DE3442250A1

DE3442250A1 - Kesselrohr und dessen behandlung

Info

Publication number: DE3442250A1
Application number: DE19843442250
Authority: DE
Inventors: Alain James Johannesburg Transvaal Duggan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-19
Filing date: 1984-11-19
Publication date: 1985-06-20
Also published as: GB2150158B; DE3442250C2; AU577809B2; US4658761A; CA1228266A; GB8428801D0; AU3566184A; GB2150158A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kesselrohr gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und insbesondere die Behandlung eines solchen Kesselrohres, um dieses gegenüber Korrosion und/oder E'rosion widerstandsfähiger zu machen.

Bei kohle- oder ölgefeuerten Kesseln tritt häufig ein' sehr ernstes Problem auf und zwar insbesondere in Kesseln mit großer Größe, wie etwa solchen, die in Stromerzeugungsanlagen verwendet werden. Dieses Problem ist zweifacher Art:

(a)' Erosion der Kesselrohre durch Flugasche, die durch Verbrennungsgase mitgenommen wird_f welche zur Erwärmung der Kesselrohre verwendet werden. Diese Erosion findet insbesondere bei erhöhter Temperatur statt.

(b) Korrosion der Boilerrohre aufgrund des Vorhandenseins von korrosiven Elementen im Brennstoff, insbesondere Schwefel, Chlor und Vanadium. Bei der Verbrennung des Brennstoffs bilden diese Elemente korrosive Produkte, welche die metallische Oberfläche der Kesselrohre korrodiert.

In einigen Bereichen, namentlich in Überhitzungszonen, können sich korrosive Schlacken auf den Rohren absetzen. Dies hat ebenfalls eine Korrosion der Rohre zur Folge.

Eine solche Erosion und Korrosion kann zu sehr hohen Wartungskosten führen und zwar nicht nur hinsichtlich der Kosten für die Rohre selbst, sondern auch hinsichtlich der infolge der Stillstandszeit der Kessel bedingten Kosten.

Hierbei gilt, daß der erosive und korrosive Charakter der Asche und damit das Problem umso höher ist, je geringer die Qualität der für die Feuerung des Kessels verfügbaren Kohle ist.

Es sind viele Versuche unternommen worden, um eine wirtschaftliche Lösung dieses Problems zu finden, jedoch ist bislang noch keine zufriedenstellende Lösung vorgeschlagen worden. In Großbritannien besteht das Problem im wesentlichen in der Korrosion. Aufwendige Forschungsarbeiten sind dort durch das Central Electricity Generating Board durchgeführt worden, jedoch ist das Problem bisland noch ungelöst. Zwar hat man versucht, durch Einsatz von korrosionsfesten Metall-Legierungen, die gemeinsam mit Flußstahl zu den Rohren stranggepreßt worden sind, diesem Problem gerecht zu werden, jedoch handelt es sich hierbei um ein sehr aufwendiges Verfahren, wobei die Kosten fünf bis fünfzehnmal höher liegen als für Kohle aus Flußstahl.

Thermisch aufgesprühte Metall-und Keramikbeschichtungen haben sich aufgrund ihrer Porosität nicht als erfolgreich erwiesen. Die Porosität erlaubt das Eindringen von bei der Bildung von Korrosionsprodukten resultierenden korrosiven Gasen in die Grenzfläche zwischen Rohr und Beschichtung. Dies führt oftmals zu einem Ablösen der Beschichtung durch eine Substratoxidation, wobei dieses Problem durch den Aufbau von Schlacke noch verschlimmert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringen Kosten einen

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verbesserten Schutz von Kesselrohren gegen Erosion und/oder Korrosion zu bewirken, insbesondere mindestens eine Korrosion unter der Beschichtung zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wird das Kesselrohr mehrmals mit einer solchen Lösung oder Suspension behandelt bzw. beschichtet und mehrmals solchen Umwandlungen oder Behandlungen unterzogen, wie sie in Anspruch 1 angegeben sind. Bei einem Kesselrohr, das durch eine Anzahl von verschiedenen stabilen Metalloxiden beschichtet ist, ist jedes stabile Metalloxid durch mindestens eine Aufbringung aufgebracht und mindestens einmal entsprechend umgewandelt oder behandelt worden.

Zweckmässigerweise ist das Kesselrohr aus entweder Flußstahl oder einer geeigneten Stahllegierung hergestellt.

Ferner ist nach Maßgabe der Erfindung vorgesehen, daß die Rohrfläche eine inherente Porosität besitzt oder daß die poröse Fläche durch eine Beschichtung des Rohres mit einem porösen Metall oder Oxidüberzug bereitet bzw. erzielt ist.

Ein geeigneter poröser Metall- oder Oxidüberzug kann durch ein Metallspritzverfahren aufgebracht werden, wobei fein geteiltes Metall oder Oxid auf die Oberfläche durch Aufsprühen, Aufstreichen oder durch ein Tauch-

streichverfahren aufgebracht wird. Zusätzlich können chemische oder elektrische Plattier- bzw. Galvanisierverfahren zum Aufbringen einer porösen Metallschicht eingesetzt werden, wobei auch eine Schiammbeschichtung und ein Schlammspülverfahren (mudding) zum Aufbringen eines Oxidüberzuges angewendet werden können.

Der bei einer Schlammbeschichtung verwendete Schlamm ist ein Gemisch auf Flüssigkeitsbasis eines oder mehrerer feingeteilter widerstandsfähiger Oxide, die wahlweise eines der folgenden Mittel enthalten können;

Eine kleine Menge einer Imprägnierlösung, eine kleine Menge eines organischen Benetzungsmittels oder keramische Verstärkungsfasern. Der Schlamm kann darüber hinaus einen hohen Prozentsatz an Metallpulver enthalten, einschließlich Chrom oder Nickel-Chromlegierung, und andere feinpulverige Materialien mit einem hohen Widerstandsvermögen gegen Abrieb oder Korrosion, beispielsweise Siliciumkarbid, Borkarbid und Titanoxid-Bleiglas.

Schlämme der oben beschriebenen Art können unmittelbar auf die Metallfläche aufgebracht werden.

In dem Fall, wo die Rohrfläche bereits eine eigene Porosität besitzt, ist es bevorzugt, die Rohrfläche dadurch aufzurauhen, daß man sie mit oxidierenden Säuren vor Beschichtung mit einem stabilen Metalloxid behandelt. Falls das Rohr vor einer solchen Beschichtung zuerst metallisiert wird, ist es bevorzugt, die Rohrfläche durch Strahlputzen aufzurauhen.

Bevorzugte Metallüberzüge, die nach Maßgabe der Erfindung aufgebracht werden, können ausgewählt sein unter Nickel-

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Chromlegierungen, Nickel-Aluminidlegierungen, hochlegierte Chromeisenlegierungen.

Diese Metallbeschichtung bzw. dieser Metallüberzug kann die Rolle einer Entspannungsschicht überrehmen, auf welche eine weitere Schicht mit Oxid oder Metall aufgebracht werden kann.

Die oben beschriebenen Aufbereitungen sind auch dazu bestimmt, eine poröse Schicht mit veränderlicher Tiefe zu erzeugen, welche geeignet ist, die Lösung oder Suspension aufzunehmen. Wenn also Sprühverfahren verwendet werden, sind sogenannte Verbrennungsflinten (combustion guns), Plasmaflinten bzw. -pistolen, Detonationsfunten und zusätzlich für metallische Spritzverfahren elektrische Lichtbogen und Düsenbeschichtungsgeräte geeignet.

Geeignete Verbindungen für die Umwandlung in stabile Metalloxide, welche löslich sind, umfassen beispielsweise Zernitrat Zirkonylchlorid, Kobalt und Nickelnitrate, Titanoxalat, Silicowolframsäure, Magnesiumchromat, Berylliumnitrat, Chromtrioxid, Chromsulfat, Chromchlorid und dergleichen. Das Aufbringen auf die poröse Oberfläche einer konzentrierten Lösung aus Chromsäure ist insbesondere bevorzugt.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, welches durch die in Anspruch enthaltenen Merkmale gekennzeichnet ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Darstellungen beschrieben. Diese zeigen in

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Fig. 1 Korrosion und E.rosion an einem gekrümmten Teil eines U-förmigen Abschnittes eines Standard-Kesselrohres achtzehn Monate nach dessen Installation in einem kohlegefeuerten Kessel sowie

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht eines Kesselrohres nach der Erfindung achtzehn Monate nach Installation im selben Abschnitt eines kohlegefeuerten Kessels, wie bereits oben Bezug genommen worden ist.

Bei einer lediglich beispielhaften Ausführung der Erfindung wird ein U-förmiger Abschnitt oder Teil eines Standard-Kesselrohres aus Flußstahl, wie in den Fig. und 2 dargestellt, beschichtet, um ein Kesselrohr gemäß der Erfindung zu erhalten. Die Abmessungen des Rohres betragen etwa 0,1 m im Durchmesser und die Länge der U-Schenkel betragen etwa 0,75 m, wobei der Radius der Biegung etwa 0,2 m beträgt.

Die Außenfläche des U-förmigen Rohres wird durch Strahlputzen vorbereitet, um die Fläche in einem zur Aufnahme eine · metallischen Sprühbeschichtung geeigneten Zustand zu bringen.

Das aufgebrachte Metall besitzt einen Anteil von 80 % Nickel und 20 % Chrom und bildet einen porösen Überzug mit einer Schichtdicke von etwa 0,5 mm.

Das beschichtete ü-förmige Rohr wird dann in eine konzentrierte Lösung aus Chromsäure getaucht und zwar bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck. Nach einer Tropftrocknung wird das ü-förmige Rohr bei

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525⁰C über eine Zeitspanne von 20 Minuten in einem elektrischen Umluftofen erhitzt. Das Tauchbad des U-förmigen Rohres in Chromsäure, gefolgt durch eine Abtropftrocknung und Erwärmung wird achtzehnmal wiederholt, um die Masse an Chromoxidablagerung in den Poren des Nickel-Chromüberzuges zu erhöhen.

In der oben beschriebenen Weise behandelte U-förmige Rohre wurden zu Testzwecken in einem Kessel installiert und mit U-förmigen Standardrohren verglichen, die im selben Kessel installiert und identischen Betriebsbedingungen unterzogen wurden. Es hat sich hierbei herausgestellt, daß die beschichteten Rohre, von denen ein Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist, in einem völlig zufriedenstellenden Zustand erhalten blieben, wohingegen die Standardrohre, von denen ein Beispiel in Fig. 1 dargestellt ist, nach einem kontinuierlichen Einsatz über etwa 18 Monate in erheblicher Weise erodiert waren.

Wie oben bereits angegeben wurde, ist das oben angegebene Beispiel nicht als beschränkend für die Erfindung zu verstehen. Viele Abänderungen der beispielhaft genannten Ausführungen können gemacht werden, einschließlich Aufbringen verschiedener überzüge und verschiedener Metallsalze oder Metalloxide enthaltender Lösungen. Auch der Heizungszyklus kann verändert werden, abhängig von der Art der Lösungen, die auf die poröse Fläche aufgebracht werden. Ferner können Dicke und Dichte des Überzuges verändert werden, um besonderen Anforderungen für die Anwendung dieses beschichteten Rohres gerecht zu werden.

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Das oben beschriebene Chromoxid kann noch weiterbehandelt werden, beispielsweise ist ein Eintauchen in eine Lösung von Phosphorsäure und eine Erwärmung auf eine Temperatur von mindestens 300⁰C möglich.

Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch die geringen Kosten im Vergleich .zu anderen Maßnahmen · zum Schütze eines Kesselrohres aus.

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Claims

Patentansprüche

1. Kesselrohr aus Metall, bei dem mindestens ein ausgewählter Teil seiner Oberfläche anfänglich porös ist, dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich poröse Oberfläche mit mindestens einem stabilen Metalloxid überzogen ist, indem auf die poröse Oberfläche eine Lösung oder Suspension enthaltend Salze oder Oxide solcher Metalle aufgebracht wird, gefolgt durch Umwandlung solcher Salze oder Behandlung solcher Oxide von Metallen, um die stabilen Metalloxide an der porösen Oberfläche zu befestigen.

2. Kesselrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr beschichtet · worden ist durch eine Reihe von Aufbringungen und Umwandlungen oder Behandlungen.

3. Kesselrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Kesselrohr beschichtet worden ist mit einer Anzahl von verschiedenen stabilen Metalloxiden, wobei jedes stabile Metalloxid in mindestens einer Aufbringung aufgebracht und einer Umwandlung unterzogen, worden ist.

4. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche / dadurch gekennzeichnet , daß das Kesselrohr aus Flußstahl besteht.

5. Kesselrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das· Kesselrohr aus einem Legierten Stahl hergestellt ist.

6. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die ausgewählte Oberfläche durch Strahlputzen oder durch Säurebehandlung aufgerauht worden ist.

7. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich poröse Fläche durch Beschichtung des Rohres mit Metall bereitet ist.

8. Kesselrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallbeschichtung bzw. Metallüberzug gewählt ist aus: Nickel-Chromlegierung,

Nickel-Aluminidlegieruncj und einer hochlegierten Chromeisenlegierung.

9. Kesselrohr na ^h einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich poröse Fläche bereitet ist durch Beschichtung des Rohres mit Oxid.

10. Kesselrohr nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich poröse Fläche bereitet ist durch eine Beschichtung, welche durch mindestens eines der folgenden Verfahren aufgebracht worden ist: Metallspritzverfahren, chemisches oder elektrisches Plattier- bzw. Galvanisierverfahren, Streichverfahren, Schlämmbeschichtung, Spülverfahren (mudding) und Tauchverfahren.

11. Kesselrohr nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Sprühbeschichtung, die durch mindestens eines der folgenden Mittel aufgebracht worden ist: Verbrennungsflinten (combustion guns), Plasmaflinten, Detonationsflinten, elektrisches Lichtbogen- und Düsenbeschichtungsgerät. ■

12. Kesselrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Oxidüberzug aufgebracht wird durch ein Schlammverfahren,, bei welchem Schlamm aufgebracht wird, welcher auf Flüssigkeitsbasis ein Gemisch aus einem oder mehreren fein geteilten Metallen oder feuerbeständigen Oxiden und wahlweise einem der folgenden Mittel enthält: Imprägnierlösung, Benetzungsmittel, Verstärkungsfasern, Metallpulver enthaltend Chrom und Nickel-Chromlegierungen

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sowie Pulver aus Siliciumkarbid, Borkarbid und Titandioxid-Bleiglas.

13. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus stabilem Metalloxid bereitet ist durch Aufbringen einer Lösung enthaltend mindestens eines der Mittel: Zernitrat, Zirkonylchlorid, Kobalt und Nickelnitrate, Titanoxalat, Silicowolframsäure, Magnesiumchromat, Berylliumnitrat, Chromtrioxid, Chromsulfat und Chromchlorid.

14. Kesselrohr nach einem der vorhergehenden An-. Sprüche, dadurch gekennzeichnet , daß.das Kesselrohr mit Chromoxid beschichtet ist.

15. Kesselrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß auf das Rohr eine Phosphorsäurelösung aufgebracht und das Rohr auf wenigstens 300⁰C nach Aufbringung der Phosphorsäure erwärmt worden ist.

16. Verfahren zum Schutz eines Kesselrohres aus Metall gegen Erosion und Korrosion, gekennzeichnet durch Aufbereitung eines ausgewählten Teils der Oberfläche des Rohres, wie erforderlich, um diese porös zu machen, Aufbringen einer Lösung oder Suspension auf die poröse Fläche, enthaltend Salze oder Oxide von Metallen, welche zur Bildung stabiler Metalloxide umgewandelt oder behandelt werden können, und durch eine solche Umwandlung oder Behandlung.

17. Kesselrohr, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 16.