DE2241081B2

DE2241081B2 - Vorrichtung zur Verhütung von Erosionskorrosion in Strömungsräumen

Info

Publication number: DE2241081B2
Application number: DE19722241081
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 4330 Muelheim Keller
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1972-08-21
Filing date: 1972-08-21
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2241081A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf jine Vorrichtung zur Verhütung von Erosionskorrosionen an den Wandungen von Räumen, die von Flüssigkeiten oder Naßdampf durchströmt sind, insbesondere in Rohrleitungen.

In Strömungsräumen, wie insbesondere Rohrleitungen, Armaturen, Wärmetauschern und Strömungsmaschinen, die aus Grauguß, einem unlegierten oder nur schwach legierten Stahl hergestellt sind, treten bei Betrieb mit Wasser oder Naßdampf unter bestimmten Bedingungen nach einiger Zeit Abtragungen an den Wandungen dieser Strömungsräume auf, die als Erosionskorrosion bezeichnet werden. Aber auch bei anderen Kombinationen von Werkstoffen und Strömungsmedien sind derartige Erscheinungen möglich, z. B. bei einer Kombination von Kupfer oder Messing und Wasser. Voraussetzung für eine derartige Erosionskorrosion ist, daß das strömende Medium und der Wandwerkstoff miteinander reagieren und eine gesonderte Schicht bilden, die jedoch stets vom Strömungsmittel wieder gelöst wird. Bei einem Zusammentreffen von Eisen und Wasser bildet sich dabei eine Schicht von Fe (OH)?, die bei Temperaturen unterhalb von 150 bis 200° nur sehr langsam in den widerstandsfähigeren und unlöslichen Magnetit übergeht, da es bei großen Strömungsgeschwindigkeiten und einer Strömungsrichtung direkt auf die Wandung nicht zu einer Sättigung der berührenden Wasserschicht an Fe(OH)₂ kommt.

Es ist bekannt, daß man eine Gefährdung dieser Oberfläche durch die Wahl eines geeigneten Werkstoffes vermeiden kann; beispielsweise kann bei Wasser oder Naßdampfströmungen durch die Verwendung eines 13°/oigen Chromstahles oder durch eine Plattierung der Wandung mit entsprechenden Werkstoffen ein Abtragen der Wandung weitgehend verhindert werden. Die Verwendung derartiger hochlegierter Werkstoffe ist jedoch außerordentlich teuer. Eine Plattierung der Wandung mit diesen Werkstoffen ist im allgemeinen wirtschaftlicher, jedoch ist nicht in jedem Fall ein dauerhaftes Haften dieser Plattierung an der Wandung gewährleistet. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, durch eine Vergrößerung des Strömungsquerschnittes die Strömungsgeschwindigkeit herabzusetzen, um somit die auftretenden Abtragungen zu verringern — meist ist eine derartige Querschnittsvergrößerung jedoch aus Platzgründen nicht möglich.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Auftreten von Erosionskorrosion an der Wandung mit einfachen Mitteln zu verhindern. Wesentlich für das Auftreten einer Erosionskorrosion ist dabei ein starker Stoffaustausch in der Berührungsschicht. Diese Bedingung ist überall dort gegeben, wo eine Grenzschicht aus einer Schicht hoher Gesamtenergie neu entsteht, d. h. insbesondere an Stellen örtlicher Maxima des statischen Druckes an den Wänden. Dies gilt insbesondere für den Bereich von Siaupunkien, an denen eine Strömung direkt auf die Wandung auftritt oder bei parallel beströmten Wandungen dort, wo die Sekundärströmung Staupunkte aufweist.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß an den Wandungen im Bereich der Staupunkfe von Haupt- und Sekundärströmun_b-en Einbauten derart vorgesehen sind, daß sich die Staupunkte auf diel Einbauten verlagern. Dabei ist es zweckmäßig, wenn diese Einbauten aus Platten oder Profilleisten bestehen, die auf der angeströmten Wandung befestigt sind. Diese Einbauten können zumindest im Bereich der sich auf ihnen ausbildenden Staupunkte aus einem gegen Erosionskorrosion widerstandsfähigerem Material als das der angeströmten Wandung bestehen.

Durch diese Einbauten wird erreicht, daß sich die Staupunkte auf die Einbauten selbst verlagern und somit die Ausbildung von Grenzschichten mit hohem Stoffaustausch an der Wandung selba "erhindert werden. Falls nun noch eine Erosionskorrosion auftritt, so erfolgt dies an den Einbauten, die jedoch bei einer Herstellung aus geeignetem Material dagegen weniger empfindlich sind oder bei einer Herstellung aus gleichem Material wie die zu schützende Wandung derart dimensioniert sein können, daß während der angenommenen Betriebsdauer ein völliger Abtrag dieser Einbauten nicht erfolgt.

In einer schematischen Zeichnung sind anhand von Ausführungsbeispielen Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. la und Ib das Grundprinzip der Erfindung am Beispiel einer senkrecht angeströmten Wandung;

Fig. 2a und 2b die entsprechenden Strömungsvcrhältnisse an einem quer angeströmten Rohr, die

Fig. 3a bis 3d die Verhältnisse in einem Rohrkrümmerund

F i g. 4 eine spezielle Ausführungsform der Einbauten.

In Fig. la ist zunächst der Fall dargestellt, daß eine ebene Wandung 1 durch eine Strömung 2 senkrecht aus einer Rohrleitung 3 angeströmt wird. Dabei bildet sich auf der Wandung 1 ein Staubereich 5| aus, dessen Ausdehnung durch die Kreuze vor der Wandung 1 gekennzeichnet ist. Im Bereich dieses Staupunktes liegt das örtliche Maximum des statischen Druckes. Es stellt eine besondere Gefährdung dieser ebenen Wandung 1 dar.

Nach Fig. Ib sind nunmehr erfindungsgemäß im

Bereich des sich ausbildenden Staupunktes an der ebenen Wandung 1 Einbauten 5 vorgesehen, die nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer sich gegen die Anströmrichtung erstreckende Platte bestehen können. Wie aus der schematischen Darstellung zu ersehen ist, verlagert sich nunmehr der Staupunkt 5, nach Fig. la von der Wandung 1 als Staupunkt S\' auf die Oberfläche der Einbauten 5. Dadurch wird die Beanspruchung der Wandung und evtl. auftretende Erosionskorro.-.ionen von der Wandung I auf die Einbauten 5 gelegt. Da diese Einbauten aus einem geeigneteren Material bestehen können, werden sie selbst praktisch nicht angegriffen, gleichzeitig ist die Wandung entlastet und so vor Erosionskorrosionen sicher geschützt.

In F i g. 2 sind die gleichen Verhältnisse an einer quer angeströmten Rohrleitung 6 dargestellt. Auch hierbei bildet sich im Anströmbereich vor dem Rohr ein Staupunkt S₁ aus, der wieder durch Kreuze gekennzeichnet ist. Wie aus F i g. 2b zu ersehen ist, ist nunmehr ebenfalls auf der Anströmseite des Rohres 6 eine Profilleiste 7 vorgesehen, so daß sich der Staupunkt S]' auf dieses Einbauteil 7 verlagert und somit die eigentliche Rohrwandung entlastet.

Bei den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen wurden derartige Korrosionen im Bereich der Staupunkte von Hauptströmungen verursacht. In F i g. 3a bis 3d ist ein Fall dargestellt, bei dem derartige Erosionskorrosionen auch im Bereich des Staupunktes von Sekundärströmungen auftreten. Derartige Strömungen finden sich beispielsweise in Rohrkrümmern 8, wie sie in F i g. 3a gezeigt sind. In diesem Rohrkrümmer bildet sich eine Grenzschichtströmung aus, die durch die Pfeile 9 in F i g. 3a und in dem Schnitt nach F i g. 3b dargestellt ist. Die Stellen höchster Beanspruchung liegen dabei im Bereich der Staupunkte S2 dieser Sekundärströmung, die ebenfalls wieder durch Kreuze gekennzeichnet sind. Da es sich hierbei um einen räumlich ausgedehnten Staupunkt handelt, ist es zwec cmäßig, die Einbauten in mehrere Einzelelemente aufzuteilen. Wie aus F i g. 3c zu ersehen ist, sind senkrecht zu- außenliegenden Wandung mehrere Einzelleisten 10 vorgesehen, die ein Ablösen der Grenzschicht von der Rohrwandung und ein Verlagern der Staupunkte S₁ auf die Einbauten selb.t bewirken. Dabei ist es ferner zweckmäßig, wenn diese Leisten 10 so gekrümmt sind, daß sie normal zur Richtung der Grenzschichtgeschwindigkeit stehen, wie , das aus dem Schnitt nach Fig. 3d zu ersehen ist. Hierdurch wird der Austausch der energiearmen Grenzschicht mit der energiereichen Hauptströmung verringert und neben diesem Vorteil geringerer Schubspannungen und eines geringeren Stoffaustausches auch ein geringerer Druckverlust erreicht.

Wenn die Staufläche auf den Einbauten senkrecht auf der zu schützenden Wand steht, wie es bei der Gefährdung durch den Staubeieich einer Sekundärströmung beispielsweise bei einer Krümmerströmung der

i-j Fall ist, empfiehlt es sich, diese Einbauten mit einer eindeutigen Abreißkante zu versehen, wie das in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 gezeigt ist. Die Einbauten 10 sind dabei auf der Anströmseite mit Ansätzen 11 versehen, so daß die Staubereichsströmung

.'(ι 12 auf der Einbauten 10 von der zu schützenden Wand ferngehalten wird, d. h., die abreiße· Je Strömung nicht auf die zu schützende Wand gerichtet lsi

Mit den beschriebenen Einbauten aus hochwertigem Material werden somit sicher Auswaschungen der zu

2> schützenden Wandungen verhindert. Es ist dabei auch möglic'¹, anstelle von Einbauten aus einem Werkstoff höherer Festigkeit, entsprechende Einbauten aus gleichem Material wie die zu schützende Wandung zu verwenden, die dann aber stärker dimensioniert sein

in müssen. So können beispielsweise anslelle von Einbauten auf einem quer angeströmten Rohr, wie das in F i g. 2b dargestellt ist, auch handelsübliche Flossenrohre aus homogenem Material verwendet werden, wobei diese Flossen dann entgegen der Hauptströmungsrich-

i"> tung gerichtet sein müssen. Dies ist möglich, wenn abgesehen werden kann, daß diese Flossen im Laufe der Betriebszeit nicht voll abgetragen werden.

Um ein Anschweißen der Einbauten an die zu schützenden Flächen zu erleichtern, ka.in e; auch

;> zweckmäßig sein, lediglich diejenigen Flächen der Einbauten mit einem korrosionsbeständigen Material zu vergehen, die der erhöhten Beanspruchung ausgesetzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verhütung von Erosionskorrosionen an den Wandungen von Räumen, die von Flüssigkeiten oder Naßdampf durchströmt sind, insbesondere in Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wandungen (1, 6, 8) im Bereich der Staupunkte (S\, Si) von Haupt- und Sekundärströmungen Einbauten (5, 7, 10) derart vorgesehen sind, daß sich die Staupunkte (S₁, S₂) auf die Einbauten selbst verlagern.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten aus Platten oder Profilleisten (5, 7, 10) bestehen, die auf der angeströmten Wandung (1,6,8) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (5, 7, 10) mindestens im Bereich der sich auf ihnen ausbildenden Staupunkte (S₁', S₂') aus einem gegen Erosionskorrosion widerstandsfähigerem Material als. das der angekörnten Wandung bestehen.

4. Vorrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten in mehrere Einzelelemente (10) aufgeteilt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (10) senkrecht zur Grenzschicht (9) der angeströmten Wandung (8) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (10) mit Abreißkanten (11) für die Strömung versehen sind.