KORROSIONSVERHALTEN AUSTENITISCHER KONDENSATORROHRE simulierte Korrosionsversuche

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1 KORROSIONSVERHALTEN AUSTENITISCHER KONDENSATORROHRE simulierte Korrosionsversuche Werkstoffwoche 2015, Dresden, Ralf Uerlings, RWE Generation SE, CoC Quality Assurance & Materials RWE Generation SEITE 1

2 Korrosionsverhalten austenitischer Kondensatorrohre in Anlehnung an die VGB-Richtlinie 113 L Inhalt 1 Motivation 2 Austenitische Kondensatoren 3 VGB-R 113 L 4 Kühlwässer 5 Versuchsreihen Zusammenfassung der Ergebnisse 7 Fazit RWE Generation SEITE 2

3 1 Motivation Austenitische Kondensatorrohre sind während Stillstandzeiten durch Einwirkung von Chloriden im Kühlwasser anfällig für Loch- und Spaltkorrosion Im Rahmen der Energiewende werden häufige Blockstillstände > 3 Tage erwartet In der VGB-Richtlinie 113 L Rohre für Kondensatoren und andere Wärmetauscher werden Maßnahmen zur Stillstandkonservierung in kurze Stillstände (1 3 Tage) und lange Stillstände (> 3 Tage) unterschieden RWE Generation SEITE 3

4 1 Motivation Es liegen KEINE PRAKTISCHEN ERFAHRUNGEN über das Korrosionsverhalten ohne Einhaltung der VGB-R 113 L bei Stillständen vor Versuchsprogramm zur Bewertung austenitischer Kondensatorrohre in Zusammenarbeit mit dem IFK Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart RWE Generation SEITE 4

5 2 Austenitische Kondensatoren Einsatz in Braunkohlekraftwerken Kraftwerk Anlage Leistung Maßnahme Jahr Weisweiler Block M (MVA) 35 MW Neubau 1996 Niederaußem Block K 1000 MW Neubau 2001 Weisweiler Block G 600 MW Ertüchtigung* 2007 Niederaußem Block F 600 MW Ertüchtigung* 2008 Weisweiler Block H 600 MW Ertüchtigung* 2009 Niederaußem Block H 600 MW Ertüchtigung* 2009 Neurath Block D 600 MW Ertüchtigung* 2010 Neurath Doppelblock F/G MW (jeweils) Neubau 2011 * Ertüchtigung = Austauschen der Messingrohre gegen austenitische Rohre RWE Generation SEITE 5

6 2 Austenitische Kondensatoren Beispiel: 1000 MW Anlage Anzahl der Rohre Rohrlänge Rohrwanddicke Durchmesser mm (einzelnes Rohr) 75 km Gesamtlänge in einem Kondensator 0,5 mm 20 mm Werkstoff X2CrNiMo (Werkstoff-Nr.: ) Betriebstemperatur ca. 70 C RWE Generation SEITE 6

7 2 Austenitische Kondensatoren Werkstoffauswahl Vorteile austenitischer Kondensatorrohre gegenüber Messing Preiswerter Passivität gegenüber den üblichen Kühlwässern geringeres Korrosionsrisiko Geringere Rohrwanddicken Höhere Strömungsgeschwindigkeiten Günstigerer Wärmetransport erlaubt kleinere Kondensatoren Nachteil Empfindlichkeit gegenüber Chloriden RWE Generation SEITE 7

8 2 Austenitische Kondensatoren Funktion eines Kondensators Kondensator dient der Verflüssigung des Abdampfes aus der Turbine. Dies ermöglicht einen geschlossenen Kreislaufprozess. Hauptaufgaben sind die Kondensierung, Entgasung und Sammlung des abströmenden Dampfes Der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks wird im Wesentlichen von der Leistung des Kondensators beeinflusst Rentabilität Schäden am Kondensator können den gesamten Wasser-Dampf- Kreislauf durch Korrosionseffekte beschädigen RWE Generation SEITE 8

9 2 Austenitische Kondensatoren Aufbau eines Kondensators Anordnung der Rohre Teilbündel-Oberflächenkondensator, Fa. BBC RWE Generation SEITE 9

10 3 VGB Richtlinie 113 L Forderungen bei Stillstandzeiten > 3 Tage Mit Erfüllung folgender Anlagenkonfiguration: Existenz von Absperrarmaturen Füllstands- und Entlüftungspumpen Spül- und Auffülleinrichtungen für salzarmes Wasser (Deionat) Kondensator kühlwasserseitig entleeren, Absperrorgane schließen Auffüllen der Kondensatorwasserräume mit salzarmem Wasser (Deionat) Füllstands- und Entlüftungspumpen in Betrieb halten RWE Generation SEITE 10

11 3 VGB Richtlinie 113 L Forderungen bei Stillstandzeiten > 3 Tage Ohne Erfüllung vorbeschriebener Anlagenkonfigurationen: Kondensator kühlwasserseitig entleeren Eventuell vorhandene Fremdkörper entfernen Kondensatorrohre sofort mit salzarmem Wasser (Deionat) spülen Eventuell vorhandene Beläge entfernen Kondensatorrohre sofort trocknen und trocken halten RWE Generation SEITE 11

12 3 VGB Richtlinie 113 L Konsequenzen Führende Lieferanten bestehen auf die Einhaltung der Richtlinie zum Erhalt der Gewährleistung Folgen: Kostenexplosion Wirtschaftlichkeit ist gefährdet RWE Generation SEITE 12

13 4 Kühlwässer Kühlwasserqualitäten sind abhängig vom Kraftwerksstandort und den verwendeten Wässern (Flusswasser, Meerwasser, Brackwasser, etc.) Stark variierende Korrosionsgefährdungen der Kondensatorrohre Die Bewertung erfolgt nach dem Ryzner- Index Durch den Ryzner Index wird die Kesselsteinbildung bestimmt Die Kesselsteinbildung ist abhängig von: - Temperatur - ph-wert - Leitfähigkeit - Kalziumhärte - Säurekapazität Ryzner Index Bewertung > 7 Korrosion 6-7 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 5-6 leichte Kesselsteinbildung, keine Korrosion 4-5 intensive Kesselsteinbildung, keine Korrosion RWE Generation SEITE 13

14 5 Versuchsreihe 1 Kühlwässer Versuchsreihe Kraftwerk Chloridgehalt Ryznar Index 1 Niederaußem 375 mg/l 5,7 leichte Kesselsteinbildung 1 Weisweiler 112 mg/l 6,1 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 1 Ibbenbüren 484 mg/l 6,6 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion RWE Generation SEITE 14

15 5 Versuchsreihe 1 Versuchsdurchführung Temperaturen 30 C und 50 C Versuchsdauer 4 Tage und 20 Tage Rohrwerkstoff X2CrNiMo , Probenmaterial 66 Rohre Ø 20 mm, t= 0,5 mm, l = 200 mm Ryznar Index max. 6,6 (Ibbenbüren), leichte Korrosion Komplett gefülltes Rohr Halb gefülltes Rohr (Dreiphasengrenze) Wassersack RWE Generation SEITE 15

16 5 Versuchsreihe 1 Versuchsdurchführung Zusätzlich durchgeführte Strömungssimulationen: Permanent durchströmtes Rohr Komplett mit Wasser gefülltes Rohr nach drei Tagen entleert und wieder verschlossen Wasseraustausch alle 2-3 Tage Nullproben (ohne Füllung) RWE Generation SEITE 16

17 5 Versuchsreihe 1 Ergebnisse Ibbenbürener Kühlwasser 50 C, 20 Tage Keine erkennbaren Veränderungen der Innenoberflächen durch Beläge bzw. Korrosion RWE Generation SEITE 17

18 5 Versuchsreihe 2 Kühlwässer Versuchsreihe Kraftwerk Bemerkung Chloridgehalt Ryznar Index 1 Niederaußem 375 mg/l 5,7 leichte Kesselsteinbildung 1 Weisweiler 112 mg/l 6,1 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 1 Ibbenbüren 484 mg/l 6,6 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 2 Niederaußem 280 mg/l 7,7 korrosiv 2 Niederaußem 1. Eindickung 550 mg/l 6,6 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 2 Niederaußem 2. Eindickung 940 mg/l 6,2 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 2 Eemshaven Nordseewasser mg/l 9,6 stark korrosiv RWE Generation SEITE 18

19 5 Versuchsreihe 2 Versuchsdurchführung Temperaturen 30 C, 50 C und 80 C Versuchsdauer 4 Tage und 21 Tage Rohrwerkstoff X2CrNiMo , Probenmaterial 54 Rohre Ø 20 mm, t= 0,5 mm, l = 200 mm Ryznar Index max. 9,6 (Eemshaven), starke Korrosion Taproggekugel Spalt Simulierte Spaltbildung (Spaltkorrosion) Stein Simulierte Spaltkorrosion Stein Rohr mit Fremdkörper (Stein) RWE Generation SEITE 19

20 5 Versuchsreihe 2 Ergebnisse Rohr mit fixierter Taproggekugel Eemshavener Kühlwasser 21 Tage, 50 C Rohr mit simulierter Spaltbildung Eemshavener Kühlwasser 21 Tage, 50 C Keine Anzeichen einer Korrosion Keine Anzeichen einer Korrosion RWE Generation SEITE 20

21 5 Versuchsreihe 2 Ergebnisse Simulierter Wassersack Eemshavener Kühlwasser 21 Tage, 50 C Krustiger weißer, salzartiger Belag und rostbraune Flecken Anzeichen einer beginnenden Lochkorrosion RWE Generation SEITE 21

22 5 Versuchsreihe 3 Kühlwässer Versuchsreihe Kraftwerk Chloridgehalt Ryznar Index 1 Niederaußem 375 mg/l 5,7 leichte Kesselsteinbildung 1 Weisweiler 112 mg/l 6,1 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 1 Ibbenbüren 484 mg/l 6,6 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 2 Niederaußem 280 mg/l 7,7 korrosiv 2 Niederaußem 1. Eindickung 550 mg/l 6,6 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 2 Niederaußem 2. Eindickung 940 mg/l 6,2 leichte Kesselsteinbildung bis leichte Korrosion 2+3 Eemshaven Nordseewasser mg/l 9,6 stark korrosiv RWE Generation SEITE 22

23 5 Versuchsreihe 3 Versuchsdurchführung Temperaturen 25 C Versuchsdauer 40 Tage Rohrwerkstoff X2CrNiMo , Probenmaterial Ryznar Index 24 Rohre Ø 20 mm, t = 0,5 mm, l = 200 mm 9,6 (Eemshaven), stark korrosiv Einsatz defekter Rohre, aussortiert nach negativem Dichtigkeitstest, genaue Fehler sind unbekannt, visuell keine Anzeichen einer Schädigung erkennbar Schraube Stahlwolle Furchen Furchen unedler verschweißt Kontaktkorrosion (Spaltkorrosion) beschädigte Oberfläche Lokalelement RWE Generation SEITE 23

24 5 Versuchsreihe 3 Ergebnisse Simulierte Kontaktkorrosion mit Schraube Teilweise rostbraune Beläge auf der Innenoberfläche Keine Anzeichen einer Korrosionsschädigung RWE Generation SEITE 24

25 5 Versuchsreihe 3 Ergebnisse Simulierte Kontaktkorrosion mit Stahlwolle Teilweise rostbraune Beläge auf der Innenoberfläche Keine Anzeichen einer Korrosionsschädigung RWE Generation SEITE 25

26 5 Versuchsreihe 3 Ergebnisse Beschädigung der Innenoberfläche und anschließenden verschweißen Anlauffarben Keine Anzeichen einer Korrosionsschädigung RWE Generation SEITE 26

27 6 Zusammenfassung der Ergebnisse Trotz der teilweise für den Kondensatorbetrieb unrealistischen Versuchsbedingungen liegen keine signifikanten Korrosionsschäden vor (Ausnahme: eventuell 5 µm beginnende Lochkorrosion nach 21 Tagen, 50 C im simulierten Wassersack) Das Korrosionsverhalten des austenitischen Werkstoffs ist für den Kondensatorbetrieb als sehr gut einzustufen Im Normalbetrieb ist auch nach Stillständen > 30 Tage ohne Einhaltung der VGB Richtlinie 113 L mit keinen Korrosionsschäden zu rechnen RWE Generation SEITE 27

28 7 Fazit Die VGB-Richtlinie 113 L ist zu allgemein und nicht praxisgerecht ausgelegt. Die Einhaltung der 113 L zur Erhaltung der Gewährleistung ist nach den vorliegenden Erkenntnissen nicht gerechtfertigt. Eine Überarbeitung der Richtlinie mit dem Ziel einer flexibleren Auslegung ist zu empfehlen, z.b. Einleitung der Maßnahmen erst bei Stillständen > 21 Tage die Maßnahmen von der Korrosivität des Kühlwassers abhängig machen und zu klassifizieren, z.b.: A (keine Korrosivität), B (geringe Korrosivität), C (hohe Korrosivität) RWE Generation SEITE 28

29 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT. RWE Generation SEITE 29