Das Licht bleibt an
Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen
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EIN BEISPIEL FÜR DIE aus nickelhaltigen Werkstoffen gefertigten Absperrventile, die jetzt im Rahmen des
Monogram Program des American Petroleum Institute für den Gebrauch in Downstream-Anwendungen im chemischen
Verfahrensbereich unabhängig zertifiziert werden können.
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Für weitere in letzter Zeit erschienene Artikel des Nickel Magazine über die Anwendung
nickelhaltiger Werkstoffe in der chemischen Verfahrensindustrie,
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Nickellegierungen reduzieren die Stillstandszeiten in kohlenbetriebenen Kraftwerken, die sich mit
schweren Korrosionsproblemen konfrontiert sehen. Von Gerry Sorell
Nickel Magazine, Oktober, 2003 -- Ein vom Electric Power Research Institute
(EPRI) in Palo Alto im US-Bundesstaat Kalifornien finanziertes Testprogramm hat gezeigt, dass die
Überschweißungstechnik eine haltbarere Methode zum Schutz der Kesselrohrflächen in kohlenbetriebenen
Kraftwerken ist als flammgespritzte und aufdiffundierte Metallbeschichtungen. Die Tests umfassten
Seit-an-Seit-Expositionen von bis zu 2,5 Jahren in einem superkritischen, mit einer Kohle mit hohem
Schwefel-/Chlorgehalt befeuerten Kessel.
Es wurde davon ausgegangen, dass ein Überschweißen mit korrosionsbeständigen Legierungen mit Nickelgehalt eine Lebenszeit von mindestens 8 bis 15 Jahren im Vergleich zu maximal 3 bis 5 Jahren bei Beschichtungen mit einem hohen Chromgehalt ergeben würde.
Diese Erkenntnis ist von großer Bedeutung für die Betreiber von kohlenbetriebenen Kraftwerken, von denen viele ihre Anlagen in jüngster Zeit mit Kesseln ausgestattet haben, die nur geringe Mengen an Stickoxiden (NOx) emittieren.
Beschränkt man die Menge an Luft, die in die Hauptbrennzone eines kohlenbefeuerten Kraftwerks gelangt, so wird dadurch die Emission von Stickoxiden aus kohlenbefeuerten Kraftwerken verringert. Diese NOx-arme Technologie hat die Luftverschmutzung so erfolgreich reduziert, dass beinahe alle kohlenbefeuerten Kraftwerke in den USA mit dieser Technik ausgestattet wurden.
Das Verfahren schafft eine sauerstoffarme Reduktionsumgebung und verringert die Temperatur innerhalb des Kessels, wodurch die Bildung von NOx unterdrückt wird. Eine komplette Verbrennung erfolgt danach durch Hinzufügung von Sekundärluft höher oben im Kessel.
Der schwerwiegende Nachteil eines Betriebs in einer lokal reduzierenden Umgebung besteht allerdings in der stark erhöhten Korrosion der Kesselrohrflächen. Dabei handelt es sich um die Kesselrohre und Verbindungsmembranen, die einen druckdichten Abschluss herstellen, der die Verbrennungsgase zurückhält. Diese Röhren und Membranen bestehen üblicherweise aus Kohlenstoffstahl oder niedrig legiertem Stahl. Beschleunigte Korrosion im unteren Brennkammerbereich entsteht durch Schwefelwasserstoffgas und durch Ablagerungen - hauptsächlich aus Eisensulfid - in den Röhren. Sowohl der Schwefelwasserstoff als auch das Eisensulfid stammt aus dem Kohlenbrennstoff.
Andere aus der Kohle stammende Substanzen in den Ablagerungen in den Röhren, die zur Korrosion beitragen, sind Kohlenstoff und Chloride. Der Metallverlust unter derartigen reaktiven Ablagerungen kann 4 Millimeter pro Jahr erreichen oder sogar übersteigen, was in etwa zehn Mal der typischen Korrosionsrate von Kesseln entspricht, die nicht mit NOx reduzierender Technologie ausgestattet sind.
Die effizienteste Methode, Kesselrohrflächen zu schützen, besteht im Überschweißen mit korrosionsbeständigen Legierungen mit Nickelgehalt. Automatisches Überschweißen gilt bei vielen Besitzern bzw. Betreibern von Kraftwerken als kosteneffektive langfristige Methode zur Lösung schwerwiegender Probleme in Zusammenhang mit den Kesselrohrflächen.
Ein Verfahren zum automatischen Überschweißen von Kesselrohren vor Ort wurde Mitte der 80er Jahre von der Firma Welding Services, Inc. entwickelt, um Müllkessel in Müllverbrennungsanlagen vor Chloridkorrosion zu schützen. Bis heute hat die Gesellschaft etwa 20.000 Quadratmeter an Behälterwandplatten für Abfallkessel überschweißt, und zwar hauptsächlich mit der Legierung N06625, die etwa 60 % Nickel enthält.
Mit der Einführung der NOx-armen Verbrennungstechnologie wurde die Überschweißungstechnologie für große Kessel in kohlenbefeuerten Kraftwerken adaptiert. Seither hat die Firma etwa 20.000 Quadratmeter Rohrüberschweißungen für über 100 Kraftwerkskessel hergestellt. Die drei am häufigsten verwendeten Werkstoffe für derartige Überschweißungen sind Edelstahl Rostfrei S30900 und die Nickellegierungen N06625 und N06022.
N06022 wird gegenüber N06625 der Vorzug gegeben, weil Studien ergeben haben, dass N06022 wahrscheinlich
eine bessere Beständigkeit gegen Sulphidierung bietet. Für Kessel, in denen Kohle mit einem hohen
Schwefel-/Chlorgehalt verbrannt wird oder in denen es häufig zur Überhitzung kommt, sind noch
korrosionsbeständigere Überschweißungen erhältlich, z.B. aus Nickellegierungen mit einem hohen Chromgehalt
wie N06030, N06052, N06072, N06110 und R20033.
Moderne Überschweißmaschinen sind mit digitalen Echtzeitanzeigen der wichtigsten Schweißspezifikationen wie
Spannung, Strom, Bewegungsgeschwindigkeit, Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Oszillation des Schweißgeräts etc.
ausgestattet, um einheitliche Eigenschaften und eine einheitliche Qualität der Überschweißung sicher zu
stellen. Spezielle anwendungsbezogene Maßnahmen minimieren die Verwerfung, ergeben ein günstiges (konvexes)
Schweißraupenprofil und stellen eine kontinuierliche hochfeste Verbindung sicher. Diese metallurgischen
Verbindungen widerstehen leicht Belastungen, die aus der unterschiedlichen thermischen Expansion des
Schweißguts aus Edelstahl S30900 und ferritischer Substrate entstehen. Dies ist bei Überschweißungen aus
N06625/N06022 kein Thema, weil die thermischen Expansionseigenschaften von Nickellegierungen und
Kohlenstoffstahl einander ziemlich ähnlich sind.
Die Aufbringung korrosionsbeständiger Überschweißungen vor Ort erfolgt mittels eines PSGMAW-Schweißverfahrens. Die Ablagerung von Schweißgut wird mittels einer vorprogrammierten Sequenz kontrolliert, um eine einheitliche Abdeckung zu erzielen. Jede Schweißraupe wird durch die nachfolgende Schweißraupe überlappt, um eine vollständige Abdeckung in voller Dicke sicher zu stellen. Die typische Dicke einer konventionellen einlagigen Überschweißung beträgt mindestens 1,8 mm, und die Schweißmetallverdünnung beträgt im allgemeinen nicht mehr als 10 %. Die neuesten Überschweißanlagen schaffen 0,14 bis 0,19 Quadratmeter pro Stunde. Mit 10 Maschinen kann ein Bereich von 17 bis 23 Quadratmetern in einer einzigen zwölfstündigen Schicht fertiggestellt werden.
Gerry Sorell ist ein technischer Berater für das Nickel Development Institute.
Fotos: Mit freundlicher Genehmigung von Welding Services Inc.
 Electric Power Research Institute (EPRI) Welding Services, Inc. |
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