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
INHALT Vorstellung Fisia Babcock Environment GmbH Schadensanalyse Dampferzeugerschäden Genereller Ablauf und wichtige Punkte Beispiele für Analysemöglichkeiten Schadensbeispiel Rohrreißer
Produktbereiche Rauchgasreinigung Abfalltechnik After Sales Service
Geschäftsbereich Rauchgasreinigung -> Rauchgasentschwefelungsanlagen / DeSOx - Nassverfahren mit Kalkstein oder Meerwasser - Halbtrockenverfahren -> Rauchgasentstickung / DeNOx -> Filtertechnologie - Elektrofilter (trocken/nass) - Gewebefilter
Geschäftsbereich Abfalltechnik -> Luft- & wassergekühlte Rostsysteme -> Horizontal- & Vertikalzugkessel -> Entaschung -> Fortschrittliche Feuerleistungsregelung -> Thermische Behandlung von Sondermüll -> Rauchgasreinigung
Geschäftsbereich After Sales Service -> Ersatzteilmanagement -> Revisionen -> Engineering Anbieter / DIVA -> Reparaturen -> Modernisierungen / Leistungserhöhungen
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
SCHADENSANALYSE Schaden: Veränderung an einem Produkt, durch die eine oder mehrere seiner vorgesehenen Funktionen wesentlich beeinträchtigt oder unmöglich gemacht werden VDI 3822-2011-11 strukturiert die Suche nach der Ursache eines Schadens in mehrere, aufeinander folgende Schritte. Sie definiert außerdem die in der Schadensanalyse verwendeten Begriffe.
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??
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
BEISPIEL FÜR BETRIEBSDATENAUSWERTUNGEN Veränderte Einstellungen der Feuerung nach Revision hier veränderte Vertrimmung vorne/hinten
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!!
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
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 10356-002
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
SCHADENSBESCHREIBUNG / BESTANDSAUFNAHME ca. 260 mm
Rohrwandtemperatur C BESTANDSAUFNAHME: FLINGER SCHES KORROSIONSDIAGRAMM 500 Keine bis geringe Korrosion Übergangsbereich 450 Cladding Korrosionsbereich Ü4.2 400 350 Ü1.2-1.5 Ü2 Ü3 Ü4.1 300 Ü1.1 Cladding 250 Schaden 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Rauchgastemperatur C
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
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
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
BEISPIEL KORROSIONSSIGNAL BEI LEISTUNGSÄNDERUNG 1. Zug ÜH 4.1 ca. 5 Tage
Rohrwandtemperatur C SCHADENSPRÄVENTION FÜR DIE ZUKUNFT 500 Keine bis geringe Korrosion Übergangsbereich 450 Cladding Korrosionsbereich Ü4.2 400 350 Ü1.2-1.5 Ü2 Ü3 Ü4.1 300 Ü1.1 Cladding 250 Schaden Ausweitung Cladding 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Rauchgastemperatur C
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
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!