EP2607785B1 - Verfahren zur Reduzierung des Sauerstoffgehaltes in Dampferzeugerwandrohren - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung des Sauerstoffgehaltes in Dampferzeugerwandrohren Download PDF

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EP2607785B1 EP12186346.8A EP12186346A EP2607785B1 EP 2607785 B1 EP2607785 B1 EP 2607785B1 EP 12186346 A EP12186346 A EP 12186346A EP 2607785 B1 EP2607785 B1 EP 2607785B1
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Horst Trabhardt
Frank-Udo Dr. Leidich
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Mitsubishi Power Europe GmbH
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General Electric Technology GmbH
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    • F22B37/50—Devices or arrangements for removing water, minerals or sludge from boilers ; Arrangement of cleaning apparatus in boilers; Combinations thereof with boilers for draining or expelling water

Definitions

  • the invention is directed to a method for avoiding stress corrosion cracking in pipes of installed and installed pipe wall areas or pipe wall segments of a steam generator wall of a steam generator or steam boiler of a power plant fired with carbon-containing fuel.
  • the same problem can also happen when restarting a steam generator, for example after a repair, when turning off or putting the Steam generator existing boiler water is drained into the flow volumes of the pipes. If the ventilation valves for draining the boiler water are opened when the steam generator is switched off, air flows from the outside into the flow volumes of the pipes when the water is discharged into the flow volumes that are released. Air is sucked in, especially when the steam generator wall pipes are still warm.
  • the atmospheric oxygen contained in the air volume can then be incorporated into the remaining boiler water remaining in the pipes and / or into the new, fresh boiler water possibly introduced into the flow volumes during refilling, so that an undesirably high oxygen concentration in the boiler water is formed, which in turn creates the danger entails that this causes or supports stress corrosion cracking in the pipes.
  • a jacket or tubular heat exchanger which has a double-walled core tube with an axially extending annular space, the annular space being connected to an inert gas source.
  • a heat exchanger is known, the walls of which have water-cooled tubes which are connected to a water / steam cycle.
  • a pipe system for a cooling medium is arranged in the water flowing in from the water / steam circuit in the heat exchanger.
  • the heat exchanger walls have openings through which air is introduced into the heat exchanger, which then leads to swirling of the water in the heat exchanger.
  • US 1,976,462 A discloses a steam generator, in which the tube walls are formed by closed tube sections, in which a liquid flows, which absorbs heat in the gas space and releases this when a heat exchanger flows through to a liquid flowing therein.
  • a method for avoiding signs of corrosion on a boiler interior which is not filled with boiler water and which could occur when the boiler is at a standstill for a long time is from GB 731 137 A known. It is disclosed there to preserve the interior of the boiler when a boiler that has been in operation for some time has been decommissioned by introducing nitrogen into the free volume of such a boiler, preferably at a higher pressure than the outside environment, and thereby preventing the penetration of oxygen .
  • the invention is therefore based on the object of providing a solution which eliminates or at least reduces the problem of incorporating atmospheric oxygen into the boiler water, which consists in filling pipes of a steam generator wall with boiler water and / or in discharging boiler water from these pipes.
  • the object is thus achieved according to the invention in that the tubes of the tube wall regions or tube wall segments consist of one of the steels T22, T23 or T24 and in the tubes the pipe wall areas or pipe segments (of the steam generator or steam boiler) consisting of one of the steels T22, T23 or T24, which are flowed through by boiler water or steam generated during power plant operation, in order to reduce the oxygen content in the flow volume formed by the pipes before filling or refilling ( of the steam generator or boiler), an inert gas or an inert gas mixture is introduced with boiler water or steam in a gaseous oxygen-displacing manner in the respective flow volume of the tubes in the form of atmospheric oxygen.
  • the flow volume filled when the tubes are filled with atmospheric oxygen and / or the free volume formed in the flow volume of the tubes of a steam generator wall when draining boiler water is filled with an inert gas or an inert gas mixture, which is respectively introduced into the tubes at this time.
  • the inert gas or the inert gas mixture displaces the air in the respective flow volume of the pipes and protects these pipes and thus the steam generator wall from stress corrosion cracking, which could otherwise arise from the inclusion of atmospheric oxygen in the boiler water.
  • an inert gas or an inert gas mixture is introduced into the free flow volume that forms in the tubes when boiler water is discharged.
  • an inert gas or an inert gas mixture is used as the inert gas or inert gas mixture, so that in each case an inert gas or an inert gas mixture is introduced.
  • the use of nitrogen as the inert gas is particularly preferred.
  • the use of the method according to the invention is also particularly advantageous when the boiler water or steam is discharged from the respective flow volume of the pipes when the steam generator is switched off. Otherwise there is a great risk that atmospheric oxygen will be sucked into the flow volume of the pipes.
  • the invention further provides that the inert gas or inert gas mixture is provided in the form of a gas cushion, in particular one that has an increased gas pressure.
  • the invention further provides that an inert gas or an inert gas mixture is introduced when the ventilation valves are opened. It is then furthermore expedient and advantageous if the pipes and / or the ventilation valves are brought into fluid-conducting flow connection with the inert gas cushion via connected ventilation lines.
  • the invention is characterized in that nitrogen is used as the inert gas.

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Description

  • Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion bei Rohren errichteter und eingebauter Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente einer Dampferzeugerwand eines Dampferzeugers oder Dampfkessels eines mit kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerten Kraftwerks.
  • Die derzeit bei der Herstellung von Dampferzeugerwandrohren verwendeten modernen, hochfesten Rohrwerkstoffe reagieren empfindlich, insbesondere in Form von auftretender Spannungsrisskorrosion, auf eine erhöhte oder zu hohe Sauerstoffkonzentration in dem das jeweilige Strömungsvolumen der Rohre durchströmenden Kesselwasser. Der Sauerstoffgehalt des Kesselwassers wird daher sorgfältig entsprechend den geltenden Richtlinien, beispielsweise der einschlägigen VGB-Richtlinie oder der einschlägigen ASME (American Society of Mechanical Engineers)-Richtlinien, eingestellt und anschließend überwacht und aufrechterhalten. Beim Befüllen, insbesondere dem erstmaligen Befüllen, eines Dampferzeugers mit Kesselwasser kann jedoch der im Kesselwasser zulässige Sauerstoffgehalt dadurch überschritten werden, dass der beim Befüllen der Rohre im Strömungsvolumen der Rohre noch vorhandene Luftsauerstoff in das Kesselwasser eingebunden wird. Insbesondere bei einem ersten Anfahren des Dampferzeugers kann dies dazu führen, dass dieser dann mit einem unzulässig hohen Sauerstoffanteil im Kesselwasser - zumindest anfangs - betrieben wird.
  • Das gleiche Problem kann auch beim Wiederanfahren eines Dampferzeugers, beispielsweise nach einer Reparatur, geschehen, wenn beim Abstellen oder der Außerbetriebnahme des Dampferzeugers in den Strömungsvolumina der Rohre vorhandenes Kesselwasser abgelassen wird. Werden beim Abstellen des Dampferzeugers die Entlüftungsventile zum Ablassen des Kesselwassers geöffnet, so strömt in die Strömungsvolumina der Rohre beim Ablass des Wassers in die frei werdenden Strömungsvolumina Luft von außen nach. Insbesondere wenn die Dampferzeugerwandrohre noch warm sind, wird Luft angesaugt. Der in dem Luftvolumen enthaltene Luftsauerstoff kann dann in das in den Rohren verbleibende restliche Kesselwasser und/oder in das beim Wiederbefüllen in die Strömungsvolumina gegebenenfalls eingeleitete neue, frische Kesselwasser eingebunden werden, so dass sich wiederum eine unerwünscht hohe Sauerstoffkonzentration im Kesselwasser ausbildet, die die Gefahr mit sich bringt, dass hierdurch eine Spannungsrisskorrosion in den Rohren ausgelöst oder unterstützt wird.
  • Aus der DE 24 00 882 A ist ein Mantel- oder Rohrwärmetauscher bekannt, der ein doppelwandig ausgebildetes Kernrohr mit einem axial verlaufenden Ringraum aufweist, wobei der Ringraum mit einer Inertgasquelle verbunden ist.
  • Aus der US 5,701,829 A ist ein Wärmetauscher bekannt, dessen Wände wassergekühlte Rohre aufweisen, die an einen Wasser/Dampf-Kreislauf angeschlossen sind. Im unteren Teil des Wärmetauschers ist ein Rohrsystem für ein Kühlmedium in dem aus dem Wasser/Dampfkreislauf zufließenden Wasser im Wärmetauscher angeordnet. Die Wärmetauscherwände weisen in diesem Bereich Öffnungen auf, durch welche hindurch Luft in den Wärmetauscher eingeleitet wird, welche dann zu einer Verwirbelung des Wassers in dem Wärmetauscher führt.
  • Aus der US 3,699,903 ist ein Dampferzeuger oder Dampfkessel eines Kraftwerkes bekannt, bei welchem den Brennern oder dem Feuerungsraum unabhängig von der stickstoffhaltigen Luft als Oxidationsmittel auch reiner Sauerstoff zugeführt wird.
  • Auch die US 1,976,462 A offenbart einen Dampferzeuger, bei welchem die Rohrwände von geschlossenen Rohrabschnitten gebildet sind, in welchen eine Flüssigkeit fließt, die im Gasraum Wärme aufnimmt und diese bei Durchfließen eines Wärmetauschers an eine darin fließende Flüssigkeit abgibt.
  • Ein Verfahren zur Vermeidung von Korrosionserscheinungen an einem nicht mit Kesselwasser befüllten Kesselinnenraum, die sich bei einer längeren Stillstandsphase des Kessels einstellen könnten, ist aus der GB 731 137 A bekannt. Dort ist offenbart, bei einer Stilllegung von bereits seit einiger Zeit in Betrieb befindlichen Kesseln den Kesselinnenraum dadurch zu konservieren, dass in das freie Volumen eines solchen Kessels Stickstoff, vorzugsweise mit einem gegenüber der Außenumgebung erhöhten Druck, eingeleitet und dadurch das Eindringen von Sauerstoff verhindert wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die die Problematik einer Luftsauerstoffeinbindung in das Kesselwasser, welches beim Befüllen von Rohren einer Dampferzeugerwand mit Kesselwasser und/oder beim Ablassen von Kesselwasser aus diesen Rohren besteht, beseitigt oder zumindest vermindert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird die Aufgabe somit erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rohre der Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente aus einem der Stähle T22, T23 oder T24 bestehen und wobei in die Rohre der aus einem der Stähle T22, T23 oder T24 bestehenden Rohrwandbereiche oder Rohrsegmente (des Dampferzeugers oder Dampfkessels), die im Kraftwerksbetrieb von Kesselwasser oder daraus gebildetem Dampf durchströmt werden, zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes in dem von den Rohren gebildeten Strömungsvolumen vor einem Befüllen oder Wiederbefüllen (des Dampferzeugers oder Dampfkessels) mit Kesselwasser oder Dampf in einer im jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre in Form von Luftsauerstoff vorhandenen gasförmigen Sauerstoff verdrängenden Weise ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird.
  • Erfindungsgemäß wird also das beim Befüllen der Rohre mit Luftsauerstoff gefüllte Strömungsvolumen und/oder das beim Ablassen von Kesselwasser sich bildende Freivolumen im Strömungsvolumen der Rohre einer Dampferzeugerwand mit einem inerten Gas oder einem inerten Gasgemisch gefüllt, welches jeweils in die Rohre zu diesem Zeitpunkt eingeleitet wird. Beim Füllen des Dampferzeugers mit Kesselwasser verdrängt das inerte Gas oder das inerte Gasgemisch die Luft in dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre und es schützt diese Rohre und damit die Dampferzeugerwand vor Spannungsrisskorrosion, die ansonsten durch die Einbindung von Luftsauerstoff in das Kesselwasser entstehen könnte. In analoger Weise wird beim Abstellen eines Dampferzeugers und Ablassen des Kesselwassers ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch in das sich beim Ablassen von Kesselwasser in den Rohren jeweils bildende freie Strömungsvolumen eingeleitet. Auch in diesem Fall wird kein Luftsauerstoff in das Strömungsvolumen der Rohre eingeleitet, welcher dann ansonsten gegebenenfalls in das Kesselwasser eingebunden werden könnte. Auch unterbindet das eingeleitete inerte Gasvolumen eine ansonsten in der Stillstandsphase des Dampferzeugers gegebenenfalls stattfindende Reaktion des Luftsauerstoffes mit den Rohrinnenwänden.
  • Als inertes Gas oder inertes Gasgemisch wird insbesondere ein Inertgas oder ein Inertgasgemisch verwendet, so dass jeweils ein Inertgas oder ein Inertgasgemisch eingeleitet wird. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung von Stickstoff als Inertgas.
  • Es kann vorgesehen sein, dass beim Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre ein Nachströmen oder Einströmen von Luft unterbunden wird.
  • Insbesondere von Vorteil ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch dann, wenn das Ablassen von Kesselwasser oder Dampf aus dem jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre beim Abstellen des Dampferzeugers durchgeführt wird. Hier besteht ansonsten die große Gefahr, dass Luftsauerstoff in das Strömungsvolumen der Rohre eingesaugt wird.
  • Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es gemäß Ausgestaltung der Erfindung, wenn das vor dem Befüllen oder Wiederbefüllen der Rohre mit Kesselwasser oder Dampf vorhandene freie Strömungsvolumen innerhalb der Rohre vollständig mit dem inerten Gas oder dem inerten Gasgemisch befüllt wird.
  • Um das Einleiten von inertem Gas oder einem inerten Gasgemisch in die Rohre zu vereinfachen, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass das inerte Gas oder inerte Gasgemisch in Form eines, insbesondere einen erhöhten Gasdruck aufweisenden, Gaspolsters bereitgestellt wird.
  • Hierbei ist es gemäß Weiterbildung der Erfindung für die Einleitung des inerten Gases oder inerten Gasgemisches zudem von Vorteil, wenn die Rohre in eine fluidleitende Strömungsverbindung mit dem inerten Gaspolster gebracht werden.
  • Um zu verhindern, dass beim Abstellen eines Dampferzeugers und dem Öffnen von Entlüftungsventilen Luftsauerstoff in das Strömungsvolumen der Rohre eindringt, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass mit dem Öffnen von Entlüftungsventilen ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird. Hierbei ist es dann weiterhin zweckmäßig und von Vorteil, wenn die Rohre und/oder die Entlüftungsventile über angeschlossene Entlüftungsleitungen in fluidleitende Strömungsverbindung mit dem inerten Gaspolster gebracht werden.
  • Schließlich zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als inertes Gas Stickstoff verwendet wird.
  • Von besonderem Vorteil ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Rohrwandsegmenten oder Rohrwandbereichen, deren Rohre aus einem der Stähle T22, T23 oder T24 (Bezeichnung gemäß ASTM 213 Standard) bestehen.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion bei Rohren errichteter und eingebauter Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente einer Dampferzeugerwand eines Dampferzeugers oder Dampfkessels eines mit kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerten Kraftwerks, wobei die Rohre der Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente aus einem der Stähle T22, T23 oder T24 bestehen und wobei in die Rohre der aus einem der Stähle T22, T23 oder T24 bestehenden Rohrwandbereiche oder Rohrwandsegmente, die im Kraftwerksbetrieb von Kesselwasser oder daraus gebildetem Dampf durchströmt werden, zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes in dem von den Rohren gebildeten Strömungsvolumen vor einem Befüllen oder Wiederbefüllen des Dampferzeugers oder Dampfkessels mit Kesselwasser oder Dampf in einer im jeweiligen Strömungsvolumen der Rohre in Form von Luftsauerstoff vorhandenen gasförmigen Sauerstoff verdrängenden Weise ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vor dem Befüllen oder Wiederbefüllen der Rohre mit Kesselwasser oder Dampf vorhandene freie Strömungsvolumen innerhalb der Rohre vollständig mit dem inerten Gas oder dem inerten Gasgemisch befüllt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Gas oder inerte Gasgemisch in Form eines, insbesondere einen erhöhten Gasdruck aufweisenden, Gaspolsters bereitgestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre in eine fluidleitende Strömungsverbindung mit dem inerten Gaspolster gebracht werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Öffnen von Entlüftungsventilen ein inertes Gas oder ein inertes Gasgemisch eingeleitet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre und/oder die Entlüftungsventile über angeschlossene Entlüftungsleitungen in fluidleitende Strömungsverbindung mit dem inerten Gaspolster gebracht werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als inertes Gas Stickstoff verwendet wird.
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