DE3442250A1 - Kesselrohr und dessen behandlung - Google Patents
Kesselrohr und dessen behandlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kesselrohr gemäß dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1 und insbesondere die Behandlung eines solchen Kesselrohres, um
dieses gegenüber Korrosion und/oder E'rosion widerstandsfähiger zu machen.
Bei kohle- oder ölgefeuerten Kesseln tritt häufig ein' sehr ernstes Problem auf und zwar insbesondere
in Kesseln mit großer Größe, wie etwa solchen, die in Stromerzeugungsanlagen verwendet werden. Dieses
Problem ist zweifacher Art:
(a)' Erosion der Kesselrohre durch Flugasche, die durch Verbrennungsgase mitgenommen wirdf welche
zur Erwärmung der Kesselrohre verwendet werden. Diese Erosion findet insbesondere bei erhöhter
Temperatur statt.
(b) Korrosion der Boilerrohre aufgrund des Vorhandenseins von korrosiven Elementen im Brennstoff,
insbesondere Schwefel, Chlor und Vanadium. Bei der Verbrennung des Brennstoffs bilden diese
Elemente korrosive Produkte, welche die metallische Oberfläche der Kesselrohre korrodiert.
In einigen Bereichen, namentlich in Überhitzungszonen, können sich korrosive Schlacken auf den Rohren absetzen.
Dies hat ebenfalls eine Korrosion der Rohre zur Folge.
Eine solche Erosion und Korrosion kann zu sehr hohen Wartungskosten führen und zwar nicht nur hinsichtlich
der Kosten für die Rohre selbst, sondern auch hinsichtlich der infolge der Stillstandszeit der Kessel bedingten
Kosten.
Hierbei gilt, daß der erosive und korrosive Charakter der Asche und damit das Problem umso
höher ist, je geringer die Qualität der für die Feuerung des Kessels verfügbaren Kohle ist.
Es sind viele Versuche unternommen worden, um eine wirtschaftliche Lösung dieses Problems zu
finden, jedoch ist bislang noch keine zufriedenstellende Lösung vorgeschlagen worden. In
Großbritannien besteht das Problem im wesentlichen in der Korrosion. Aufwendige Forschungsarbeiten
sind dort durch das Central Electricity Generating Board durchgeführt worden, jedoch ist das Problem
bisland noch ungelöst. Zwar hat man versucht, durch Einsatz von korrosionsfesten Metall-Legierungen,
die gemeinsam mit Flußstahl zu den Rohren stranggepreßt worden sind, diesem Problem gerecht zu
werden, jedoch handelt es sich hierbei um ein sehr aufwendiges Verfahren, wobei die Kosten fünf bis
fünfzehnmal höher liegen als für Kohle aus Flußstahl.
Thermisch aufgesprühte Metall-und Keramikbeschichtungen
haben sich aufgrund ihrer Porosität nicht als erfolgreich erwiesen. Die Porosität erlaubt das Eindringen
von bei der Bildung von Korrosionsprodukten resultierenden korrosiven Gasen in die Grenzfläche zwischen
Rohr und Beschichtung. Dies führt oftmals zu einem Ablösen der Beschichtung durch eine Substratoxidation,
wobei dieses Problem durch den Aufbau von Schlacke noch verschlimmert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringen Kosten einen
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verbesserten Schutz von Kesselrohren gegen Erosion und/oder Korrosion zu bewirken, insbesondere mindestens
eine Korrosion unter der Beschichtung zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung,
wird das Kesselrohr mehrmals mit einer solchen Lösung oder Suspension behandelt bzw. beschichtet und mehrmals
solchen Umwandlungen oder Behandlungen unterzogen, wie sie in Anspruch 1 angegeben sind. Bei einem Kesselrohr,
das durch eine Anzahl von verschiedenen stabilen Metalloxiden beschichtet ist, ist jedes stabile Metalloxid
durch mindestens eine Aufbringung aufgebracht und mindestens einmal entsprechend umgewandelt oder behandelt
worden.
Zweckmässigerweise ist das Kesselrohr aus entweder
Flußstahl oder einer geeigneten Stahllegierung hergestellt.
Ferner ist nach Maßgabe der Erfindung vorgesehen, daß die Rohrfläche eine inherente Porosität besitzt oder
daß die poröse Fläche durch eine Beschichtung des Rohres mit einem porösen Metall oder Oxidüberzug
bereitet bzw. erzielt ist.
Ein geeigneter poröser Metall- oder Oxidüberzug kann durch ein Metallspritzverfahren aufgebracht werden,
wobei fein geteiltes Metall oder Oxid auf die Oberfläche durch Aufsprühen, Aufstreichen oder durch ein Tauch-
streichverfahren aufgebracht wird. Zusätzlich können
chemische oder elektrische Plattier- bzw. Galvanisierverfahren zum Aufbringen einer porösen Metallschicht
eingesetzt werden, wobei auch eine Schiammbeschichtung
und ein Schlammspülverfahren (mudding) zum Aufbringen eines Oxidüberzuges angewendet werden können.
Der bei einer Schlammbeschichtung verwendete Schlamm ist ein Gemisch auf Flüssigkeitsbasis eines oder
mehrerer feingeteilter widerstandsfähiger Oxide, die wahlweise eines der folgenden Mittel enthalten können;
Eine kleine Menge einer Imprägnierlösung, eine kleine Menge eines organischen Benetzungsmittels oder
keramische Verstärkungsfasern. Der Schlamm kann darüber hinaus einen hohen Prozentsatz an Metallpulver enthalten,
einschließlich Chrom oder Nickel-Chromlegierung, und andere feinpulverige Materialien mit einem hohen
Widerstandsvermögen gegen Abrieb oder Korrosion, beispielsweise Siliciumkarbid, Borkarbid und Titanoxid-Bleiglas.
Schlämme der oben beschriebenen Art können unmittelbar auf die Metallfläche aufgebracht werden.
In dem Fall, wo die Rohrfläche bereits eine eigene
Porosität besitzt, ist es bevorzugt, die Rohrfläche dadurch aufzurauhen, daß man sie mit oxidierenden
Säuren vor Beschichtung mit einem stabilen Metalloxid behandelt. Falls das Rohr vor einer solchen Beschichtung
zuerst metallisiert wird, ist es bevorzugt, die Rohrfläche durch Strahlputzen aufzurauhen.
Bevorzugte Metallüberzüge, die nach Maßgabe der Erfindung aufgebracht werden, können ausgewählt sein unter Nickel-
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Chromlegierungen, Nickel-Aluminidlegierungen, hochlegierte Chromeisenlegierungen.
Diese Metallbeschichtung bzw. dieser Metallüberzug kann die Rolle einer Entspannungsschicht überrehmen,
auf welche eine weitere Schicht mit Oxid oder Metall aufgebracht werden kann.
Die oben beschriebenen Aufbereitungen sind auch dazu
bestimmt, eine poröse Schicht mit veränderlicher Tiefe zu erzeugen, welche geeignet ist, die Lösung
oder Suspension aufzunehmen. Wenn also Sprühverfahren verwendet werden, sind sogenannte Verbrennungsflinten (combustion guns), Plasmaflinten bzw. -pistolen,
Detonationsfunten und zusätzlich für metallische Spritzverfahren
elektrische Lichtbogen und Düsenbeschichtungsgeräte geeignet.
Geeignete Verbindungen für die Umwandlung in stabile Metalloxide, welche löslich sind, umfassen beispielsweise
Zernitrat Zirkonylchlorid, Kobalt und Nickelnitrate, Titanoxalat, Silicowolframsäure, Magnesiumchromat,
Berylliumnitrat, Chromtrioxid, Chromsulfat, Chromchlorid und dergleichen. Das Aufbringen auf die
poröse Oberfläche einer konzentrierten Lösung aus Chromsäure ist insbesondere bevorzugt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, welches durch die in Anspruch
enthaltenen Merkmale gekennzeichnet ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Darstellungen beschrieben. Diese zeigen in
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Fig. 1 Korrosion und E.rosion an einem gekrümmten Teil eines U-förmigen Abschnittes eines
Standard-Kesselrohres achtzehn Monate nach dessen Installation in einem kohlegefeuerten
Kessel sowie
Fig. 2 eine ähnliche Ansicht eines Kesselrohres nach
der Erfindung achtzehn Monate nach Installation im selben Abschnitt eines kohlegefeuerten
Kessels, wie bereits oben Bezug genommen worden ist.
Bei einer lediglich beispielhaften Ausführung der Erfindung wird ein U-förmiger Abschnitt oder Teil eines
Standard-Kesselrohres aus Flußstahl, wie in den Fig. und 2 dargestellt, beschichtet, um ein Kesselrohr gemäß
der Erfindung zu erhalten. Die Abmessungen des Rohres betragen etwa 0,1 m im Durchmesser und die Länge der
U-Schenkel betragen etwa 0,75 m, wobei der Radius der Biegung etwa 0,2 m beträgt.
Die Außenfläche des U-förmigen Rohres wird durch Strahlputzen vorbereitet, um die Fläche in einem
zur Aufnahme eine · metallischen Sprühbeschichtung geeigneten Zustand zu bringen.
Das aufgebrachte Metall besitzt einen Anteil von 80 % Nickel und 20 % Chrom und bildet einen porösen
Überzug mit einer Schichtdicke von etwa 0,5 mm.
Das beschichtete ü-förmige Rohr wird dann in eine konzentrierte Lösung aus Chromsäure getaucht und
zwar bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck. Nach einer Tropftrocknung wird das ü-förmige Rohr bei
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5250C über eine Zeitspanne von 20 Minuten in einem
elektrischen Umluftofen erhitzt. Das Tauchbad des U-förmigen Rohres in Chromsäure, gefolgt durch eine
Abtropftrocknung und Erwärmung wird achtzehnmal
wiederholt, um die Masse an Chromoxidablagerung in den Poren des Nickel-Chromüberzuges zu erhöhen.
In der oben beschriebenen Weise behandelte U-förmige Rohre wurden zu Testzwecken in einem Kessel installiert
und mit U-förmigen Standardrohren verglichen, die im selben Kessel installiert und
identischen Betriebsbedingungen unterzogen wurden. Es hat sich hierbei herausgestellt, daß die beschichteten
Rohre, von denen ein Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist, in einem völlig zufriedenstellenden
Zustand erhalten blieben, wohingegen die Standardrohre, von denen ein Beispiel in Fig. 1 dargestellt
ist, nach einem kontinuierlichen Einsatz über etwa 18 Monate in erheblicher Weise erodiert waren.
Wie oben bereits angegeben wurde, ist das oben angegebene Beispiel nicht als beschränkend für die Erfindung
zu verstehen. Viele Abänderungen der beispielhaft genannten Ausführungen können gemacht werden,
einschließlich Aufbringen verschiedener überzüge und verschiedener Metallsalze oder Metalloxide enthaltender
Lösungen. Auch der Heizungszyklus kann verändert werden, abhängig von der Art der Lösungen, die auf die
poröse Fläche aufgebracht werden. Ferner können Dicke und Dichte des Überzuges verändert werden, um besonderen
Anforderungen für die Anwendung dieses beschichteten Rohres gerecht zu werden.
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Das oben beschriebene Chromoxid kann noch weiterbehandelt werden, beispielsweise ist ein Eintauchen
in eine Lösung von Phosphorsäure und eine Erwärmung auf eine Temperatur von mindestens 3000C möglich.
Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch die geringen Kosten im Vergleich .zu anderen Maßnahmen ·
zum Schütze eines Kesselrohres aus.
- Leerseite -
Claims (17)
1. Kesselrohr aus Metall, bei dem mindestens ein ausgewählter Teil seiner Oberfläche anfänglich
porös ist, dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich poröse Oberfläche mit mindestens
einem stabilen Metalloxid überzogen ist, indem auf die poröse Oberfläche eine Lösung oder Suspension
enthaltend Salze oder Oxide solcher Metalle aufgebracht wird, gefolgt durch Umwandlung solcher Salze
oder Behandlung solcher Oxide von Metallen, um die stabilen Metalloxide an der porösen Oberfläche zu
befestigen.
2. Kesselrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr beschichtet ·
worden ist durch eine Reihe von Aufbringungen und Umwandlungen oder Behandlungen.
3. Kesselrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Kesselrohr
beschichtet worden ist mit einer Anzahl von verschiedenen stabilen Metalloxiden, wobei jedes
stabile Metalloxid in mindestens einer Aufbringung aufgebracht und einer Umwandlung unterzogen, worden
ist.
4. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche
/ dadurch gekennzeichnet , daß das Kesselrohr aus Flußstahl besteht.
5. Kesselrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das·
Kesselrohr aus einem Legierten Stahl hergestellt ist.
6. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die ausgewählte
Oberfläche durch Strahlputzen oder durch Säurebehandlung aufgerauht worden ist.
7. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich
poröse Fläche durch Beschichtung des Rohres mit Metall bereitet ist.
8. Kesselrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallbeschichtung bzw.
Metallüberzug gewählt ist aus: Nickel-Chromlegierung,
Nickel-Aluminidlegieruncj und einer hochlegierten
Chromeisenlegierung.
9. Kesselrohr na ^h einem der vorhergehenden Ansprüche
, dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich poröse Fläche bereitet ist durch Beschichtung des Rohres mit Oxid.
10. Kesselrohr nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich poröse Fläche bereitet ist durch eine
Beschichtung, welche durch mindestens eines der folgenden Verfahren aufgebracht worden ist: Metallspritzverfahren,
chemisches oder elektrisches Plattier- bzw. Galvanisierverfahren, Streichverfahren,
Schlämmbeschichtung, Spülverfahren (mudding) und Tauchverfahren.
11. Kesselrohr nach Anspruch 10, gekennzeichnet
durch eine Sprühbeschichtung, die durch mindestens eines der folgenden Mittel aufgebracht
worden ist: Verbrennungsflinten (combustion guns), Plasmaflinten, Detonationsflinten, elektrisches
Lichtbogen- und Düsenbeschichtungsgerät. ■
12. Kesselrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Oxidüberzug aufgebracht
wird durch ein Schlammverfahren,, bei welchem Schlamm aufgebracht wird, welcher auf
Flüssigkeitsbasis ein Gemisch aus einem oder mehreren fein geteilten Metallen oder feuerbeständigen Oxiden
und wahlweise einem der folgenden Mittel enthält: Imprägnierlösung, Benetzungsmittel, Verstärkungsfasern,
Metallpulver enthaltend Chrom und Nickel-Chromlegierungen
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sowie Pulver aus Siliciumkarbid, Borkarbid und Titandioxid-Bleiglas.
13. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Überzug aus stabilem Metalloxid bereitet ist durch Aufbringen einer Lösung enthaltend mindestens
eines der Mittel: Zernitrat, Zirkonylchlorid, Kobalt
und Nickelnitrate, Titanoxalat, Silicowolframsäure, Magnesiumchromat, Berylliumnitrat, Chromtrioxid,
Chromsulfat und Chromchlorid.
14. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden An-. Sprüche, dadurch gekennzeichnet ,
daß.das Kesselrohr mit Chromoxid beschichtet ist.
15. Kesselrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß auf das Rohr eine
Phosphorsäurelösung aufgebracht und das Rohr auf wenigstens 3000C nach Aufbringung der Phosphorsäure
erwärmt worden ist.
16. Verfahren zum Schutz eines Kesselrohres aus Metall gegen Erosion und Korrosion, gekennzeichnet durch Aufbereitung eines ausgewählten
Teils der Oberfläche des Rohres, wie erforderlich, um diese porös zu machen, Aufbringen
einer Lösung oder Suspension auf die poröse Fläche, enthaltend Salze oder Oxide von Metallen, welche
zur Bildung stabiler Metalloxide umgewandelt oder behandelt werden können, und durch eine solche Umwandlung
oder Behandlung.
17. Kesselrohr, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 16.
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