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Die
Erfindung richtet sich auf eine Membranwand eines Großdampferzeugers
umfassend eine Mehrzahl von Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen und/oder Flossenrohrverbindungen,
bei welchen die jeweiligen Rohre der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung oder
die Flossenrohre der Flossenrohrverbindung aus einem Stahlwerkstoff
mit ferritisch-bainitischer, martensitischer oder austenitischer
Gefügestruktur oder
einer Nickelbasislegierung und der jeweils Rohre verbindende Steg
der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung oder der Flossenverbindung ganz oder
in Kombination aus einem Stahlwerkstoff mit ferritisch-bainitischer, martensitischer
oder austenitischer Gefügestruktur
oder einer Nickelbasislegierung besteht.
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Seit
Mitte der 1990er Jahre gibt es zahlreiche Entwicklungsprojekte um
Kraftwerke mit höheren Dampfparametern
zu entwickeln. Ziel ist es, sogenannte 700°C-Kraftwerke zu entwickeln. Hintergrund hierfür ist unter
anderem eine gewünschte
Wirkungsgraderhöhung
von kohlebefeuerten Dampfkraftwerken, um die durch eine mögliche CO2-Entfernung aus dem Abgas entstehende Wirkungsgradminderung von
10 bis 15% auszugleichen. Eine Möglichkeit
zu Erreichung einer Wirkungsgradsteigerung besteht in der Erhöhung der
Dampfparameter. Während
diese bei so genannten 600°C-Kraftwerken
bei 600°C
und 280 bar liegen und einen Wirkungsgrad von ca. 46% ermöglichen,
liegen diese bei einem 700°C-Kraftwerk bei
700°C und
350 bar Dampfdruck und erhöhen dann
den Wirkungsgrad auf > 50%.
Für den
Einsatz erhöhter
Dampfparameter ist aber der Einsatz von Werkstoffen mit höherer Warmfestigkeit
und verbessertem Korrosionsverhalten notwendig. Als geeignete Materialien
für die
Herstellung von Membranwänden
werden Nickelbasislegierungen und 9–12 Gew.% chromhaltige Martensitstähle angesehen.
Die Werkstoffe aus Nickelbasislegierungen sind aber deutlich teurer
als die bisher im Kraftwerksbau verwendeten austenitischen Werkstoffe
und sind preislich um das 5 bis 8-fache teuerer als die üblichen
austenitischen Werkstoffe. Auch sind die Fertigungskosten von Kraftwerkskomponenten
aus Nickelbasislegierungen höher
als bei austenitischen Werkstoffen.
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Alternative
chromhaltige (9–12
Gew.%) martensitische Werkstoffe wiederum müssen bei Erstellung einer Membranwand
aufgrund der damit verbundenen Schweißungen notwendigerweise einer
Wärmebehandlung
unterworfen werden, was Probleme bei der Fertigung und der Montage
von Membranwänden
aus diesen Werkstoffen mit sich bringt. Bei jedem Schweißvorgang
müssen
die aus derartigem martensitischem Material bestehenden Bauteile
vorgewärmt
und nach jedem Schweißvorgang
muss das jeweils getroffene Membranwandelement als Ganzes oder die
Wärmeeinflusszone
der Schweißnaht
zur Verminderung der Härte
bei ca. 700°C
geglüht
werden. Außerdem
besteht bei diesen martensitischen Stahlwerkstoffen mit geringem
Chromanteil ein vermehrtes Oxidwachstum an der Rohrinnenseite, was im
Betrieb des Kraftwerkes erhöhte
Rohrwandtemperaturen und gegebenenfalls Verstopfungen der Rohre
durch abgeplatztes Oxid zur Folge haben kann.
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Diese
vorstehenden Probleme und zusätzlichen
Arbeitsgänge
sowie die bisher notwendig erscheinende Verwendung der hochpreisigen
Werkstoffe führt
dazu, dass die Investitionskosten für die in Planung befindlichen
700°C-Kraftwerke um 15
bis 25% höher
als die eines konventionellen Kraftwerkes mit gleicher Leistung
sind. Es wird daher nach Lösungen
gesucht, diese Investitionskosten durch technische Maßnahmen
zu reduzieren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung zu
schaffen, die die Herstellung einer für den Einsatz in einem 700°C-Kraftwerk
geeigneten Membranwand kostengünstig
bei im Wesentlichen gleichbleibendem technischen Herstellaufwand
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Membranwand mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß zeichnet
sich die eingangs bezeichnete Membranwand dadurch aus, dass die Membranwand
zumindest teilweise Bereiche aufweist, in welchen unterschiedliche
Stahlwerkstoffe und/oder Nickelbasislegierungen als jeweiliger Steg- oder
Rohrwerkstoff oder als jeweiliger Flossenrohrwerkstoff aneinandergrenzend
miteinander verbunden sind.
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Die
Erfindung geht also von der Idee aus, dass nicht alle Bereiche einer
Membranwand vollständig
mit Material ausgebildet sein müssen,
das den jeweiligen Dampfparametern Stand hält. Beispielsweise ist es möglich, die
Rohre der entsprechenden Membranwandbereiche oder -abschnitte aus
einem Nickelbasislegierungswerkstoff herzustellen, die aneinandergrenzenden
Rohre aber mit einem Steg aus kostengünstigerem austenitischem oder
gegebenenfalls auch aus martensitischem Material zu verbinden. Insbesondere
aber ist es hierdurch möglich,
zum Teil gegenüber
den „austenitischen” Nickelbasislegierungen
kostengünstigere martensitische
Werkstoffe bereichsweise auch für
die medienführenden
Rohre zu verwenden und insbesondere aneinandergrenzende Membranwandteilsegmente
mit einem Steg und/oder Rohr aus austenitischem Nickelbasislegierungswerkstoff
zu verbinden. Hierbei lässt
sich bei der Montage der Membranwandteile oder Membranwandteilsegmente
auf der Baustelle die bei martensitischem Material notwendige Wärmebehandlung
durch das so genannte Vorschuhen bei der Erstellung der entsprechenden Membranwandteile
oder Membranwandteilsegmente in der Werkstatt vermeiden. Hierbei
wird dann an die jeweiligen Rohre und/oder Stege aus martensitischem
Material, d. h. aus einem Werkstoff mit einer martensitischen Gefügestruktur,
ein Steg oder Rohr aus austenitischem Material, d. h. einem Werkstoff mit
austenitischer Gefügestruktur,
insbesondere einer austenitischen Nickelbasislegierung, angeschweißt. An diesen
Steg oder dieses Rohr wird dann auf der Baustelle ein korrespondierender
Steg oder ein korrespondierendes Rohr eines angrenzenden Membranwandteilsegments
angeschweißt,
welche ebenfalls aus einer Nickelbasislegierung mit austenitischer
Gefügestruktur
bestehen und an deren gegenüberliegenden
Ende wiederum ein Rohr oder ein Steg angeschweißt ist, welche gegebenenfalls
ebenfalls aus einem Nickelbasislegierungswerkstoff mit austenitischem
Gefüge
oder aber wiederum aus einem Stahlwerkstoff mit martensitischer
Gefügestruktur
bestehen. Die die aneinandergrenzenden Stege oder Rohre der beiden
Membranwandteilsegmente miteinander verbindende Schweißnaht braucht
dann nicht wärmebehandelt
zu werden. Aufgrund des den Rohren oder Stegen mit martensitischer
Gefügestruktur
jeweils vorgelagerten Steges oder Rohres aus Nickelbasislegierung
bleibt das Rohr oder der Steg mit martensitischer Gefügestruktur
ohne Wärmeeinflusszone
und es ist keine Wärmebehandlung notwendig.
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Besonders
vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Ausbildung einer Membranwand
dann, wenn die Bereiche mit unterschiedlichen Werkstoffen mit einer
Schweißverbindung
miteinander verbunden werden, so dass die Erfindung in Ausgestaltung
vorsieht, dass die aneinandergrenzenden und miteinander verbundenen
Bereiche aus jeweils unterschiedlichem Steg- oder Rohrwerkstoff
oder Flossenrohrwerkstoff mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden
sind.
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Hierbei
ist es für
die mechanische Belastung der Membranwand weiterhin von Vorteil,
wenn die unterschiedlichen Steg- oder Rohrwerkstoffe oder Flossenwerkstoffe
einen ähnlichen,
maximal +/–20% voneinander
abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen. Aufgrund der gleichartigen Wärmeausdehnung ist sichergestellt,
dass keine ungewollten, außergewöhnlich hohe
Spannungskräfte in
der Membranwand beim Betrieb des Dampferzeugers auftreten.
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Während es
in der Regel bei Membranwandflächen,
die denselben Dampfparametern innerhalb eines definierten Temperaturbereiches
ausgesetzt sind, wobei es sich in der Regel um im Großdampferzeuger
im Wesentlichen auf einer horizontalen Ebene angeordnete Bereiche
der Membranwand handelt, zweckmäßig und
vorteilhaft ist, großflächiger Bereiche
der Membranwand oder von Membranwandteilsegmenten mit aneinandergrenzenden
Steg- und Rohrmaterialien oder aneinandergrenzenden Flossenrohrmaterialien
aus einem Werkstoff mit gleichartiger Gefügestruktur, beispielsweise
einer austenitischen oder martensitischen Gefügestruktur, herzustellen, ist
es im Übergangsbereich
von Membranwandbereichen, die unterschiedlichen Dampfparametern
ausgesetzt sind, also bei vertikal übereinander angeordneten Membranwandbereichen
oder bei horizontal seitlich aneinander anschließenden Bereichen aus einem
Stahlwerkstoff mit martensitischer Gefügestruktur, wiederum zweckmäßig und vorteilhaft,
Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen und/oder Flossenrohrverbindungen vorzusehen,
bei welchen der Steg und zumindest ein daran angrenzendes Rohr jeweils
aus einem unterschiedlichen Werkstoff mit auch zueinander unterschiedlicher
Gefügestruktur
ausgebildet sind. Die Erfindung sieht daher in weiterer Ausgestaltung
vor, dass die unterschiedlichen Steg- oder Rohrwerkstoffe oder Flossenwerkstoffe jeweils
eine unterschiedliche Gefügestruktur
aufweisen.
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Um
insbesondere unter diesen Bedingungen im Übergangsbereich zweier in horizontaler
Richtung nebeneinander angeordneter Membranwandbereiche oder zweier
Membranwandteilbereiche mit martensitischer Gefügestruktur, in ihrer wesentlichen
Fläche,
beispielsweise im ersten Verdampferteilbereich, einen Übergangs-
und Verbindungsbereich, beispielsweise aus einer Kombination aus
dem Werkstoff mit martensitischer Gefügestruktur und einem Werkstoff
mit austenitischer Gefügestruktur
ausbilden zu können,
zeichnet sich die Erfindung in Ausgestaltung weiterhin dadurch aus,
dass sich ein Stegabschnitt einer Rohr-Steg-Rohr-Verbindung oder
einer Flossenrohrverbindung lediglich über einen Teilbereich der Stegregelbreite
erstreckt. Beispielsweise lässt
sich hierdurch die Kombination eines Rohres mit martensitischer
Gefügestruktur
und daran angeschweißtem
Stegbereich aus Nickelbasislegierungswerkstoff mit austenitischer
Gefügestruktur
durch Anschweißen
des letzteren an das Rohr in der Montagewerkstatt erstellen, wobei
der Steg dann lediglich die beispielsweise halbe Breite des am Dampferzeuger später realisierten
Steges aufweist. In diesem Sinne wird unter der Stegregelbreite
die an der fertigen Membranwand des Großdampferzeugers jeweils zwei
Rohre verbindende Gesamtstegbreite verstanden. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung ist es
nun möglich,
auf der Baustelle einen Anschluss an ein Rohr-Steg-Gegenstück oder
-Anschlussstück herzustellen,
das beispielsweise sowohl in seinem Stegbereich als auch in seinem
Rohrbereich aus einer Nickelbasislegierung mit austenitischer Gefügestruktur
besteht, indem die beiden dabei aneinanderstoßenden Stegbereiche, die dann
insgesamt die Stegregelbreite ergeben, mit einer Schweißverbindung
verbunden werden. Hier ist dann die Wärmeeinflusszone auf den Stegbereich
begrenzt und erfasst nicht mehr das beispielsweise eine martensitische Gefügestruktur
aufweisende angrenzende Rohr, welches in der Werkstatt vorher mit
dem Steg mit austenitischer Gefügestruktur
verbunden worden ist. Auf diese Weise ist auf der Baustelle eine
Wärmebehandlung
dieser eine martensitische Gefügestruktur aufweisenden
Bauteile nicht mehr notwendig.
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In
Kombination aller möglichen
Teilbereiche der Membranwand wird diese danach in ihrer fertigen Betriebskonfiguration
des Dampferzeugers sowohl aneinandergrenzende Bereiche aus gleichen
Werkstoffen, insbesondere solchen mit gleicher Gefügestruktur,
als aber auch aneinandergrenzende Bereiche aus unterschiedlichem
Werkstoff, insbesondere auch solche mit unterschiedlicher Gefügestruktur, aufweisen.
Die Erfindung zeichnet sich daher in Ausgestaltung dadurch aus,
dass die Membranwand aneinandergrenzende Bereiche mit Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder
Flossenrohrverbindungen aus unterschiedlichen Werkstoffen und aneinandergrenzende
Bereiche mit Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen
aus gleichen, insbesondere gefügestrukturgleichen,
Werkstoffen aufweist.
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In
einer konkreten Ausgestaltung, die sich kostengünstig realisieren lässt, zeichnet
sich die erfindungsgemäße Membranwand
weiterhin dadurch aus, dass die Membranwand bereichsweise, insbesondere
im Austragsteilbereich des Großdampferzeugers
(vorzugsweise bis in einen Bereich, in welchem das jeweilige Rohr
einer Betriebsmaterialgrenztemperatur von ungefähr bis zu 550°C standhält) aus
Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen besteht,
bei welchen Steg und Rohr oder Flossenrohr jeweils aus einem Stahlwerkstoff
mit ferritisch-bainitischer Gefügestruktur,
insbesondere aus 7CrMoVTiB10-10 oder T24, bestehen.
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Die
vorstehend benutzten Bezeichnungen und auch die später folgenden
Bezeichnungen für Stahlsorten
beziehungsweise Stahlwerkstoffe entsprechen entweder den üblichen
Deutschen Werkstoffbezeichnungen oder der Nomenklatur gemäß ASTM (American
Society for Testing Materials), soweit nichts anderes angegeben
ist.
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Bei
einem solchen konkreten Dampferzeuger kann weiterhin vorgesehen
sein, dass die Membranwand bereichsweise, insbesondere in einem
ersten Verdampferteilbereich des Großdampferzeugers oberhalb des
Austragsteilbereiches (in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
in einem Bereich von ungefähr
gleich 550°C
bis ungefähr
gleich 600°C
standhält)
aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen besteht, bei welchen Steg und Rohr
oder Flossenrohr jeweils aus einem martensitischen Stahlwerkstoff,
insbesondere aus VM12 oder T92 oder X10CrWMoVNb9-2, bestehen.
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Von
Vorteil und zweckmäßig kann
es nun sein, wenn in einigen Teilbereichen der Membranwand, insbesondere
im ersten Verdampferteilbereich, die Membranwand aus einzelnen Membranwandsegmenten
oder Membranwandteilsegmenten zusammengesetzt ist, die in ihrem
ganz wesentlichen Teil aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen
bestehen, die aus einem Stahlwerkstoff mit martensitischem Gefüge, insbesondere aus
VM12 oder T92, hergestellt sind. Um bei diesem martensitischen Stahlmaterial
nun auf der Baustelle eine normalerweise notwendige Wärme- oder
Glühbehandlung
des Schweißnahtbereiches
zu vermeiden, können
diese Membranwandteilsegmente in der Werkstatt an ihrer Ober- und/oder Unterseite und/oder
an jeder ihrer Längsseiten
mit einem Stegbereich oder einem Rohr und/oder Rohr- und Stegstücken aus
austenitischem Material, insbesondere aus einem Nickelbasislegierungsmaterial
versehen werden. Diese Stegbereiche oder Rohre oder Rohr- und Stegstücke werden
in der Werkstatt an die Ober- oder Unterseite und/oder die Längsseiten
angeschweißt
und können
dort einer Wärmebehandlung zugeführt werden.
Durch dieses „Vorschuhen” genannte
Vorgehen, grenzen an der Baustelle beim Zusammenbau dieser einzelnen
Membranwandteilsegmentbereiche zu der gesamten Membranwand oder zu
Teilbereichen der Membranwand keine Werkstoffe mit martensitischer
Gefügestruktur
unmittelbar mehr aneinander, die mittels einer Schweißnaht verbunden werden
und danach einer Wärmebehandlung
oder einem Glühen
unterzogen werden müssten.
Wärmebehandlungen
dieser Schweißnahtbereiche
sind auf der Baustelle nicht mehr notwendig, obwohl diese Membranwandteilsegmente
in ihren ganz wesentlichen Bereichen aus einem Werkstoff mit martensitischer
Gefügestruktur
bestehen.
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Die
Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass die Membranwand, insbesondere
im ersten Verdampferteilbereich, zumindest bereichsweise Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
aufweist, die jeweils mindestens ein Rohr aus martensitischem Gefüge, insbesondere
aus VM12 oder T92, mit angeschweißtem Steg oder angeschweißter Flosse
aus einer Nickelbasislegierung, vorzugsweise mit austenitischer Gefügestruktur,
insbesondere aus A617 oder HR6W, umfassen.
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Hierbei
ist es nicht nur möglich,
dass der Steg aus einem Material mit austenitischer Gefügestruktur
und das angrenzende Rohr aus einem Werkstoff mit martensitischer
Gefügestruktur
besteht. Vielmehr ist es auch möglich,
dass außenseitig
ein Rohr austenitischer Gefügestruktur
den Abschluss ausbildet, an welchem ein Steg mit martensitischer
Gefügestruktur
in der Werkstatt angeschweißt
wurde. Die Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass die Membranwand,
insbesondere im ersten Verdampferteilbereich, zumindest bereichsweise
Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen aufweist, die jeweils einen Steg aus
martensitischem Gefüge,
insbesondere aus VM12 oder T92, mit angeschweißtem Rohr aus einer Nickelbasislegierung,
vorzugsweise mit austenitischer Gefügestruktur, insbesondere aus
A617 oder HR6W umfassen.
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Hierbei
ist es dann gemäß weiterer
Ausgestaltung der Erfindung von besonderem Vorteil, wenn die Bereiche
angeschweißter
Stege oder Flossen oder Rohre aus Nickelbasislegierung an den Längsseiten
eines im Wesentlichen aus Stahlwerkstoff mit martensitischem Gefüge, insbesondere
aus VM12 oder T92, bestehenden Membranwandteilsegmentes ausgebildet
sind.
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Neben
dieser die seitliche Aneinanderschweißung mehrerer Membranwandteilsegmente betreffenden
Ausgestaltung, sieht die Erfindung für die Aneinanderschweißung in
vertikaler Richtung übereinander
liegender Membranwandteilsegmente vor, dass die Membranwand, insbesondere
im ersten Verdampferteilbereich, zumindest bereichsweise aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen besteht, bei welchen an Rohr-Steg-Rohr-Abschnitte oder
Flossenrohrabschnitte aus einem Material mit martensitischem Gefüge, insbesondere
aus VM12 oder T92, Rohr-Abschnitte oder Flossenrohrabschnitte und/oder
Stegabschnitte aus einer Nickelbasislegierung, vorzugsweise mit
austenitischer Gefügestruktur,
insbesondere aus A617 oder HR6W, angeschweißt sind.
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Hierbei
ist es weiterhin dann von besonderem Vorteil, wenn die Bereiche
angeschweißter Rohr-Abschnitte
oder Flossenrohrabschnitte und/oder Stegabschnitte längs der
Ober- und/oder Unterseite
eines Membranwandteilsegmentes aus martensitischem Gefüge, insbesondere
aus VM12 oder T92, ausgebildet sind.
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Besonders
kostengünstig
lassen sich Membranwände
konstruieren und herstellen, wenn diese aus einzelnen Membranwandteilsegmenten
aufgebaut ist, die in der Werkstatt hergestellt werden und dann
auf der Baustelle miteinander verschweißt werden. Um hierbei solche
Membranwandteilsegmente verwenden zu können, die im wesentlichen Teil
ihrer flächigen
Ausgestaltung Rohre und Stege aus einem Werkstoff mit martensitischer
Gefügestruktur
aufweisen, ohne dass diese nach dem Verschweißen auf der Baustelle einer
Glüh- oder
Wärmebehandlung unterzogen
werden müssen,
ist die Erfindung weiterhin gekennzeichnet durch ein im Wesentlichen
aus einem Stahlwerkstoff mit martensitischer Gefügestruktur bestehendes Membranwandteilsegment, das
längs seiner
Ober- und Unterseite angeschweißte
Rohr-Abschnitte und/oder Steg-Abschnitte oder Flossenrohrabschnitte
und längs
seiner Längsseiten angeschweißte Steg-
oder Flossenbereiche oder Rohre aus Nickelbasislegierungsmaterial
aufweist.
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Eine
solche vorteilhafte Ausgestaltung kann insbesondere an den Längsseiten
eines Membranwandteilsegmentes auch mehr als ein Element aus Nickelbasislegierungsmaterial
aufweisen. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass
die ein aus Nickelbasislegierungsmaterial bestehendes Rohr und/oder
einen aus Nickelbasislegierungsmaterial bestehenden Steg aufweisenden Abschnitte
oder Bereiche der Membranwand oder der Membranwandteilsegmente jeweils
mehrere Rohre und/oder Stege umfassen.
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Weiterhin
kann bei einem solchen Großdampferzeuger
vorgesehen sein, dass die Membranwand bereichsweise, insbesondere
in einem zweiten Verdampferteilbereich des Großdampferzeugers (in welchem
das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur in einem
Bereich von ungefähr gleich
600°C bis
ungefähr
gleich 620°C
standhält) aus
Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen besteht, bei welchen Steg und Rohr
oder Flossenrohr jeweils aus einer Nickelbasislegierung mit austenitischer
Gefügestruktur,
insbesondere aus A617 oder HR6W, bestehen.
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Hierbei
bezeichnet HR6W einen aus Japan kommenden Stahl, der dort mit dieser
Japanischen Nomenklatur bezeichnet ist.
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Da
sich in vertikaler Richtung der Membranwand des Großdampferzeugers
zwischen dem ersten Verdampferteilbereich und dem zweiten Verdampferteilbereich
ein Materialwechsel mit gleichzeitiger Änderung der Gefügestruktur
vollzieht, ist es gemäß weiterer
Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, wenn die Membranwand, insbesondere
im Übergangsbereich
vom ersten Verdampferteilbereich zum zweiten Verdampferteilbereich,
zumindest bereichsweise aus einem Membranwandteilsegment aus einem
Stahlwerkstoff mit martensitischer Gefügestruktur, insbesondere aus
VM12 oder T92 mit angeschweißtem
Bereich oder Abschnitt aus Nickelbasislegierung, vorzugsweise mit
austenitischer Gefügestruktur,
insbesondere aus A617 oder HR6W, besteht.
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Für beim fertigen
Großdampferzeuger
in der Membranwand darüber
angeordnete Bereiche sieht die Erfindung vor, dass die Membranwand
bereichsweise, insbesondere in einem ersten Teilbereich des Großdampferzeugers
mit Vertikalberohrung (in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
im Bereich von ungefähr
gleich 620°C
bis ungefähr
gleich 600°C
standhält)
aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen besteht, bei welchen Steg und Rohr
oder Flossenrohr jeweils aus einer Nickelbasislegierung, vorzugsweise
mit austenitischer Gefügestruktur,
insbesondere A617 oder HR6W, bestehen.
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Weiterhin
sieht die Erfindung für
in der Membranwand wiederum vertikal darüber angeordnete weitere Bereiche
vor, dass die Membranwand bereichsweise, insbesondere in einem zweiten
Teilbereich des Großdampferzeugers
mit Vertikalberohrung, vorzugsweise im Bereich der Überhitzer
(in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
im Bereich von ungefähr
gleich 600°C
standhält)
zumindest bereichsweise aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen
besteht, die jeweils mindestens ein Rohr aus einer Nickelbasislegierung,
insbesondere A617, mit angeschweißtem Steg aus einer dazu unterschiedlichen
Nickelbasislegierung, insbesondere HR6W, umfassen, wobei beide Werkstoffe
vorzugsweise eine austenitischen Gefügestruktur aufweisen.
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Dabei
ist ferner für
einen in vertikaler Richtung der fertigen Membranwand des Großdampferzeugers
letzten und obersten Bereich vorgesehen, dass die Membranwand bereichsweise,
insbesondere in einem dritten Teilbereich des Großdampferzeugers
(in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
von bis zu ungefähr
gleich 550°C
standhält)
zumindest bereichsweise aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen
besteht, bei welchen Steg und angrenzendes Rohr oder aneinanderangrenzende
Flossenrohre jeweils aus einem Stahlwerkstoff mit ferritsch-bainitischer Gefügestruktur,
insbesondere aus 7CrMoVTiB10-10, bestehen.
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Bei
einer solchen vertikalen Übereinanderanordnung
verschiedener Teilbereiche der Membranwand eines Großdampferzeugers
sieht die Erfindung weiterhin vor, dass im Austragsteilbereich und/oder im
ersten Verdampferteilbereich und/oder im zweiten Verdampferteilbereich
und/oder im ersten Teilbereich mit Vertikalberohrung und/oder im
zweiten Teilbereich mit Vertikalberohrung und/oder im dritten Teilbereich
des Großdampferzeugers jeweils Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen ausgebildet sind, bei welchen ein Steg und
ein daran angrenzendes Rohr oder zwei aneinandergrenzende Stegbereiche
der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung
oder zwei aneinandergrenzende Flossenrohre der Flossenrohrverbindung aus
unterschiedlichem Stahlwerkstoff und/oder unterschiedlicher Nickelbasislegierung
und/oder aus Werkstoffen mit unterschiedlicher Gefügestruktur miteinander
verschweißt
sind.
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Weiterhin
sieht die Erfindung in Ausgestaltung dabei vor, dass im Austragsteilbereich
und/oder im ersten Verdampferteilbereich und/oder im zweiten Verdampferteilbereich
und/oder im ersten Teilbereich mit Vertikalberohrung und/oder im
zweiten Teilbereich mit Vertikalberohrung und/oder im dritten Teilbereich
jeweils Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen
ausgebildet sind, bei welchen ein Steg und ein daran angrenzendes
Rohr oder zwei aneinandergrenzende Stegbereiche der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung oder zwei
aneinandergrenzende Flossenrohre der Flossenrohrverbindung aus demselben
Stahlwerkstoff und/oder derselben Nickelbasislegierung und/oder
aus Werkstoffen mit gleicher Gefügestruktur
miteinander verschweißt sind.
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Da
die Membranwand auch Teilbereiche, insbesondere solche die sich
auf der selben horizontalen Höhe
der Membranwand des fertigen Dampferzeugers befinden, aufweist,
zeichnet sich die Erfindung auch noch dadurch aus, dass in mindestens
einem der Verdampferteilbereiche und der Teilbereiche mit Vertikalberohrung
jeweils Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen
ausgebildet sind, bei welchen ein Steg und ein daran angrenzendes
Rohr oder zwei aneinandergrenzende Stegbereiche der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung oder zwei aneinandergrenzende
Flossenrohre der Flossenrohrverbindung aus zwar jeweils unterschiedlichem Stahlwerkstoff
und/oder unterschiedlicher Nickelbasislegierung, aber mit gleicher
oder gleichartiger Gefügestruktur
miteinander verschweißt
sind.
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Die
aus verschiedenen Teilbereichen zusammengesetzte Membranwand weist
folglich auch Übergangsbereiche
von einem Teilbereich zu einem vertikal darüber angeordneten anderen Teilbereich auf.
Für diese Übergangsbereiche
sieht die Erfindung in Ausgestaltung zunächst vor, dass im Übergangsbereich
vom Austragsteilbereich zum ersten Verdampferteilbereich und/oder
im Übergangsbereich
vom ersten Verdampferteilbereich zum zweiten Verdampferteilbereich
und/oder im Übergangsbereich
vom zweiten Verdampferteilbereich zum ersten Teilbereich mit Vertikalberührung und/oder
im Übergangsbereich
vom ersten Teilbereich mit Vertikalberührung zum zweiten Teilbereich
mit Vertikalberührung
und/oder im Übergangsbereich
vom zweiten Teilbereich mit Vertikalberührung zum dritten Teilbereich
des Großdampferzeugers
jeweils Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen
ausgebildet sind, bei welchen jeweils ein Steg und/oder ein Rohr
eines Teilbereiches mit einem angrenzenden Steg und/oder Rohr eines
anderen Teilbereiches aus unterschiedlichem Stahlwerkstoff und/oder
unterschiedlicher Nickelbasislegierung und/oder aus Werkstoffen
mit unterschiedlicher Gefügestruktur
miteinander verschweißt
sind.
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Dabei
kann es zum Teil aber auch so sein, dass im Übergangsbereich vom zweiten
Verdampferteilbereich zum ersten Teilbereich mit Vertikalberührung und/oder
im Übergangsbereich
vom ersten Teilbereich mit Vertikalberührung zum zweiten Teilbereich
mit Vertikalberührung
jeweils Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen ausgebildet sind, bei welchen jeweils
ein Steg und/oder ein Rohr eines Teilbereiches mit einem angrenzenden
Steg und/oder Rohr eines anderen Teilbereiches aus demselben Stahlwerkstoff und/oder
derselben Nickelbasislegierung und/oder aus einem Werkstoff mit
gleicher Gefügestruktur
miteinander verschweißt
sind.
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Da
es aber auch möglich
ist, dass zwar unterschiedliche Werkstoffe verwendet werden, diese aber
die gleiche Gefügestruktur
aufweisen, sieht die Erfindung schließlich auch noch vor, dass in
mindestens einem Übergangsbereich
zwischen einem Verdampferteilbereich oder Teilbereich mit Vertikalberührung und
einem Teilbereich mit Vertikalberührung jeweils Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen ausgebildet sind, bei welchen jeweils
ein Steg und/oder ein Rohr eines Teilbereiches mit einem angrenzenden
Steg und/oder Rohr eines anderen Teilbereiches aus zwei jeweils
unterschiedlichen Stahlwerkstoffen und/oder unterschiedlicher Nickelbasislegierung,
aber mit gleicher oder gleichartiger Gefügestruktur miteinander verschweißt sind.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung
ist nur durch die Ansprüche
definiert.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Diese
zeigen in
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1 in
schematischer Darstellung eine Seitenwand einer Membranwand und
in
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2 in
schematischer Aufsicht ein Membranwandteilsegment.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Seitenwand einer Membranwand 1 eines
Großdampferzeugers,
die aus sechs vertikal übereinander angeordneten
Teilbereichen 2–7 besteht.
Im rechten Teilbild ist jeweils angegeben, aus welchem bevorzugten
Material in dem jeweiligen Teilbereich 2–7 zum
einen die jeweiligen das Medium führenden Rohre und zum anderen
der jeweils zwei Rohre verbindende Steg oder der an einem Rohr angeschweißte Stegbereich
beim Ausführungsbeispiel besteht.
Außerdem
ist für
jeden Bereich die werkstoffkundliche Gefügestruktur des jeweiligen Werkstoffes
angegeben.
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Im
untersten Teilbereich, dem Austragsteilbereich 2 des Großdampferzeugers,
besteht die Membranwand 1 aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen, bei welchen sowohl
das Rohr als auch der Steg aus ferritisch-bainitischem Stahlwerkstoff 7CrMoVTiB10-10 bestehen. Im vertikal
darüber
angeordneten ersten Verdampferteilbereich 3 des Großdampferzeugers,
in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
im Bereich von ungefähr
gleich 550°C
bis ungefähr
gleich 600°C standhält, besteht
die Membranwand 1 aus einer Rohr-Steg-Rohr-Verbindung, bei welcher Rohr und Steg
aus dem Stahlwerkstoff VM12, welcher eine martensitische Gefügestruktur
aufweist, hergestellt sind. Unter Betriebsmaterialgrenztemperatur
wird die Temperatur verstanden, bei welcher das jeweilige Rohr unter
Berücksichtigung
seines Oxidationsverhaltens (dampfseitig), seines Korrosionsverhaltens (rauchgas-/feuerraumseitig)
und seines Festigkeitsverhaltens (Kriechen) eine Standzeit von mindestens 200.000
Betriebsstunden erzielt.
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Die
verschiedenen Teilbereiche der Membranwand 1, nämlich der
Austragsteilbereich 2, der erste Verdampferteilbereich 3 sowie
die nachfolgend noch aufgeführten
Bereiche zweiter Verdampferteilbereich 4, erster Teilbereich 5 mit
Vertikalberohrung, zweiter Teilbereich 6 mit Vertikalberohrung
und dritter Teilbereich 7, werden auf der Baustelle eines
Kraftwerks aus einzelnen, in der Werkstatt vorgefertigten Segmenten
zu dem jeweiligen Teilbereich und der Membranwand insgesamt zusammengesetzt.
Diese einzelnen Membranwandteilsegmente 8 werden in der
Regel an ihrer Ober- und
Unterseite sowie an ihren gegenüberliegenden
Längsseiten
mit benachbarten Membranwandteilsegmenten 8' verschweißt. Während es sich bei den an die
Längsseiten
angeschweißten
benachbarten Segmenten 8' in
der Regel jeweils um solche desselben Teilbereiches 2 bis 7 der Membranwand 1 handelt,
können
an der Ober- und Unterseite gegebenenfalls aber vertikal darüber liegende
angrenzende Segmente aus dem jeweils benachbarten Teilbereich 3 bis 7 der
Membranwand 1 durch Verschweißung angeschlossen sein.
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Im
Austragsteilbereich 2 des Großdampferzeugers wird ausschließlich ein
ferritisch-bainitischer Stahlwerkstoff (7CrMoVTiB10-10) verwendet,
so dass hier seitlich aneinander sowie übereinander anzuschließende Segmente
dieses Teilbereiches 2 der Membranwand 1 problemlos
miteinander verschweißt
werden können,
ohne auf Glüh-
oder Wärmebehandlungen
Rücksicht
nehmen zu müssen.
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Im Übergangsbereich
von dem unteren Austragsteilbereich 2 zu dem vertikal darüber angeordneten
Verdampferteilbereich 3 hingegen findet ein Materialwechsel
von dem ferritisch-bainitschen Stahlwerkstoff
7CrMoVTiB10-10 zu dem martensitischen Stahlwerkstoff VM12 oder T92
statt, aus welchem der Verdampferteilbereich 3 im Wesentlichen hergestellt
ist. Da martensitische Werkstoffe nach ihrer Verschweißung grundsätzlich einer
Wärmebehandlung
unterzogen werden müssen,
sind zur Vermeidung einer solchen Wärme- oder Glühnachbehandlung
auf der Baustelle beim Verschweißen einzelner Segmente der
Membranwand 1 besondere Maßnahmen notwendig. Im Übergangsbereich
vom Austragsteilbereich 2 zum Verdampferteilbereich 3 aber
auch innerhalb des Verdampferteilbereiches 3 besteht eine
solche besondere Maßnahme
darin, die einzelnen Membranwandteilsegmente 8, 8' des ersten
Verdampferteilbereiches 3 vorzusehen. Die Membranwandteilsegmente 8, 8' bestehen im
Verdampferteilbereich 3 aus Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen 17, die aus dem Stahlwerkstoff
VM12 oder T92 hergestellt sind. Um diese Segmente 8 nun
auf der Baustelle ohne weitere Wärmebehandlung
mit daran angrenzenden Segmenten 8' verbinden zu können, sind die einzelnen Segmente 8, 8' vorzugsweise
rundherum, d. h. an ihrer Ober- und Unterseite 11, 12 sowie
an den beiden Längsseiten
mit in der Werkstatt angeschweißten Rohren 13 oder
Stegen 14, 15, 16 oder Flossen aus einem
anderen Material, im vorliegenden Beispiel aus der Nickelbasislegierung
A617 oder HR6W mit austenitischem Gefüge, versehen. Dieses sogenannte
Vorschuhen erfolgt in der Werkstatt und dabei werden an der Ober-
und Unterseite 11, 12 eines jeweiligen Segmentes 8, 8' aus VM12- oder T92-Stahl Rohre 13 und
Stege 14 oder Flossen in einer Länge von ca. 100–150 mm
aus A617 oder HR6W angeschweißt.
An den Längsseiten
wird vorzugsweise eine halbe Stegbreite, d. h. eine halbe Regelstegbreite 15, 16,
aus austenitischer Nickelbasislegierung aus A617 oder HR6W angeschweißt. Durch
dieses Vorschuhen werden in der Werkstatt Segmente 8, die dann
als Transporteinheit zur Baustelle transportiert werden, hergestellt,
die rundherum einen Anschluss aus Nickelbasislegierung aufweisen,
an welchen jeweils mithilfe einer Schweißnaht angrenzende Teilsegmente 8' der Membranwand 1 angeschweißt werden
können.
Durch das Vorschuhen und das Anschweißen der Elemente aus Nickelbasislegierung ist
es möglich,
in der Werkstatt die notwendige Glüh- und Wärmebehandlung der dabei notwendigerweise entstehenden
Schweißzonen
vorzunehmen und so die einzelnen, eine Transporteinheit bildenden
Membranwandteilsegmente 8 oder Segmente der Membranwand 1 herzustellen.
An der Baustelle hingegen erfolgt dann die Verbindung mit anderen,
in gleicher Weise aufgebauten und hergestellten Membranwandteilsegmenten 8' über Schweißnähte, die
an den aus Nickelbasislegierungswerkstoffen ausgebildeten Abschnitten
der vorgeschuhten Elemente ausgeführt werden. Hierdurch wird
das martensitische VM12- oder T92-Material aber nicht mehr wärmebeeinflusst,
so dass eine Wärme-
oder Glühbehandlung auf
der Baustelle nicht notwendig ist. Auf diese Weise wird der Verdampferteilbereich 3 auf
der Baustelle zusammengesetzt und montiert.
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In
vertikaler Richtung im Übergangsbereich vom
Austragsteilbereich 2 zum Verdampferteilbereich 3 sind
dann jeweils Rohre mit angeschweißter oder angeformter Flosse
oder Steg aus dem Stahlwerkstoff 7CrMoVTiB10-10 mit ferritisch-bainitischer Gefügestruktur
des Auftragsteilbereiches 2 an einen vorgeschuhten Abschnitt
aus einem Rohr 13 und einer Flosse oder einem Steg 14 aus
Nickelbasislegierung, insbesondere A617, des daran anzuordnenden Segmentes
oder Teilsegmentes 8, 8' des ersten, Verbindungen 17 aus
Rohren 9 aus VM12 oder T92 und Flossen oder Stegen 10 aus
VM12 oder T92 aufweisenden Verdampferteilbereiches 3 angeschweißt. In vertikaler
Richtung liegt somit dann die Materialfolge ferritisch-bainitischer
7CrMoVTiB10-10-Stahl im Austragsteilbereich 2, Nickelbasislegierung
im vorgeschuhten Bereich und martensitischer VM12- oder T92-Stahl
im Verdampferteilbereich 3 vor.
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Innerhalb
des ersten Verdampferteilbereiches 3 werden seitlich nebeneinander
oder übereinander
angeordnete Segmente oder Membranteilsegmente 8, 8' dieses Teilbereiches 3 der
Membranwand 1 längs
ihrer vorgeschuhten Stegbereiche 15, 16, die in
der Regel die Hälfte
der Regelbreite eines Steges betragen, verschweißt. Hier wird also ebenfalls
eine Schweißnaht
längs des
jeweiligen vorgeschuhten Stegbereiches 15, 16 aus
Nickelbasislegierungsmaterial (A617 oder HR6W) ausgeführt. Da
hier in Nickelbasislegierungsmaterial geschweißt wird, erfolgt auch hier
wiederum keine Beeinflussung des martensitischen Gefüges des
auf der anderen Stegseite angrenzenden Rohr- oder Flossen- oder
Stegmaterials.
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Während im
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
an den Längsseiten
die einzelnen Segmente 8, 8' jeweils mit halben Stegen 15, 16 aus Nickelbasislegierungsmaterial
enden, ist es auch möglich,
diese Längsseiten
jeweils mit einem Rohr aus Nickelbasislegierungsmaterial enden zu
lassen. In der Werkstatt wird dann an einen letzten Steg aus martensitischem
Stahl ein Rohr aus Nickelbasislegierungsmaterial angeschweißt. Auf
der Baustelle wird dann seitlich daran ein Segment 8' angeschweißt, das
an der diesem Rohr zugewandten Längsseite
einen Steg aus Nickelbasislegierungsmaterial aufweist. Auch hier
kann dann eine Verschweißung
auf der Baustelle erfolgen, in der Nickelbasislegierungsmaterial
mit vorzugsweise austenitischer Gefügestruktur ausgebildet wird.
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Ebenso
ist es möglich,
an Stelle des Vorschuhens von kurzen Rohren 13 und Stegen 14 aus Nickelbasislegierungsmaterial
an der Ober- und Unterseite 11, 12 eines jeden
Segmentes 8, 8' dort
lediglich eine Aufschweißung
oder Auftragsschweißung
oder Aufpanzerung auf den Endstirnkanten der martensitischen Rohre 9 und
der martensitischen Stege 10 aufzubringen. Eine solche
Panzerung, Aufschweißung
oder Auftragsschweißung
hat dann auf der Baustelle dieselbe Funktion und dieselbe Wirkung
wie der vorstehend beschriebene vorgeschuhte Bereich aus den Rohren 13 und
Stegen 14. Eine solche Aufschweißung, Auftragsschweißung oder
Panzerung kann auch an den Längsseiten 15, 16 eines jeden
Segmentes 8, 8' ausgebildet sein
und dabei auf der seitlichen Längskante
eines das jeweilige Segment 8, 8' begrenzenden Rohres 9 oder
Steges 10 aufgebracht sein. In diesem Falle wird durch
diese Aufschweißung,
Auftragsschweißung
oder Panzerung der jeweilige Abschlusssteg oder das jeweilige Abschlussrohr
aus Nickelbasislegierungsmaterial der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
ersetzt.
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Natürlich ist
es auch denkbar als Abschlussstück
eine Kombination von Rohr und Steg oder Rohr und Aufpanzerung oder
Steg und Aufpanzerung aus Nickelbasislegierungsmaterial vorzusehen.
Auf einen Abschlussbereich eines jeweiligen Segmentes 8, 8' der insbesondere
in den Längskantenbereichen 15, 16 mehrere
Rohre und/oder Stege aus Nickelbasislegierungsmaterial umfasst,
kann je nach Anwendungsfall und konstruktiver Gegebenheit der insgesamt
herzustellenden Membranwand 1 zweckmäßig sein.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Ausgestaltung der Membranteilsegmente 8, 8' besteht darin,
dass das Vorschuhen an der Ober- und Unterseite 11, 12 nur
das Anbringen der kurzen Rohre 13 umfasst. Ein an seiner
Ober- und Unterseite 11, 12 derart vorgeschuhtes
Membranteilsegment 8, 8', das an seinen Längsseiten
im Übrigen
nach einer der anderen Möglichkeiten
mit einem Materialabschnitt aus Nickelbasislegierungsmaterial versehen
sein kann, wird in der Werkstatt hergestellt und dann auf die Baustelle transportiert.
Auf der Baustelle werden dann die vorgeschuhten Rohre mit jeweils
einem angrenzenden Membranteilsegment verschweißt und die dabei im Bereich
der Stege verbleibenden Zwischenräume werden dann auf der Baustelle
mit eingelegten Blechen aus Nickelbasislegierungsmaterial durch
Verschweißen
verschlossen. Solche kleinflächigen
Verschweißungen,
bei denen dann auch kleinere Bereiche des jeweiligen Membranteilsegmentes 8, 8', die aus Werkstoff
mit martensitischer Gefügestruktur
bestehen, verschweißt
werden, sind problemlos auch auf der Baustelle mit einer entsprechenden
Glüh- oder
Wärmebehandlung
zu versehen oder aber es kann auch in diesen kleinteiligen Bereichen
auf eine solche Glüh-
oder Wärmebehandlungsmaßnahme verzichtet
werden, ohne insgesamt die Festigkeit und Funktionsfähigkeit
der Membranwand 1 insgesamt zu gefährden.
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Vertikal über dem
ersten Verdampferteilbereich 3 des Dampferzeugers ist ein
zweiter Verdampferteilbereich 4 des Dampferzeugers angeordnet,
in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
im Bereich von ungefähr
gleich 600°C
bis ungefähr
gleich 620°C
standhält.
In diesem zweiten Verdampferteilbereich bestehen die Rohre und die
Stege aus Nickelbasislegierungswerkstoff A617 oder HR6W mit jeweils
austenitischer Gefügestruktur.
Um im Übergangsbereich
vom ersten Verdampferteilbereich 3 zum zweiten Verdampferteilbereich 4 zu
vermeiden, dass hier beim Übergang von
der martensitischen Gefügestruktur
des Verdampferteilbereichs 3 zur austenitischen Gefügestruktur
im Verdampferteilbereich 4 auf der Baustelle eine Wärmebehandlung
des martensitischen Materials VM12 oder gegebenenfalls T92 durchgeführt werden
muss, sind die im Übergangsbereich
angeordneten Rohre 9 und Stege 10 der Segmente
oder Teilsegmente des Teilbereichs 3 aus VM12- oder T92-Stahlwerkstoff
ebenfalls wie vorstehend beschrieben mit einem Rohrstück 13 oder
Steg 14 oder zumindest einem Teilsteg, der einen Teil der
Gesamtbreite des nachher insgesamt vorgesehenen Steges aufweist,
zumindest längs
ihrer Oberseite 11 aus einem Rohrwerkstoff oder Stegwerkstoff
mit austenitischem Gefüge,
insbesondere aus dem Rohrwerkstoff und Stegwerkstoff des zweiten
Verdampferteilbereiches 4 vorgeschuht. Dies bedeutet, dass
im Werkstattbereich bei Erstellung des Übergangsbereiches vom ersten Verdampferteilbereich 3 zum
zweiten Verdampferteilbereich 4 hin an die Rohre 9 und
Stege 10 solche aus dem austenitischen Werkstoff A617 oder
HR6W angeschweißt
werden. Auf der Baustelle werden diese Stege 14 und Rohre 13 dann
mit einem entsprechenden Steg oder zumindest Stegteilbereich und
mit einem entsprechenden Rohr aus dem Werkstoff A617 oder HR6W des
zweiten Verdampferteilbereiches 4 verschweißt, wobei
dann eine Wärmebehandlung
der martensitischen Rohre 9 und Stege 10 aus VM12
oder T92 nicht mehr notwendig ist. Eine Verschweißung im
zweiten Verdampferteilbereich 4 seitlich nebeneinander
angeordneter Wandteile oder Segmente ist unproblematisch, da diese
ein austenitisches Gefüge
aufweisen und eine spezielle Wärmebehandlung
nach dem Schweißen
aneinandergrenzender Membranwandteilsegmente auf der Baustelle nicht
notwendig ist.
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Über dem
zweiten Verdampferteilbereich 4 des Großdampferzeugers ist dann ein
erster Teilbereich 5 des Großdampferzeugers mit Vertikalberohrung
angeordnet, in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
im Bereich von ungefähr
gleich 620°C
bis ungefähr
600°C standhält. In diesem
Teilbereich 5 des Großdampferzeugers
bestehen die Rohre und die Stege aus der Nickelbasislegierung A617
mit austenitischem Gefüge.
Da im Übergangsbereich
vom zweiten Verdampferteilbereich 4 zum ersten Teilbereich 5 mit
Vertikalberohrung entweder kein Werkstoffwechsel oder aber kein Wechsel
der Gefügestruktur
auftritt, können
hier aneinandergrenzende Rohr- und Stegbereiche problemlos miteinander
verschweißt
werden. Insbesondere ist dies auch deshalb möglich, weil in diesen Bereichen
keine Werkstoffe mit martensitischer Gefügestruktur verwendet werden
oder vorhanden sind. An den ersten Teilbereich 5 mit Vertikalberohrung schließt sich
dann ein zweiter Teilbereich 6 des Großdampferzeugers mit Vertikalberohrung
an, in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
im Bereich von ungefähr
gleich 550°C
standhält.
In diesem Bereich bestehen Rohre und Stege der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung ebenfalls nicht
aus unterschiedlichen Nickelbasislegierungswerkstoffen, nämlich den
Nickelbasislegierungen A617 und HR6W, die aber beide eine austenitische Gefügestruktur
aufweisen. Auch hier ist der Übergangsbereich
zwischen erstem Teilbereich 5 und zweitem Teilbereich 6 daher
problemlos mittels Schweißverbindungen
realisierbar. Schließlich schließt sich
nach oben in der Membranwand 1 an den zweiten Teilbereich 6 des
Dampferzeugers mit Vertikalberohrung noch ein dritter Teilbereich 7 des Großdampferzeugers
an, in welchem das jeweilige Rohr einer Betriebsmaterialgrenztemperatur
in einem Bereich von bis zu ungefähr gleich 600°C standhält. In diesem
Bereich findet wieder der Werkstoff 7CrMoVTiB10-10, der ein ferritisch-bainitisches Gefüge aufweist,
sowohl für
das Rohr als auch für
den Steg der jeweiligen Rohr-Steg-Rohr-Verbindung Verwendung. Dieses
Material ist auf der Baustelle problemlos miteinander, aber auch
mit den Nickelbasislegierungsmaterial A617 und HR6W mit austenitscher
Gefügestruktur
verschweißbar,
so dass auch hier besondere Maßnahmen,
wie etwa das Anbringen und Versehen von vorgeschuhtem Material nicht notwendig
ist.
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Insgesamt
wird mit den beschriebenen Maßnahmen
eine Membranwand 1 eines Großdampferzeugers geschaffen,
die bei den in der Planung befindlichen neuen sogenannten 700°-Kraftwerken eingesetzt
werden kann, dabei aber nicht durchgängig aus teueren Nickelbasislegierungswerkstoffen
besteht. Teilweise werden unterschiedliche Werkstoffe zwischen Rohr
und Flosse im jeweiligen horizontalen Membranwandbereich, z. B.
in den Membranteilsegmenten des zweiten Teilbereiches 6 des
Großdampferzeugers
mit Vertikalberohrung, verwendet. Insbesondere aber finden Membranteilsegmente 8, 8' Verwendung,
die in ihrer Fläche
im Wesentlichen aus einem Material mit martensitischem Gefüge bestehen (VM12
im Verdampferteilbereich 3) und mit rauchseitigen Ausschlussbereichen
aus demgegenüber
unterschiedlichen, insbesondere eine höhere Festigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit
und/oder Oxidationsbeständigkeit
aufweisenden Material ausgestattet sind. Insbesondere sind diese
Ausschlussbereiche aus vorgeschuhten Elementen aus einem Nickelbasislegierungsmaterial
(Werkstoff) gebildet. Diese Bereiche können sowohl an den Längsseiten 15, 16 als
auch an der jeweiligen Ober- und Unterseite 11, 12 eines
Membranwandteilsegmentes 8, 8' ausgebildet und angeordnet sein.
Die Membranwand 1 sieht auch über die Vertikalerstreckung
der Membranwand 1 gesehen unterschiedliche Materialien,
insbesondere auch die Verwendung von Werkstoffen mit ferritisch-bainitischem
und martensitischem Gefüge,
vor. Um im Baustellenbetrieb die Wärmenachbehandlung von einer
Schweißbehandlung
unterworfenen Werkstücken
oder Segmenten der Membranwand aus Werkstoff mit martensitischer
Gefügestruktur
zu vermeiden, ist vorgesehen, dass durch Vorschuhe mit entsprechendem
Material aus Nickelbasislegierung mit austenitischer Gefügestruktur
bei diesen Teilsegmenten eine Möglichkeit
zur Ausführung
einer Schweißverbindung
geschaffen wird, die keiner Wärmebehandlung
mehr bedarf, da das über
das vorgeschuhte Material A617 angeschlossene Rohrmaterial aus martensitischem
VM12 oder T92 beim Schweißen
des vorgeschuhten Materials auf der Baustelle nicht derart wärmebeeinflusst
wird, dass ein Glühen oder
eine Wärmebehandlung
notwendig würde.
Das Anschweißen
des Vorschuhmaterials an das martensitische Material erfolgt in
der Werkstatt bei der Herstellung des jeweiligen Segmentes oder
Teilsegmentes in seiner als Transporteinheit tauglichen Größe. In der
Werkstatt kann eine Wärme-
oder Glühbehandlung
problemlos stattfinden. Gegebenenfalls kann durch das Einschweißen von
Stegblechen auf der Baustelle auch das Schweißen kurzer Nähte an Material
mit martensitischem Gefüge
erfolgen.
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Vorstehend
ist die Ausbildung von Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen beschrieben.
Es ist aber auch möglich,
Membranwände
mithilfe von Flossenrohren auszubilden. Bei Flossenrohren handelt
es sich um Rohre, die durch ein Formgebungsverfahren, beispielsweise
Warmstrangpressen, so verformt werden, dass aus dem zylindrischen
Körper diametral
gegenüberliegend
zwei Flossenbereiche hervorstehen. Flossenrohre können dadurch
zu einer Membranwand zusammengefügt
werden, dass jeweils ein Flossenbereich von aneinander angrenzenden
Flossenrohren mit einem Flossenbereich des gegenüberliegenden Rohres verschweißt wird.
Ebenso können
auch sogenannte Omega- oder Doppel-Omegarohre Verwendung finden.
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Die 2 zeigt
in schematischer Aufsicht ein Membranwandteilsegment 8,
das in dieser Form als Transporteinheit zunächst in einer Werkstatt hergestellt,
dann zur Baustelle des Großdampferzeugers transportiert
und dort mit weiteren, jeweils aneinandergrenzenden Membranwandteilsegmenten 8' zur Ausbildung
der Membranwand 1 verschweißt wird. Bei dem Membranwandteilsegment 8 handelt
es sich um ein solches, das im ersten Verdampferteilbereich 3 eingesetzt
wird. Es besteht im Wesentlichen aus in Längsrichtung abwechselnd neben-
und aneinander angeordneten Rohren 9 und Stegen 10 aus
dem Stahlwerkstoff VM12 oder T92 mit martensitischer Gefügestruktur.
In Längsrichtung
der Rohre 9 und Stege 10 sind an der Ober- und
Unterseite 11, 12 des Membranwandteilsegmentes 8 jeweils
kurze Rohrstücke 13 oder
Stegstücke 14 jeweils
an ein Rohr 9 oder einen Steg 10 angeschweißt. Die
Rohr- und Stegstücke 13, 14 weisen
eine Länge
von ca. 100–150
mm auf. Diese Rohr- und Stegstücke 13, 14 bestehen
aus einem Nickelbasislegierungsmaterial, insbesondere A617 oder
HR6W, das ein austenitisches Gefüge aufweist.
Die Verschweißung
der jeweiligen Rohre 9 und Stege 13 mit den Rohrstücken 10 und
Stegstücken 14 erfolgt
in der Werkstatt bei der Erstellung des Membranwandteilsegmentes 8,
so dass dort die notwendige Wärme-
und Glühbehandlung
durchgeführt
werden kann. An den Längsseiten ist
an dem jeweiligen außenseitigen
Rohr 9 weiterhin jeweils ein Stegstreifen 15, 16 angeschweißt, der
vorzugsweise die halbe Breite der Regelstegbreite aufweist. Auch
diese Stegbereiche 15, 16 sind aus demselben Nickelbasislegierungsmaterial
wie die Rohr- und Stegstücke 13, 14 ausgebildet.
Insgesamt ist das Membranwandteilsegment 8 somit rundherum,
d. h. an allen seinen Längsseiten
und Längsrändern mit einem
Material aus Nickelbasislegierungsmaterial vorgeschuht. Über diesen
vorgeschuhten Bereiche wird das Membranwandteilsegment 8 dann
mit einem jeweils angrenzenden Membranwandteilsegment 8' verschweißt, wobei
die innerhalb des ersten Verdampferteilbereiches 3 ausgebildeten
Membranwandteilsegmente 8, 8' vorzugsweise identisch zu dem
dargestellten Membranwandteilsegment 8 bezüglich der
Werkstoffzusammensetzung ausgebildet sind. In 2 ist
daher der Anschluss eines identischem Membranwandteilsegmentes 8' angedeutet. Über die
Anschlussstücke 13, 14 kann
das jeweilige Membranwandteilsegment 8 dann nach oben und/oder
unten entweder mit identisch aufgebauten Membranwandteilsegmenten 8, 8' oder aber im Übergangsbereich
von beispielsweise dem ersten Verdampferteilbereich 3 zum
vertikal darüber
angeordneten zweiten Verdampferteilbereich 4 mit einem Membranwandteilsegment
des zweiten Verdampferteilbereiches 4 verschweißt werden,
bei welchem die Rohr-Steg-Rohr-Verbindung vollständig aus einer Nickelbasislegierung,
beispielsweise aus A617, besteht. Ebenso ist es aber auch möglich, im Übergangsbereich
vom ersten Verdampferteilbereich 3 zum vertikal darunter
ausgebildeten Austragsteilbereich 2 an den vorgeschuhten
Bereich Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen oder Flossenrohrverbindungen
aus ferritischem Material, beispielsweise 7CrMoVTiB10-10, anzuschweißen.
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Die
Membranwand 1 ist insgesamt so aufgebaut, dass sie mindestens
einen Verdampferteilbereich, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
den Verdampferteilbereich 3 aufweist, der aus einem martensitischen
Werkstoff besteht. Insgesamt ist vorgesehen, dass für die flächigen Verbindungsbereiche 17 in
mindestens einem der einzelnen Verdampferteilbereichen 2–7 Rohr-Steg-Rohr-Verbindungen
oder Flossenrohrverbindungen ausgebildet werden, bei welchen ein
Rohr aus VM12 oder T12, welcher Werkstoffe ein martensitisches Gefüge aufweisen,
mit einer Flosse aus VM12 oder T12 oder T92 (martensitisches Gefüge) oder
A617 (Nickelbasislegierung, austenitisches Gefüge) oder HR6W (Nickelbasislegierung,
austenitisches Gefüge)
verbunden ist. Ebenso können
diese flächigen
Membranwandbereiche in einem der Verdampferteilbereiche 2–7 aus
einem Rohr aus T24 mit ferritisch-bainitischem Gefüge oder
aus 7CrMoVTiB10-10 aus ferritisch-bainitischem Gefüge bestehen,
an welchem jeweils mindestens eine Flosse aus ebenfalls T24 oder 7CrMoVTiB10-10
oder aus VM12 oder aus 13CrMo4-4 angebracht ist. Eine weitere Möglichkeit besteht
darin, an ein Rohr aus T92 aus martensitischem Gefüge eine
Flosse aus T92 oder VM12 oder A617 oder HR6W anzubringen. Schließlich können flächige Membranwandbereiche
in einem der Verdampferteilbereiche 2–7 aus einem Rohr
aus HR6W mit daran angebrachter Flosse aus ebenfalls HR6W oder A617
bestehen.
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Insbesondere
sind aus den vorstehend aufgeführten
Materialkombinationen Membranwandteilsegmente hergestellt, wobei
bei den aus VM12 oder T92 Rohre aufweisenden Membranteilsegmenten 8, 8' zumindest an
den Längsseiten
vorgeschuhte Bereiche ausgebildet sind. So erfolgt das Verschweißen von
zwei Teilsegmenten 8, 8' längs des vorgeschuhten Bereiches
bei Membranwandteilsegmenten, bei denen das Membranwandteilsegment 8 aus
VM12 Rohren oder Stegen/Flossen mit vorgeschuhten Rohren oder Stegen/Flossen
aus A617 oder HR6W an ein Membranwandteilsegment mit Rohren oder Flossen
aus VM12 mit vorgeschuhtem Rohr oder vorgeschuhter Flosse aus A617
oder HR6W verschweißt
wird, insbesondere ist bei dieser seitlichen Anordnung der vorgeschuhten
Bereiche der Flossenbereich miteinander zu verschweißender Flossen
an dem jeweiligen Membranwandteilsegment 8, 8' jeweils in
der halben Länge
der Gesamtstegbreite ausgebildet. Eine weitere Möglichkeit besteht auch darin, aus
VM12-Material bestehende Membranwände seitlich mit A617 oder
HR6W vorzuschuhen und an aus T24 bestehende Membranwandbereiche
mit vorgeschuhter Flosse oder vorgeschuhtem Steg aus A617 oder HR6W
zu verbinden, wobei auch hier vorzugsweise die Flosse oder der Steg
die halbe Regelstegbreite aufweist. Auch ist es möglich jeweils
Membranwandbereiche, die aus T92-Werkstoff bestehen jeweils mit
Vorschuhbereichen aus A617 oder HR6W zu versehen oder aber Membranwandbereiche,
die aus T92-Werkstoff mit vorgeschuhten Materialbereichen aus A617
oder HR6W bestehen jeweils mit Membranwandbereichen zu verschweißen, die
aus T24-Werkstoff mit seitlich vorgeschuhtem Material aus A617 oder
HR6W (Flosse/Steg oder ggf. Rohr) bestehen. Auch hier kann die Flosse
oder der Steg jeweils die halbe Regelstegbreite aufweisen.
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Für die Verbindung
senkrecht übereinander stehender
Membranwandelemente in vertikaler Richtung sind für die Rohr-Rohr-Verbindungen
die Materialkombinationen VM12-Rohr, vorgeschuht mit Rohrstücken aus
A617 oder HR6W mit Rohren aus VM12, die ebenfalls vorgeschuhte Rohrabschnitte aus
A16 oder HR6W aufweisen oder die Verbindung von VM12-Rohren die
mit Rohrstücken
aus A617 oder HR6W vorgeschuht sind mit Rohren aus T24 zum Verschweißen vorgesehen.
Eine andere Materialkombination für diesen Anwendungsfall besteht
darin, Rohre aus T92-Werkstoff mit vorgeschuhten Rohrstücken aus
A617 oder HR6W mit identisch aufgebauten Rohren aus T92 mit vorgeschuhten
Rohrstücken
aus A617 oder HR6W oder aber mit Rohren aus T24 zu verschweißen. Weitere
Werkstoffkombinationen bestehen darin, Rohre aus dem Werkstoff A617
direkt mit Rohren aus A617, VM12, T92, T24 oder HR6W zu verschweißen, wobei
die Kombination A617 mit VM12 oder T12 dann ein Glühen oder
eine Wärmebehandlung
in der Werkstatt notwendig macht. Schließlich ist für diesen Anwendungszweck auch
die Kombination von Rohren aus HR6W mit daran angeschweißten Rohren
aus ebenfalls HR6W, VM12, T92, T24 oder A617 möglich, wobei dann wiederum
bei der Verbindung mit Rohren aus VM12 oder T92 ein Glühen in der
Werkstatt erfolgen muss.