18

19 Qualifizierung des Schweißverfahrens Das vollmechanisierte MSG-Schweißen wurde am freien Blechstoß in Schweißposition PG über Verfahrensprüfung inkl. Korrosionsprüfung gemäß ASTM G-28 Methode B durch Babcock Noell qualifiziert und von VGB/Vattenfall anerkannt. Für den Profilstoß in Position PE und PG sowie den Eckstoß in Position PD sind die Schweißparameter, Arbeits- und Randbedingungen optimiert. In internen Untersuchungen wurde der Nachweis für den Einsatz in Boxberg erbracht. Für schwer zugängliche Stellen wie z.b. Eckbereiche und kurze Schweißnähte wurde das MSG-CMT-Handschweißen für sämtliche Stoß- und Nahtarten in verschiedenen Positionen ebenfalls über Verfahrensprüfungen qualifiziert und auf der Baustelle in Boxberg auch erfolgreich eingesetzt. Aufgrund des speziellen Handbrenners (Gewicht ca. 2,0 kg) wurden jedoch im Vorfeld für den Baustelleneinsatz sechs Schweißer entsprechend trainiert und durch Schweißerprüfungen qualifiziert. Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 19

20 Einsatz auf der Baustelle t-msg v-msg am Profilstoß PG Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 20

21 Zusammenfassung / Ausblick Die Erfahrungen und Ergebnisse auf der Baustelle in Boxberg zeigen, dass das MSG- CMT-Schweißen sowohl voll- als auch teilmechanisiert (von Hand) an allen in der REA Boxberg vorkommenden Stoßarten und Schweißpositionen sehr gut geeignet ist. Im Vergleich zu den bisher eingesetzten Schweißverfahren v-wig-heißdraht und v-wig-kaldraht sind zum Erreichen der geforderten Fe-Gehalte von < 3% in der plattierungsseitigen Decklage signifikant weniger Lagen und Raupen erforderlich. Aufgrund der höheren Schweißgeschwindigkeiten können die Schweißungen zudem effizienter und mit geringerem Wärmeeintrag in die Konstruktion ausgeführt werden. Die Montageschweißungen in der REA Boxberg Block R mit einer Gesamtnahtlänge von ca m wurden erfolgreich abgeschlossen. Die Auswertung der Schweißergebnisse in Bezug auf Qualität, Nacharbeit, Wirtschaftlichkeit, etc. sind derzeit noch in Arbeit. Die Kosten für die Montage von walzplattierten Blechen können mit Anwendung des effizienteren MSG-CMT Schweißverfahren gesenkt und somit die Attraktivität von Ganzmetall-Konstruktionen im Rauchgasweg von Rauchgasreinigungsanlagen wieder erhöht werden. Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Gerne prüfen und beurteilen wir den wirtschaftlichen Einsatz neuer MSG-Varianten auch für Ihre Anwendungsfälle herstellerunabhängig und neutral. Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München Niederlassung der GSI mbh 22