DE19960879A1 - Prüfeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung (1) zur Ermittlung der Wandstärken von Rohrleitungen (21, 22), die in baulichen Einrichtungen installiert sind, in denen hohe Temperaturen und korrosive chemische Verbindungen auftreten. Bis jetzt können die Wandstärken dieser Rohrleitungen (21, 22) nur während des Stillstandes solcher baulicher Einrichtungen geprüft werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung (1) ist eine Prüfung jeder Zeit möglich. Die Prüfeinrichtung (1) ist hierfür mit wenigstens einem Prüfelement in Form eines Sensors (2) versehen, der in die Einrichtung integriert und dieser jeder Zeit wieder entnommen werden kann. Der Sensor (2) ist rohrförmig ausgebildet und aus dem gleichen Material wie die Rohre (21, 22) gefertigt. Die Dicke seiner Mantelfläche (2M) ist an die Wandstärke der Rohre (21, 22) angepaßt. Solange er innerhalb der Einrichtung angeordnet ist, wird er abschnittsweise auf den Temperaturen gehalten, welche auch die Rohre (21, 22) aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Solche Prüfeinrichtungen finden dort eine Anwendung, wo der Zustand von Rohrlei­ tungen, insbesondere die Wandstärken der Rohre zu überprüfen sind.

In den Kesseln von Müllverbrennungsanlagen sind die Überhitzerrohre und Verdamp­ ferrohre korrosiven Einwirkungen in Form von Chloriden und Sulfaten ausgesetzt, die in vielen Abfällen aus Kunststoffen enthalten sind. Durch diese Chloride und Sulfate werden beträchtliche Mengen an Material von den Überhitzerrohren und Verdampfer­ rohren abgetragen, da diese fast ausschließlich aus Stahl gefertigt sind. Aus diesem Grund müssen die Überhitzerrohre und Verdampferrohre kontinuierlich darauf hin überprüft werden, ob ihrer Wände noch ausreichend stark sind, so daß ein ungefähr­ deter Betrieb der Müllverbrennungsanlage gewährleistet ist.

Die Überprüfung der Rohre wird bis jetzt mit Hilfe einer Ultraschalleinrichtung durch­ geführt, wobei festgestellt wird, ob die Wandstärken der Rohre oberhalb eines festge­ legten Grenzwerts liegen. Ist das nicht mehr der Fall, so ist davon auszugehen, daß die Rohre bald undicht werden. Bereits kleine Menge von Chloriden und Sulfaten, die entweichen, werden mittels Sensoren erfaßt. Die von den Sensoren erzeugten Signale führten zu einem sofortigen Abschalten einer Müllverbrennungsanlage. Dieses Prüfverfahren kann nur während der Stillstandszeiten des Kessels durchgeführt wer­ den. Die Messungen mittels Ultraschall sind zudem nicht sehr zuverlässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung aufzuzeigen, mit der die Wandstärken von Rohren jeder Zeit ermittelt werden können, die innerhalb von baulichen Einrichtungen angeordnet sind, die nur zeitlich begrenzt zugänglich sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Um die Wandstärken von Rohrleitungen in solchen baulichen Einrichtungen jeder Zeit ermitteln zu können, wird eine Prüfeinrichtung verwendet, die mit wenigstens einem Sensor ausgerüstet, der in jede Einrichtung integrierbar und aus dieser jeder Zeit wie­ der entfernt werden kann. Eine solche Prüfeinrichtung ist sehr gut geeignet, um bei­ spielsweise die Wandstärken von Überhitzerrohren und Verdampferrohren zu ermit­ teln, die in Kesseln von Müllverbrennungsanlagen installiert sind. Der Sensor der Prüfeinrichtung ist rohrförmig ausgebildet. Er wird von zwei Bauelementen mit glei­ chem Innendurchmesser begrenzt, wobei das erste Bauelement fast doppelt so lang wie das zweite Bauelement ausgebildet ist. Das erste Bauelement wird in einem Kes­ sel angeordnet wird, dessen Rohrleitungen überprüft werden sollen, während das zweite Bauelement außerhalb des Kessels angeordnet wird. Die Mantelflächen der Bauelemente sind aus dem gleichen metallischen Material gefertigt wie die Überhit­ zerrohre und Verdampferrohre des Kessels. Die Dicke ihrer Mantelflächen ist an die Wandstärken dieser Rohre angepaßt. Das erste Bauelement des Sensors ist mit sei­ nem geschlossenen Ende gasdicht durch eine Öffnung in der Begrenzungswand des Kessel hindurchgeführt und ragt mit etwa zwei Drittel seiner Länge in den Kessel hin­ ein. Der Sensor ist so angeordnet, daß seine Längsachse senkrecht zu der Begren­ zungswand des Kessels ausgerichtet ist. Beide Bauelemente des Sensors sind mit je­ weils einem nach außen weisenden Flansch versehen. Die Flasche der beiden Bau­ elemente sind aufeinander gesetzt und gasdicht miteinander verbunden. Zwischen den beiden Flaschen sind die zweiten Enden von zwei Thermoelementen nach außen geführt. Das erste Thermoelement ist mit seinem Meßpunkt durch das geschlossene Ende des Sensors bis in ein Keramikrohr geführt. Das Keramikrohr ist an dem ge­ schlossenen Ende des Sensors so befestigt, daß seine Längsachse parallel zu Längsachse des Sensors ausgerichtet ist. Damit wird erreicht, daß das zweite Ende des ersten Thermoelements in den Innenbereich des Kessels hineinragt. Der zweite Thermoelement ist unmittelbar entlang der Innenfläche des Sensors geführt, und zwar in beiden Bauelementen des Sensors. Es ist an definierten Stellen mit Meßpunkten versehen, die bei Bedarf auch teilweise in die Mantelfläche des Sensors integriert werden können. Die Thermoelemente sind innerhalb des Sensors installiert, da sie außerhalb sehr schnell korrodieren, auch wenn sie mit einem Mantel aus einer korro­ sionsbeständigen Nickelbasislegierung versehen sind. Die zwischen den Flanschen nach außen geführten Thermoelemente sind an eine Regeleinheit angeschlossen, die mit einem Gebläse in Verbindung steht. Innerhalb des Sensors ist ein Zylinder kon­ zentrisch angeordnet. Der Außendurchmesser des Zylinders ist einige Millimeter klei­ ner als der Innendurchmesser es Sensors. Das erste Ende des Zylinders endet einige Millimeter vor dem geschlossenen Ende des ersten Bauelements des Sensors. Das zweite Ende des Zylinders ragt aus dem geschlossenen Ende des zweiten Bauele­ ments heraus und ist an das Gebläse angeschlossen. Der Sensor wird so innerhalb eines Kessels angeordnet, daß er den gleichen korrosiven Einwirkungen unterworfen ist, denen auch die Überhitzerrohre und Verdampferrohre ausgesetzt sind. Damit der Sensor nicht die Temperatur des Rauchgases annimmt, wird er von innen aus gekühlt. Dadurch wird erreicht, daß er abschnittsweise die Temperaturen der Überhitzerrohre und Verdampferrohre aufweist, die zwischen 250°C bis 450°C betragen. Die Kühlung des Sensors erfolgt mittels Luft. Hierfür ist das Gebläse vorgesehen, das außerhalb des Kessels an des zweite Ende des Zylinders angeschlossen ist. Die von dem Ge­ bläse kommende kalte Luft strömt durch den Zylinder bis zu dessen erstem Ende. Von dort wird sie zwischen dem Zylinder und der Mantelfläche des Sensors nach oben geleitet. Dabei wird die Mantelfläche des Sensors von der Luft kühlt. Das zweite Bau­ element des Sensors ist mit einer Ableitung für die erhitzte Luft versehen. Das Ge­ bläse wird so geregelt, daß die Temperaturen an den Meßpunkten der beiden Ther­ moelemente konstant bleiben. Dabei kann jeder Meßpunkt eine bestimmte ihm zuge­ ordnete Temperatur aufweisen, die sich von der Temperatur des benachbarten Meß­ punkts unterscheidet. Der Sensor ist so konstruiert, daß sich ein Temperaturgradient entlang seiner Wand im Innern des Kessels einstellt. Die Gebläseleistung kann stark schwanken, da durch Ascheablagerungen auf dem Sensor der Wärmeübergang stark beeinflußt wird.

Der Sensor wird so in einen Kessel integriert, daß er jeder Zeit, und zwar unabhängig von den Stillstandszeiten des Kessels, herausgenommen und seine Wandstärke un­ tersucht werden kann. Der Sensor wird erfindungsgemäß innerhalb definierter Zeitin­ tervalle dem Kessel entnommen. Er wird anschließend an definierten Stellen zersägt. Das sind genau die Stellen, an denen der Sensor während seines Einsatzes im Kessel auf definierten Temperaturen gehalten wird. Das sind auch die Temperaturen, welche für eine Aussage über die Wandstärken der jeweiligen Überhitzerrohre und Ver­ dampferrohre wesentlich sind. Nach einer metallographischen Präparation des Man­ telfläche des Sensors wird die verbliebene Wandstärke bzw. die Größe des Abtrags bestimmt. An Hand dieser Messungen kann eine Vorhersage getroffen werden, wann bei den Überhitzerrohren und Verdampferrohre die Wandstärke zu gering wird, und diese ausgewechselt werden müssen.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt die erfindungsgemäße Prüfeinrich­ tung 1, die mit einem Prüfelement in Form eines Sensors 2 versehen ist. Der Sensor ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel lösbar in den Kessel 20 einer Müll­ verbrennungsanlage (hier nicht dargestellt) integriert. Der Sensor 2 wird durch zwei einseitig geschlossene, zylinderförmige Bauelemente 3 und 4 begrenzt, deren Außen- und Innendurchmesser gleich groß sind. Das erste Bauelement 3 ist etwa doppel so lang wie das zweite Bauelement 4 ausgebildet. Die Mantelfläche 2M des Sensors 2, welche durch die beiden Bauelemente 3 und 4 gebildet wird, ist aus dem gleichen metallischen Material gefertigt wie die Überhitzerrohre 21 und Verdampferrohre 22 des Kessels 20. Die Wandstärke der Mantelfläche 2M ist auf die Wandstärke dieser Rohre 21 und 22 abgestimmt. Das erste Bauelement 3 des Sensors 2 ist mit seinem ge­ schlossenen Ende 3A gasdicht durch eine Öffnung 23 in der Begrenzungswand 24 des Kessel 20 hindurchgeführt. Das Bauelement 3 ragt mit etwa zwei Drittel seiner Länge, bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 40 cm, in den Kessel 20 hinein, während das zweite Bauelement 4 außerhalb des Kessels 20 angeordnet ist. Der Sensor 2 ist so angeordnet, daß seine Längsachse senkrecht zu der Begren­ zungswand 24 des Kessels 20 ausgerichtet ist. Beide Bauelemente 3 und 4 des Sen­ sors 2 sind an ihren offenen Enden 3B, 4B mit jeweils einem nach außen weisenden Flansch 3F und 4F versehen. Die Flasche 3F und 4F sind aufeinander gesetzt und gasdicht miteinander verbunden. Zwischen den beiden Flaschen 3F und 4F sind die zweiten Enden 5B, 6B von zwei Thermoelemente 5 und 6 nach außen geführt. Das erste Ende 5A des Thermoelements 5 ist durch das geschlossene Ende 3A des Bau­ elements 3 bis in ein Keramikrohr 7 geführt. Das Keramikrohr 7 ist außen an dem ge­ schlossenen Ende 3A des Bauelements 3 so befestigt, daß seine Längsachse parallel zu Längsachse des Sensors 2 ausgerichtet ist. Damit wird erreicht, daß das erste En­ de 5A des ersten Thermoelements 5 mit seinem Meßpunkt 5M in den Innenbereich des Kessels 20 hineinragt, wobei es von dem Keramikrohr 7 geschützt wird. Der zweite Thermoelement 6 ist unmittelbar an die Innenfläche des Sensors 2 angrenzend geführt, und zwar in beiden Bauelementen 3 und 4 des Sensors 2. Es ist an de­ finierten Stellen mit Meßstellen 6M versehen, die bei Bedarf auch teilweise in die Mantelfläche 2M des Sensors 2 integriert sein können. Die Thermoelemente 5 und 6 müssen innerhalb des Sensors 2 angeordnet werden, da sie sehr schnell korrodieren, auch dann, wenn sie mit einem Mantel (hier nicht dargestellt) aus einer korrosionsbe­ ständigen Nickelbasislegierung versehen werden.

Innerhalb des Sensors 2 ist ein Zylinder 8 konzentrisch angeordnet. Der Außendurch­ messer des Zylinders 8 ist einige Millimeter kleiner als der Innendurchmesser es Sen­ sors 2, so daß zwischen der Mantelfläche 2M und dem Zylinder 8 ein Kanal 2K ver­ bleibt, durch den eine ausreichend Menge eines strömenden Mediums zur Kühlung der Mantelfläche 2M geleitet und die Thermoelemente 5 und 6 hindurchgeführt wer­ den können. Der Zylinders 8 endet einige Millimeter vor dem geschlossenen Ende 3A des ersten Bauelements 3 des Sensors 2. Das zweite Ende 8B des Zylinders 8 ist gasdicht durch eine Öffnung im geschlossenen Ende 4B des zweiten Bauelements 4 hindurchgeführt und steht einige Millimeter nach außen über. Der Zylinder 8 ist mit sei­ nem zweiten Ende 8B an ein Gebläse 25 angeschlossen. Der Sensor 2 ist innerhalb des Kessels 20 so angeordnet, daß er den gleichen korrosiven Einwirkungen ausge­ setzt ist, wie die Überhitzerrohre 21 und Verdampferrohre 22. Damit der Sensor 2 nicht die Temperatur des Rauchgases 26 im Kessel 20 annimmt, wird er gekühlt. Da­ mit wird erreicht, daß er an definierten Stellen vorgegebene Temperaturen zwischen 250°C bis 450°C hat, welche auch die Überhitzerrohre 21 und Verdampferrohre 22 aufweisen. Die Kühlung des Sensors 2 erfolgt mittels kalter Luft 27K. Diese wird in den Zylinder 8 geblasen. Die kalte Luft 27K strömt durch den Zylinder 7 bis zu dessen er­ stem Ende 8A. Von dort wird sie in dem Kanal 2K nach oben geleitet.

Dabei wird die Mantelfläche 2M des Sensors 2 kühlt, und zwar so, daß definierte Stelle der Mantelfläche 2M definierte Temperaturen aufweisen. An diesen Stellen sind auch die Messpunkte 6M des zweiten Thermoelements 6 installiert. Die Temperatur­ werte in diesen Messpunkten 6M liegen zwischen 250°C und 450°C. Die Temperatu­ ren in den Messpunkten 6M werden kontinuierlich erfasst. Ebenso wird die Tempera­ tur in dem Messpunkt 5M des ersten Thermoelements 5 erfasst, der sich in dem Ke­ ramikrohr 7 befindet. Die Messsignale der beiden Thermoelemente 4 und 5 werden einer Regeleinheit 9 zugeführt, die beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildet ist. Die Regeleinheit 9 steht mit dem Gebläse 25 in Verbindung. Das Gebläse 25 wird so geregelt, daß die Temperaturen in den Messpunkten 5M und 6M der beiden Ther­ moelemente konstant bleiben. Damit wird sichergestellt, daß es entlang des Sensors 2 Stellen gibt, die beispielsweise eine Temperatur von 250°C, 300°C oder 450°C haben. Diese Temperaturen weisen auch die Überhitzerrohre 21 und Verdampferrohre 22 in­ nerhalb des Kessels 20 auf. Die Gebläseleistung kann stark schwanken, da durch Ascheablagerungen auf dem Sensor 2 der Wärmeübergang stark beeinflußt wird. Das zweite Bauelement 4 des Sensors 2 ist mit einer Auslassleitung 10 für die erhitzte Luft 27W versehen. Der Sensor 1 ist so in den Kessel 20 integriert, daß er jeder Zeit, und zwar unabhängig von den Stillstandszeiten des Kessels 20, herausgenommen und seine Wandstärke untersucht werden kann. Der Sensor 2 wird innerhalb definierter zeitlicher Intervalle dem Kessel 20 entnommen und durch einen neuen Sensor 2 glei­ cher Bauart ersetzt. Der dem Kessel 20 entnommene Sensor 2 wird anschließend an definierten Stellen zersägt. Das sind genau die Stellen, an denen der Sensor 2 wäh­ rend seines Einsatzes im Kessel 20 auf definierten Temperaturen gehalten wird, und welche für die Ermittlungen der Wandstärken der jeweiligen Überhitzerrohre 21 und Verdampferrohre 22 wesentlich sind. Nach einer metallographischen Präparation des Mantelfläche 2M des Sensors 2 (hier nicht dargestellt) wird die verbliebene Wandstär­ ke bzw. die Größe des Abtrags bestimmt. An Hand dieser Messungen kann eine Vor­ hersage getroffen werden, wann bei den Überhitzerrohren 21 und Verdampferrohre 22 die Wandstärke zu gering sein wird, und diese ausgewechselt werden müssen.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung beschränkt sich nicht nur auf Kessel von Müllverbrennungsanlagen. Vielmehr kann die Prüfeinrichtung in allen bau­ lichen Einrichtungen genutzt werden, in den die Wandstärken von Rohrleitungen er­ mittelt werden sollen, die normaler Weise nur dann zugänglich sind, wenn die Ein­ richtung nicht in Betrieb ist.

Claims (9)

1. Prüfeinrichtung für Rohrleitungen (21, 22), die in einer baulichen Einrichtung (20) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein als Sensor aus­ gebildetes Prüfelement (2) vorgesehen ist, das wenigstens teilweise in die bauliche Einrichtung (20) integrierbar und jeder Zeit daraus entfernbar ist.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) nach außen von zwei einseitig geschlossenen, zylinderförmigen und den gleichen Innendurchmesser aufweisenden Bauelementen (4 und 5) begrenzt ist, die aus dem gleichen metallischen Material gefertigt und mit der gleichen Wandstärke wie die Rohrleitungen (21, 22) versehen sind.

3. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das erste Bauelement (3) des Sensors (2) mit mindestens zwei Drittel der Länge im Innenbereich der baulichen Einrichtung (20) angeordnet und wenigstens doppelt so lang wie das zweite Bauelement (4) ist, daß beide Bauelemente (3 und 4) jeweils ein geschlossenes Ende (3A, 4A) aufweisen und an den offenen Enden (3B, 4B) mit jeweils einem Flansch (3F, 4F) versehen sind, und daß die beiden Flansche (3F, 4F) aufeinander gesetzt und dauerhaft miteinander verbunden sind.

4. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß innerhalb des Sensors (2) ein Zylinder (8) konzentrisch angeordnet ist, des­ sen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Sensors (2) ist, daß das erste Ende (8A) des Zylinders (8) einige Millimeter vor dem ersten Ende (3A) des ersten Bauelements (3) endet und dessen zweites Ende (8B) durch das geschlossene Ende (5A) des zweiten Bauelements (5B) nach außen geführt und an ein Gebläse (25) angeschlossen ist.

5. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß innerhalb des Sensors (2) zwei Thermoelemente (5, 6) angeordnet sind, de­ ren erste Enden (5A, 6A) zwischen den Flanschen (3F, 4F) nach außen geführt und mit einer Regeleinheit (9) in Form eines Mikroprozessor verbunden sind, welche mit dem Gebläse (25) in Verbindung steht.

6. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das die beiden Thermoelemente (5 und 6) zwischen der Mantelfläche (1M) des Sensors (2) und dem Zylinder (8) bis zum ersten Ende (4A) des Bauelements (3) geführt sind.

7. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das zweite Ende (5B) des ersten Thermoelements (5), an dem ein Meßpunkt (5M) vorgesehen ist, durch das geschossene Ende (3A) des ersten Bauelements (3) in ein geschlossenes Keramikrohr (7) geleitet ist, das außen am geschlossenen Ende (4A) des Bauelements (4) so befestigt ist, daß die Längsachse des Keramikrohr (7) und des Sensors (2) parallel zueinander ausgerichtet sind.

8. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Thermoelement (6) innerhalb beider Bauelements (3 und 4) in defi­ nierten Abständen mit Meßpunkten (6M) versehen ist, die an der Mantelfläche (2M) des Sensors (2) befestigt oder teilweise in die Mantelfläche (2M) integriert sind.

9. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß kalte Luft (27K) von dem Gebläse (25) durch den Zylinder (7) bis zum Ende (3A) des Bauelements (3) und erwärmte Luft (27W) von dort zwischen der Mantelflä­ che (2M) und dem Zylinder (8) zu einer nach außen geführten Auslassleitung (10) im zweiten Bauelement (4) leitbar ist.