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Verfahren zur inneren Konservierung von Dampfkesseln und Vorrichtung
zur Ausführung des Verfahrens Die bei Betriebsstillegungen angewendete innere Konservierung
von Dampfkesseln ist nur dann einwandfrei, wenn mit Sicherheit verhindert wird,
daß Luftsauerstoff in das Innere des konservierten Kessels gelangt, weil nur dann
die Gewähr gegeben ist, daß eine Korrosion an den Kesselwänden vermieden wird. Von
den bisherigen Konservierungsverfahren ist in dieser Hinsicht nur das sogenannte
nasse Verfahren, bei welchem der Kessel nach der Abkühlung ganz mit Wasser gefüllt
wird, als einwandfrei anzusprechen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß
es umständlich ist und bei einer Konservierung des Kessels auf sehr lange Zeit,
z. B. auf Jahre, das Kesselwasser erneuert werden muß.
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Für kürzere Betriebspausen wird meist die sogenannte luftfreie Konservierung
bei normalem Wasserstand angewendet, die einfach durchführbar ist und für die Wiederinbetriebnahme
des Kessels keine umfangreichen Vorbereitungen notwendig macht.Nach Beendigung der
Dampfentnahme läßt man den auf normalen Wasserstand aufgespeisten Kessel bei geschlossenen
Absperrvorrichtungen einfach erkalten. Hierbei entsteht im Kessel durch Kondensation
des Wasserdampfes ein Vakuum. Die Konservierung wäre einwandfrei, wenn das Vakuum
unverändert erhalten bliebe. Dies ist jedoch praktisch nicht zu erreichen, denn
es ist technisch unmöglich und für den Dampfkesselbetrieb auch nicht erforderlich,
sämtliche Armaturen und Durchbrüche der Kesselwand so dicht zu verschließen, daß
ein Einströmen von Luft bei Vakuum völlig ausgeschlossen ist. Um den Einfluß der
einströmenden Luft abzuschwächen, wird der Kessel in
Abständen von
einigen Tagen bis zum Entstehen eines kleinen Überdrucks angeheizt und entlüftet.
Dieses Wiederanheizen des Kessels ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand an Brennstoff
und Arbeit verbunden und bringt nur wenig, da es das Einströmen von Luft in den
Kessel nicht ausschließt.
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Für längere Betriebsstillegungen auf Monate oder Jahre bedient man
sich meist der sogenannten trockenen Konservierung. Diese wird in der Weise durchgeführt,
daß das Kesselwasser vollständig abgelassen, die Innenseite des Kessels gründlich
gereinigt, alle Absperrvorrichtungenbestmöglich verschlossenwerden und dann durch
ein Mannloch ein Korb mit glühenden Holzkohlen sowie eine offene Schale mit einem
Feuchtigkeit aufnehmenden Mittel, wie Ätznatron, in den Kessel gestellt wird. Dann
wird der Mannlochdeckel aufgesetzt, während der Kessel vollends so dicht abgeschlossen
wird, wie es technisch möglich ist. Die glühende Holzkohle verbraucht nunmehr den
Sauerstoff der im Kessel enthaltenen Luft, so daß im wesentlichen Stickstoff und
Kohlensäure übrigbleiben. Hierbei entsteht ein Unterdruck. Dieser kann jedoch aus
den schon erwähnten Gründen nicht auf die Dauer aufrechterhalten werden. Deshalb
nimmt man, wenn nach einigen Tagen das Manometer ein Schwinden des Vakuums anzeigt,
den Mannlochdeckel wieder ab, stellt den Zustand des Feuchtigkeit aufnehmenden Mittels
fest, ersetzt dieses und wiederholt nochmals das Beschicken des Kessels mit Holzkohlenglut,
worauf der Kessel endgültig gegenüber der Außenluft geschlossen und dann bis zur
Wiederinbetriebnahme stehenbleibt.
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Gemäß der Erfindung werden die beiden letztgenannten Verfahren, bei
denen im einen Fall durch Abkühlen des Kessels bei normalem Wasserstand und im anderen
Fall durch Entzug des Luftsauerstoffes durch eine Verbrennung im Kessel ein Vakuum
entsteht, in der Weise durchgeführt, daß das Vakuum durch Einströmenlassen von Stickstoff
als Schutzgas in den Kessel aufgefüllt wird. Es wird also verhindert, daß im Kessel
ein Vakuum entsteht, bzw. es wird ein entstandenes Vakuum alsbald nach seinem Entstehen
beseitigt. Der Kessel enthält somit bei völligem Druckausgleich mit der Außenluft
nur ein sauerstofffreies Gas, das eine Korrosion im Kesselinneren ausschließt. Dieser
Zustand im Kessel bleibt dauernd erhalten, weil infolge des Fehlens eines Druckunterschiedes
zwischen dem Kesselinneren und der Außenluft keine Luft in den Kessel nachströmen
kann. Die Konservierung des Kessels ist also mit einer einzigen Aktion abgeschlossen
und bleibt einwandfrei, bis der Kessel wieder in Betrieb genommen wird.
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Die eingangs erwähnte umständliche nasse Konservierung ist überflüssig.
Die viel bequemere luftfreie Konservierung bei normalem Wasserstand, die durch das
neue Verfahren infolge des Wegfalls des Wiederanheizens noch einfacher undwirtschaftlichergeworden
ist, vermag jetzt das nasse Verfahren vollkommen zu ersetzen. Bei dem nassen Verfahren
kann der Konservierungszustand des Kessels bekanntlich nur so lange beibehalten
werden, wie man das alkalische (mit Ätznatron und Trinatriumphosphat behandelte)
Wasser ohne Bedenken im Kessel lassen kann. Die Dauer der trockenen Konservierung
ist bei Anwendung des neuen Verfahrens praktisch unbegrenzt.
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Die Schutzgasquelle, z. B. eine Stickstoffflasche, wird bei noch geschlossenem,
Einlaßv entil zweckmäßig schon dann an den zu konservierenden Kessel angeschlossen,
wenn in dem Kessel noch kein Vakuum entstanden ist. Das gilt sowohl für die Konservierung
bei normalem Wasserstand als auch für die trockene Konservierung. Der Anschluß geschieht
beispielsweise mittels einer Schlauchleitung am Entlüftungsrohr des Kessels. Vorher
wird eine Entlüftung der zwischen der Flasche und dem Kessel befindlichen Leitung
vorgenommen. Dies geschieht in der Weise, daß das Entlüftungsrohr von dem Entlüftungshahn
des Kessels abgeschraubt und an die Schlauchleitung angeschlossen wird. Durch Öffnen
des Flaschenventils läßt man Gas durch den Schlauch und das Rohr strömen, wodurch
die Luft verdrängt wird. Nunmehr wird das Entlüftungsrohr wieder auf den Entlüftungshahn
aufgeschraubt. Das Entlüftungsrohr und die Schlauchleitung enthalten also nach dem.
Anschluß nur Schutzgas.
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Bei der Konservierung bei normalem Wasserstand läßt man den Kessel
zweckmäßig zunächst so weit abkühlen, daß im Kessel nur noch ein kleiner Überdruck
vorhanden ist. Dann werden Flaschenventil und Kesselentlüftungsventil geöffnet.
Nunmehr kann in den Kessel Schutzgas einströmen. Die Verbindung der Schutzgasflasche
mit dem Kessel wird so lange aufrechterhalten, bis der Kessel erkaltet ist. Ein
Vakuum im Kessel kann also nicht entstehen, viehhehr wird, wenn das Schutzgas aus
einer Flasche kommt, im Kessel ständig ein kleiner Überdruck vorhanden sein. Nach
dem Erkalten des Kessels werden die Ventile geschlossen. Die Schlauchleitung kann
nunmehr vom Entlüftungsrohr abgenommen werden. Damit ist die Konservierung beendet.
Der etwa im Kessel verbleibende Überdruck entweicht langsam aus dem Kessel, bis
Druckausgleich mit der Außenluft erreicht ist. Der Kesseldruck kann nicht unter
den Außendruck sinken, so daß ein Eindringen von Luft in den Kessel ausgeschlossen
ist. Die Konservierung hält monatelang. Sie kann, wie schon erwähnt, so lange beibehalten
werden, wie man das Kesselwasser ohne Bedenken im Kessel lassen kann.
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Selbstverständlich kann man auch in der Weise verfahren, daß man mit
dem Zuführen des Schutzgases erst dann beginnt, wenn im Kessel bereits ein Vakuum
entstanden oder die Vakuumbildung durch völliges Erkalten abgeschlossen ist. Das
hierbei kurzzeitig auftretende Vakuum kann bei sorgfältigem Verschließen des Kessels
ohne Bedenken in Kauf genommen werden.
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Auch bei der trockenen Konservierung stellt man zweckmäßig die Verbindung
zwischen der Schutzgasquelle und dem Kessel schon dann her, wenn in dem Kessel noch
kein Unterdruck vorhanden ist. Die Schutzgaszuführung kann hier auf eine verhältnismäßig
kurze Zeit beschränkt werden, da die Holzkohlenglut den im Kessel enthaltenen Sauerstoff
in einem Bruchteil der Zeit verbraucht, die beim anderen Verfahren bis zum völligen
Erkalten des Kessels benötigt wird.
Der als Schutzgas verwendete
Stickstoff, welcher nach beendeter Konservierung im wesentlichen den Kessel bzw.
dessen Dampfraum füllt, enthält keinen Sauerstoff, er greift auch die im Dampfkesselbau
verwendeten Werkstoffe nicht an, etwa dadurch, daß er in Gegenwart von Feuchtigkeit
zur Bildung von Säuren oder Alkalien Anlaß gibt. Stickstoff ist billig zu beschaffen
und kann in Stahlflaschen vorrätig gehalten werden. Auf Schiffen, die oft mehrere
Tage oder Wochen im Hafen liegen, und bei Lokomotiven, die häufig außer Betrieb
gesetzt werden, lohnt es sich, einen Stickstoffvorrat in Flaschen zur laufenden
Konservierung zu halten.
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In Fällen, in denen kein Vorrat an Stickstoff oder sonst eines zur
Konservierung geeigneten Gases vorhanden ist, kann das Schutzgas gemäß einem weiteren
Vorschlag der Erfindung auch aus der Luft beschafft werden. Dies geschieht in der
Weise, daß man in den Kessel, in welchem sich bei den beschriebenen Verfahren Vakuum
gebildet hat oder bilden will, Luft durch ein in Glut befindliches Brennstoffbett
einsaugen läßt. Durch Verbrennen des Sauerstoffs der Luft im Brennstoffbett bleibt
in der Hauptsache ein Gemisch von Stickstoff und Kohlensäure übrig, das in den Kessel
gelangt und in gleicher Weise wie reiner Stickstoff weder von Wasser absorbiert
wird noch Kesselbauteile angreift.
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Zum Stand der Technik sei noch erwähnt, daß schon vorgeschlagen worden
ist, den Kessel vor der Konservierung im offenen Zustand an der Luft auszutrocknen
und dann bei geschlossenem Kessel Ammoniakgas (NH3) in den Kesselhohlraum einzufüllen.
Das Einfüllen von NH3 Gas soll durch Schließen der Ventile beendet werden, wenn
starker Ammoniakgeruch feststellbar ist, was schon bei einer NH3-Konzentration von
o,oo2 °/o der Fall ist. , Es wird also lediglich die im Kessel vorhandene Luft mit
dem N H3 Gas gemischt. Etwa noch im Kessel befindliche Wasserreste verbinden sich
mit dem Ammoniak zu Ammoniumhydroxyd (N H40 H). Deshalb muß der Kessel einige Tage
vorher zum Zwecke der Lufttrocknung offen stehengelassen werden. Der Sauerstoff
der in dem Kessel enthaltenen Luft wird durch die Anwesenheit von N H3 Gas nicht
unwirksam. Bald nach beendeter Füllung ordnen sich NH,- Gas und Luft infolge ihrer
stark unterschiedlichen spezifischen Gewichte (NH,- Gas o,77r, Luft.-. z,3). Das
leichtere NH3-Gas füllt den oberen und die Luft den unteren Kesselraum. Im unteren
Kesselraum kann also der Luftsauerstoff seine korrodierende Wirkung ausüben. Gleich
unvollkommen wäre deshalb die Konservierung, wenn man an Stelle von N H3 Gas ein
anderes Schutzgas verwenden würde. Ammoniak hat aber noch zusätzliche Nachteile,
dadurch, daß es aus Kupfer oder Kupferlegierungen bestehende Zubehörteile angreift.
Deshalb wird empfohlen, diese Zubehörteile abzublinden. Bei der Wiederinbetriebnahme
des Kessels muß vorher in umständlicher Weise durch Füllen des Kessels mit Wasser
bis zum Überlauf das NH3 Gas entfernt, dann das Wasser abgelassen und der Kessel
von neuem bis auf den Niedrigstwasserstand gespeist werden. Das ist deshalb notwendig,
weil das Ammoniak von dem Kesselwasser absorbiert wird, dadurch in den Dampf gelangen
und die Kondensatrohre angreifen würde.
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Die Konservierung mittels aus der atmosphärischen Luft beschafften
Stickstoffes kann mit einfachen Einrichtungen durchgeführt werden. Ein Ausführungsbeispiel
einer solchen Einrichtung ist in der Zeichnung in Fig. z schematisch- dargestellt.
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Eine mindestens teilweise biegsame Leitung z, die in der oben beschriebenen
Weise an das Entlüftungsventil 2 oder sonst ein Ventil des Kessels 3 angeschlossen
wird, erhält an ihrem freien Ende ein beispielsweise aus Steingut bestehendes feuerfestes
Mundstück q., welches in das in Glut befindliche Brennstoffbett 5 etwa bis in dessen
Mitte eingesteckt wird. Als feuerfestes Mundstück kann behelfsmäßig eine vorhandene
Steingutflasche verwendet werden, an welcher der Boden herausgeschlagen worden ist.
Der glühende Brennstoff, beispielsweise Holzkohle, wird zweckmäßig in einem korbartigen
Blechbehälter 6 untergebracht. Zweckmäßig wird in den Gasweg zum Kessel eine Einrichtung
zum Kühlen des Gases eingebaut. In dem Beispiel ist der biegsame Teil der Leitung
z unterbrochen, und die beiden Enden sind an ein als einfacher Blechhohlkörper ausgebildetes
Kühlelement 7 angeschlossen, dessen Außenseite mit Wasser in Berührung gebracht
wird. Behelfsmäßig kann das Kühlelement in einfacher Weise aus einer Konservendose
gefertigt werden. Das Kühlelement wird beispielsweise in einen mit Wasser gefüllten
Eimer 8 eingehängt. Beim Anschluß der einzelnen Leitungsstücke des feuerfesten Mundstückes
muß auf Dichtheit geachtet werden. Vor dem Anschließen an den Kessel empfiehlt es
sich, wie beim Anschluß einer Gasflasche eine Entlüftung der Anschlußleitung vorzunehmen.
Dies geschieht im vorliegenden Falle dadurch, daß man an das vom Entlüftungshahn
des Kessels abgenommene Entlüftungsrohr eine Saugvorrichtung, etwa eine Handpumpe,
anschließt, mit welcher durch das Brennstoffbett Luft gesaugt wird. Hierbei wird
in wenigen Sekunden die sauerstoffhaltige Luft durch im Brennstoffbett vom Sauerstoff
befreite Luft ersetzt.
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Bei der Konservierung bei normalem Wasserstand ist es zweckmäßig,
das Entlüftungsventil erst dann zu öffnen, wenn im Kessel die Vakuumbildung beginnt,
da die Schutzgasquelle keinen Überdruck hat. Solange der Kessel abkühlt, wird nach
Maßgabe der Kondensation des Wasserdampfes in den Dampfraum des Kessels Luft eingesaugt,
der im Brennstoffbett der Sauerstoff entzogen worden ist. Man kann aber auch, wie
oben beschrieben, die Einführung des Schutzgases auf kürzere Zeit beschränken und
den Kessel vor dem Öffnen des Entlüftungsventils ganz oder annähernd ganz abkühlen
und das Schutzgas gegen das entstandene Vakuum einströmen lassen.
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Auch bei der trockenen Konservierung kann nach beiden Arten verfahren
werden. Da hier jedoch die Sauerstoffentziehung im Kessel durch die Holzkohlen-Blut
rasch vor sich geht, wird man zweckmäßig mit dem Öffnen des Entlüftungsventils nicht
erst warten, bis das Manometer ein Vakuum anzeigt.
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Bei Verwendung einer Schutzgasflasche kann diese auch mit fester Rohrverbindung
ständig an den Kessel angeschlossen sein, so daß eine Konservierung jederzeit
ohne
Vorbereitungen vorgenommen werden kann. Diese starre Anordnung hat besondere Bedeutung
für Anlagen mit mehreren Kesseln. Ein Leitungsschema hierfür ist in Fig. 2 dargestellt.
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Die Schutzgasflasche ist mit io und die beispielsweise vier Kessel
sind mit 11, 12, 13 und 14 bezeichnet. An das Flaschenventil ist eine Leitung 15
angeschlossen, in welche das in jedem Falle - auch bei biegsamer Schlauchleitung
- notwendige Reduzierventil 16 eingebaut ist. Die Leitung 15 führt nach einem Verteilungsrohr
17, von welchem nach den einzelnen Kesseln Leitungen 18,1g, 2o und 21 abzweigen.
In jede dieser Leitungen ist in Kesselnähe ein Absperrventil 22 eingebaut, zwischen
dem und dem Kessel das Entlüftungsrohr 23 mit einem Absperrventil 24 angeschlossen
sein kann. Außerdem ist es zweckmäßig, in jeder der Leitungen 18 bis 21 vor dem
Absperrventil 22 ein Rückschlagventil25 vorzusehen.
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Wird ein Kessel außer Betrieb gesetzt, so wird bei geschlossenem Entlüftungsventil
24 - das zu diesem Kessel gehörige Absperrventil 22 und das Flaschenventil geöffnet.
Dann kann das Schutzgas in den Kessel strömen, sobald der Kesseldruck kleiner geworden
ist als der durch das Reduzierventil 16 eingestellte Gasdruck. Die in alle Schutzgasleitungen
eingebauten Rückschlagventile 25 verhindern ein Einströmen von Dampf in das Verteilungsrohr
17.
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Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung kann sowohl für die Konservierung
beim normalen Wasserstand als auch für die trockene Konservierung Verwendung finden.