Dampfseitiges Oxidationsverhalten austenitischer Kesselrohre

G. Lüdenbach et al. Dampfseitiges Oxidationsverhalten austenitischer Kesselrohre
Nach 45.000 Betriebsstunden ereignete sich ein Rohrreißer in der martensitischen Berohrung,
wohingegen die austenitischen Rohre im Austrittsbereich nur aufgeweitet wurden. Der Schaden
konnte auf Verstopfungen im Bereich der Rohrbögen durch Magnetitpartikel zurückgeführt werden.
Die Magnetitpartikel wurden intensiv untersucht und es wurde festgestellt, dass es sich hierbei um
die dampfseitige (epitaktische) Teiloxidschicht der austenitischen Rohre handelt, bei denen diese
Schicht gänzlich fehlte. Offensichtlich sind die Schichten während des Betriebes abgeplatzt und
während der Revision mit Hilfe der durchgeführten Wasserdruckprüfung in den Eintrittsbereich
(Sammler und Rohre) geschwemmt worden. Beim Wiederanfahren der Anlage war die
Dampfströmung nicht in der Lage, die Partikel aus dem System auszutragen, so dass es
insbesondere in den Rohrbögen vor dem senkrechten Teil der Heizfläche zu einer Ansammlung
der Partikel und letztendlich zu den Verstopfungen kam.
Ein weiterer vergleichbarer Schaden ereignete sich auch im Block 3 der Skærbækværket,
ebenfalls im waggerechten Eintrittsbereich des Endüberhitzers. Hierbei handelte es sich auch um
den austenitischen 18%igen Chromstahl TP347, der in dem überkritischen gasgefeuerten 400 MW
Block (290 bar/580°C) zum Einsatz kam.
2.1.1 BoA I in Niederaußem
Im Jahre 2003 kam es ca. vier Wochen nach der Inbetriebnahme des 1.000 MW-Blockes in
Niederaußem zu einem ersten Rohrreißer im Endüberhitzer ÜH5 [10]. Der Schaden konnte auf
eine thermische Überhitzung als Folge einer mangelnden Durchströmung des Rohres
zurückgeführt werden. Die Ursache für die mangelnde Durchströmung war eine Verstopfung des
Rohres durch Magnetitpartikel, die von der Rohrinnenoberfläche der austenitischen
Heizflächenrohre abgeplatzt waren. In den Überhitzern ÜH2, ÜH4 und ÜH5 sowie in dem
Zwischenüberhitzer ZÜ3 ist der austenitische Chrom-Nickel-Stahl 1.4910 (X3CrNiMoN1713)
eingesetzt. Umfangreiche Untersuchungen mit Hilfe der Durchstrahlungsprüfung an Rohrbögen
konnten weitere Verstopfungen durch Magnetitschichtpartikel festgestellt werden (Bild 7). Im Laufe
der durchgeführten Schadensanalyse wurde festgestellt, dass auch in diesem Falle die
durchgeführte Wasserdruckprüfung dazu geführt hat, dass sich große Mengen der Magnetitpartikel
in den unteren Rohrbögen sammeln konnten. Dies erklärt jedoch nicht das plötzliche Auftreten
derart großer Mengen an Magnetit. Unterschiedliche Ursachen hierfür wurden diskutiert, wie z.B.
mechanisch induziertes Abplatzen durch Reinigung der Rohraußenoberfläche, die
Wasserdruckprüfung selbst, schnelle Temperaturwechsel oder eine Aufkonzentration der Partikel
vor der Umkehrung, wenn die Partikel nicht mit der Dampfströmung abtransportiert wurden. Gegen
letzteres spricht jedoch die Tatsache, dass auch bei Altanlagen Magnetit abplatzt, die problemlos
mit der Dampfströmung abtransportiert werden (sonst würden sie nicht die oben beschriebenen
Probleme in den nachgeschalteten Systemen verursachen).
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