Systematische Analyse von korrosionsbedingten Dampferzeugerschäden

Transkript

1 Systematische Analyse von korrosionsbedingten Dampferzeugerschäden Dr.-Ing. Ingo Zorbach (*), Dipl.-Ing. Jens Peitan (#) (*) Fisia Babcock Environment GmbH, F+E GF Abfalltechnik (#) BSR Berlin, Werkleiter MHKW Berlin-Ruhleben

2 INHALT Vorstellung Fisia Babcock Environment GmbH Schadensanalyse Dampferzeugerschäden Genereller Ablauf und wichtige Punkte Beispiele für Analysemöglichkeiten Schadensbeispiel Rohrreißer

3 Produktbereiche Rauchgasreinigung Abfalltechnik After Sales Service

4 Geschäftsbereich Rauchgasreinigung -> Rauchgasentschwefelungsanlagen / DeSOx - Nassverfahren mit Kalkstein oder Meerwasser - Halbtrockenverfahren -> Rauchgasentstickung / DeNOx -> Filtertechnologie - Elektrofilter (trocken/nass) - Gewebefilter

5 Geschäftsbereich Abfalltechnik -> Luft- & wassergekühlte Rostsysteme -> Horizontal- & Vertikalzugkessel -> Entaschung -> Fortschrittliche Feuerleistungsregelung -> Thermische Behandlung von Sondermüll -> Rauchgasreinigung

6 Geschäftsbereich After Sales Service -> Ersatzteilmanagement -> Revisionen -> Engineering Anbieter / DIVA -> Reparaturen -> Modernisierungen / Leistungserhöhungen

7 Standorte Hauptreferenzanlagen seit 2003 in Europa Geschäftsbereich Abfalltechnik Kristiansand Århus Glostrup Ruhleben Oberhausen Rüdersdorf Herten Krefeld Wuppertal Hameln Heringen Carriere_Sur-Seine Riihimäki Halmstad Joenkoeping Uddevalla Borlänge Moskau Klaipeda Acerra / Neapel

8 SCHADENSANALYSE Schaden: Veränderung an einem Produkt, durch die eine oder mehrere seiner vorgesehenen Funktionen wesentlich beeinträchtigt oder unmöglich gemacht werden VDI strukturiert die Suche nach der Ursache eines Schadens in mehrere, aufeinander folgende Schritte. Sie definiert außerdem die in der Schadensanalyse verwendeten Begriffe.

9 SCHRITTE ZUR ENTWICKLUNG DER SCHADENSHYPOTHESE Schadensbeschreibung Was ist passiert? Welches System ist betroffen? Schadensdokumentation (Fotos, Markierung auf Zeichnungen, etc.) Bestandsaufnahme Welche Randbedingungen lagen vor? Betriebsstunden des Bauteils? Betriebsdaten analysieren und auswerten Schadenshypothese Entwicklung einer Hypothese, die den Schaden erklären kann z.b.: Schaden durch Chlorkorrosion??

10 SCHADENSBESCHREIBUNG UND BESTANDSAUFNAHME Schadensbeschreibung durch Dokumentation Fotodokumentation des Schadensorts UND der Umgebung Umfangreiche Ascheproben (VOR Abreinigung) aus dem Umfeld Auswertung der Betriebsmessungen Temperaturverteilungen Heizflächenbelastung / Nachrechnung (-> Wärmestromdichte) Rauchgaszusammensetzung (HCL/SO2, O2) Primärluft- /Sekundärluftverteilung Brennstoffzusammensetzung u. Heizwert Art und Häufigkeit der Heizflächenreinigung und viel mehr Bauteilgeschichte Alter des Bauteils / Betriebsstunden Gab es Veränderungen während der Betriebszeit (z.b. Tausch von Nachbarrohren, nachträgliches Cladding) Unterlieferanten

11 BEISPIEL FÜR BETRIEBSDATENAUSWERTUNGEN Veränderte Einstellungen der Feuerung nach Revision hier veränderte Vertrimmung vorne/hinten

12 SCHRITTE ZUR FESTSTELLUNG DER SCHADENSURSACHE Instrumentelle Analyse Untersuchung von Materialproben Versuche mit Vergleichsproben Untersuchungsergebnisse Passen die Ergebnisse zur Hypothese? Wenn ja, dokumentieren Wenn nein, Hypothese anpassen Schadensursache Erklärung des Schadens z.b.: Schaden durch Chlorkorrosion!!

13 INSTRUMENTELLE ANALYSEN Bauteil-/Werkstoffuntersuchungen von Schadensproben Schliffbilder Werkstoff UND Asche REM-EDX: Elementverteilungen Röntgenbeugung: Kristallstruktur / Mineralphasenbestimmung Betriebsversuche an der Anlage Foto- / Videoauswertung (z.b.: Flammenbilder, Ascheanlagerungen) Temperaturverteilung bei Parameterveränderung Heizwertreiche- /-arme Fraktionen ->Rauchgaszusammensetzung Korrosionssonden Belagssonden zur Untersuchung der Anlagerung von Asche Überwachung der Betriebsversuche CFD Untersuchungen Vergleich Anlagenmesswerte mit theoretischen Werten Strömungsfelder zur Bestimmung der RG-Geschwindigkeit

14 BEISPIELE FÜR INSTRUMENTELLE ANALYSEN Einsatz einer Online-Korrosionssonde zur Analyse von Betriebseinflüssen auf die Korrosion von Heizflächen In Verbindung mit Betriebsversuchen zur Ursachenanalyse, bzw. Hypothesenklärung Achtung: komplexe Auswertung Mikroskopische Werkstoff- /Ascheuntersuchungen Verteilung von Elementen liefert Hinweise auf Korrosionsmechanismen Bestätigung / Widerlegung von Hypothesen hinsichtlich des chemischen Angriffs Bildquelle: Spiegel, et al., Bericht

15 SCHADENSBEISPIEL: ROHRREISSER IN MEMBRANWAND Gross heat release MW 90 LSt-temperature C 460 Feedwater temper. C 150 LSt-pressure bar 65 Fluegas-exit temp. C 200 LSt-flow (design) Mg/h 105

16 SCHADENSBESCHREIBUNG / BESTANDSAUFNAHME ca. 260 mm

17 Rohrwandtemperatur C BESTANDSAUFNAHME: FLINGER SCHES KORROSIONSDIAGRAMM 500 Keine bis geringe Korrosion Übergangsbereich 450 Cladding Korrosionsbereich Ü Ü Ü2 Ü3 Ü Ü1.1 Cladding 250 Schaden Rauchgastemperatur C

18 BESTANDSAUFNAHME: NUTZEN VON CFD ANALYSEN CFD liefert Daten, die nicht mit Messwerten erfassbar sind, z.b: Strömungsfeld Rohrschaden liegt im Bereich moderater Strömungsgeschwindigkeiten (ca. 4-6 m/s) Daher keine besonders verschärften Bedingungen und keine dadurch stärkere Korrosion zu erwarten Hohe Geschwindigkeiten vor allem auf den Rückwänden des zweiten und dritten Zuges Hier hohe Geschwindigkeiten und hohe Temperaturen -> schärfere Bedingungen Bildquelle: R. Warnecke, Abschlussbericht Simulationen Ruhleben

19 11,47 10,95 10,43 9,91 9,39 8,87 8,35 7,82 7,30 6,78 6,26 5,74 5,22 4,69 4,17 3,65 3,13 2,61 2,09 1,56 1,04 0,52 0,00 INSTRUMENTELLE ANALYSE / VERGLEICH WANDSTÄRKENMESSUNG UND CFD Verteilung der Rohrwanddicken auf der Rückwand 2. Zug 0,0-2,0 2,0-4,0 Berechnete Temperaturverteilung vor der Wand 33,595 33,505 30,8 28,6 26,2 25,7 25,2 Abzehrung von Material auf der Rückwand auch im Bereich von sehr niedriger Geschwindigkeit Temperaturverteilung aus CFD spiegelt sich nicht in der Verteilung der Abzehrung wider Temperaturverteilung kann Indiz geben für leicht wärmere Bereiche nahe am Schaden (900 C statt 850 C) ~900 C ~850 C Bildquelle: R. Warnecke, Simulationen Ruhleben

20 INSTRUMENTELLE ANALYSE: BETRIEBSVERSUCH MIT KORROSIONSSONDE Dreimonatiger Versuchsplan für Versuche an der Anlage Zwei Sonden an unterschiedlichen Positionen im Kessel Variation von Materialtemperatur der Korrosionssonde Variation der Sauerstoffkonzentration im Rauchgas Aufzeichnung von Betriebsdaten und den gemessen Korrosionsdaten Korrelationen suchen, sofern vorhanden Auswertung nicht einfach; erfordert i.d.r. wissenschaftliche Begleitung Potenziell hoher Nutzen

21 BEISPIEL KORROSIONSSIGNAL BEI LEISTUNGSÄNDERUNG 1. Zug ÜH 4.1 ca. 5 Tage

22 Rohrwandtemperatur C SCHADENSPRÄVENTION FÜR DIE ZUKUNFT 500 Keine bis geringe Korrosion Übergangsbereich 450 Cladding Korrosionsbereich Ü Ü Ü2 Ü3 Ü Ü1.1 Cladding 250 Schaden Ausweitung Cladding Rauchgastemperatur C

23 WICHTIGE, ALLGEMEINE ERKENNTNISSE Das Korrosionsdiagramm liefert nur eine grobe Einschätzung des Risikos Auch unkritisch erscheinende Bereiche können von Korrosion stark betroffen sein Erst nach erfolgter Probenahme reinigen umfangreiche Fotodokumentation erstellen Einsatz von Korrosions- und Belagssonden kann zusätzliche Informationen bringen Auswertung allerdings sehr komplex und nicht immer eindeutig Betreiber: Betriebserfahrungen und eigene Erkenntnisse mit in Analyse einbringen

24 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!