Längere Standzeit durch dichte Schichten

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In typischen MVAs ist Korrosion ein alltägliches Problem. Besonders hohe Materialverluste, von wenigen Zehntel Millimetern bis einigen Millimetern pro Jahr, treten an den Rohren im Feuerraum und in den nachfolgenden beiden Zügen auf (Bild 1). Die Dampftemperaturen im Feuerraum und im ersten Zug betragen 240–370 °C, in neuen Konstruktionen, vor allem im Bereich der Kesseldecke, auch bis 450 °C. Geschützt werden heute vor allem die Feuerraumrohre, die Flossenrohrwände im Feuerraum über dem Rost sowie die Kesseldecke. Übliche Methoden zum Korrosionsschutz sind das Ausmauern, das Auftragsschweißen (Cladding) und die Beschichtung im HVOF-Verfahren. Vor allem Letzteres führt zu langen Standzeiten bei guter Wirtschaftlichkeit. Dieses Verfahren hat sich auch zum Schutz der Rohre von Überhitzern bewährt. Schutz durch Beschichtung Sulzer Metco bietet heute viele thermisch gespritzte Beschichtungen für die Anwendung in Kraftwerken an. So werden zahlreiche Maschinenkomponenten, Turbinen und Kessel beschichtet. In Gas- und Dampfturbinen gibt es nahezu keinen Bereich, der ohne thermische Beschichtung auskommt. Seit fast 20 Jahren beschichtet die Firma Kessel vor Ort im Kraftwerk sowie Rohre und Flossenrohrwände im eigenen Werk. Ihr Kompetenzzentrum für die Beschichtungen in Kesseln von Kraftwerken und MVAs ist der Standort Weißenborn/Sachsen (DE). Grundsätzlich kann durch thermisches Spritzen jedes Grund- material (Substrat) mit einer sehr breiten Auswahl verschiedener Werkstoffe beschichtet werden. Eingesetzt werden heute Metalle und ihre Legierungen, Keramiken, Hartmetalle, Kunststoffe und Glas. Allen Verfahren des thermischen Spritzens ist gemeinsam, dass Material, das als Pulver oder Draht vorliegt, an- oder aufgeschmolzen wird und als Partikel mit Größen zwischen 10 und 60 µm auf die zu beschichtende Oberfläche auftrifft. Die Verfahren unterscheiden sich durch die Temperatur und die Geschwindigkeit der Partikel (Bild 2). Die Partikel legen sich als fest anhaftende Schicht übereinander und bilden bei mehreren Übergängen eine Schicht von 0,1 bis etwa 1 mm Dicke. Dabei bleibt die Erwärmung des Substrates gering. Hohe Schichtdichte Beim HVOF-Verfahren wird Gas – Propan, Kerosin oder Wasserstoff – mit Sauerstoff verbrannt und der entstehende heiße Gasstrahl über eine Düse beschleunigt. In die Düse wird Pulver eingeblasen, dort beschleunigt und angeschmolzen. Die hohe kinetische Energie der Partikel beim HVOF- Spritzen führt zu einer verfahrens- 1 2 3 3 2 5 4 5 4 2 6 1 Das Gemisch der Brennstoffe in einer MVA greift vor allem die Materialien im Feuerraum an. Beschichtungen von Sulzer Metco schützen den Kessel und die Rohre vor Korrosion und erhöhen deren Lebensdauer. typischen geschlossenen und hoch belastbaren Schutzschicht. Das ebenfalls gelegentlich in MVAs eingesetzte Plasmaverfahren erzeugt Schichten mit geringerer Dichte und damit niedrigerem Korrosionsschutz bei insgesamt den höchsten Schichtkosten. Der volumenbezogene Porengehalt von HVOF-Schichten ist etwa 0,5 bis 1,5 %, während er für Plasmaschichten über 4 % und für Lichtbogenschichten über 5 % beträgt. Sulzer Metco setzt für Beschichtungen in MVAs ausschließlich das HVOF-Verfahren ein (Bild 3). 2 Das Prinzip des thermischen Spritzens. Die Partikelgeschwindigkeiten liegen zwischen 100 und etwa 800 m/s. 6 7 1 8 9 SULZER TECHNICAL REVIEW 3/2006 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 Überhitzerrohre Flossenrohrwände Müllaufgabe Verbrennungsrost Feuerraum Schlackeaustritt Verdampfer Überhitzer Zur Abgasreinigung Pulverinjektor Siphonblock Luftklappenkörper Expansionsdüse Wasserkühlung Verschlussmutter
3 Schliffbilder einer Lichtbogenspritzschicht und einer HVOF-Schicht (rechts). Bei der Lichtbogenspritzschicht sind die Partikelgrenzen erkennbar, die HVOF- Partikel, hier SUME ® Boil 70C, sind kaum zu sehen. 6 SULZER TECHNICAL REVIEW 3/2006 150 µm 150 µm Zertifikat sichert Qualität In MVAs werden große und nicht transportable Teile wie der Kessel vor Ort beschichtet, während Neuteile, wie Überhitzerrohre, ausgebaut im Werk korrosionsgeschützt werden. Neben den Spritzparametern, die an der HVOF-Anlage eingestellt werden, beeinflussen vorwiegend Bewegungsparameter, wie Verfahrgeschwindigkeit,Spritzabstand und Spritzwinkel zur Substratoberfläche, die Qualität der Spritzschicht. 4 Bei fast allen Vor-Ort-Beschichtungen im Kessel wird von Hand gespritzt. Umfangreiches Training sichert eine gleichmäßige Qualität der Beschichtung. Beschichtet wird vor Ort von Hand durch geprüfte und erfahrene Spritzer, die das Zertifikat ETS (Europäischer Thermischer Spritzer) besitzen (Bild 4). Bei Beschichtungen im Sulzer-Werk hingegen führen Roboter die Spritzpistole. Die automatische Beschichtung durch den Einsatz von Robotern sichert gleich bleibende Bewegung, Geschwindigkeit und Spritzabstand und ermöglicht so hohe Qualität. Die Qualitätssicherung der Vor- Ort-Beschichtung jedoch ist eine deutlich größere Herausforderung, da es schwieriger ist, alle Einflussparameter zu überwachen. Während der Beschichtung misst der Spritzer laufend das Schichtwachstum mit auf den Prozess kalibrierten Geräten. Die verwendeten Strahl- und Spritzwerkstoffe unterliegen einem Qualitätssystem, und deren Zusammensetzung ist durch Zertifikate abgesichert. Pulver von Sulzer Metco Beim HVOF-Verfahren werden Pulverpartikel gespritzt, die nur in den Randzonen angeschmolzen werden. Die Homogenität der Zusammensetzung der Partikel und die Kristallstruktur der Legierung bleiben dabei nahezu unverändert und sind wesentlich für die Schichteigenschaften. Die Auswahl und Qualifikation des Pulvers und des Herstellers, die Lieferung zertifizierten Pulvers mit anschließender Eingangskontrolle und Freispritzen sichern einwandfreies Spritzmaterial. Das Pulver wird erst für die Fertigung freigegeben, wenn die Spritzproben, die während des Freispritzens gefertigt wurden, im Schliff untersucht und bewertet sind. Seit 5 Jahren wird die Nickel- Basis-Legierung Sume Boil 70C verwendet. Das Schichtsystem wird im HVOF-Verfahren aufgetragen und anschließend passiviert. Die Passivierung verhindert, dass sich Beläge auf den Rohren oder Paneelen bilden. Hierbei handelt es sich um Keramik aus Nanoschlamm, die tief in die offene, spritzraue Oberfläche eindringt. Die Passivierung wird bei Raumtemperatur aufgebracht und durch das Rauchgas eingebrannt. So wird sie beständig bis 1300 °C. Das Zusammenwirken aller Teilprozesse von der Herstellung des Pulvers über die Vorbereitung und Wartung der Anlagen, die Einstellung der Spritzparameter bis zum laufenden Training der Spritzer ergibt eine hochwertige, leistungsfähige Korrosionsschutzschicht, deren abgesicherte Standzeit deutlich mehr als 4 Jahre betragen kann. Standzeiten verlängert Im Boiler einer Anlage zur Verbrennung von gemischtem Stadtund Gewerbemüll beispielsweise sind thermische Spritzbeschichtungen im Feuerraum direkt über der Ausmauerung bis zur Kesseldecke erfolgreich im Einsatz. In dieser Anlage sind inzwischen
Seite 1: 4 RÜDIGER SCHÜLEIN FRIEDRICH EITE

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