Beispielen von in saurem Kesselwasser in einem Verdampferrohr gebildete Korrosionskrusten.

Bestimmung der Korrosionsanfälligkeit von Verdampferrohren

VGB Kraftwerkstechnik 1981 (9) pg 773-782. (paper 20)

W.M.M. Huijbregts

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Einführung

Mit Hinsicht auf Korrosion in konventionellen Kesselanlagen wurde dem Einfluss der chemischen Zusammensetzung der Verdampferrohre bis heute nur geringe Aufmerksamkeit gewidmet. Ein Nachteil von Rohren aus unlegierten Kohlenstoffstählen besteht darin, dass im Falle einer sauren Hochtemperaturkorrosion leicht Wasserstoffsprödigkeit auftritt. Die Folge ist dann, dass grosse Teile des Verdampfers ausgewechselt werden müssen. Für Verdampfer empfiehlt es sich deswegen, einen billigeren Stahl mit hohem Widerstand gegen Hochtemperaturkorrosion zu wählen, um die Gefahr der Wasserstoffsprödigkeit auszuschliessen.

Korrosionskrusten, die sich in saurem Hochtemperaturwasser gebildet haben, sind meistens stark laminiert. Dies wurde festgestellt anhand von ausführlichen Untersuchungen an korrodierten Rohren von Verdampfern, an Rohren, die in der KEMA-Versuchskesselanlage eingesetzt waren und an Stahlproben, die in Autoklaven in sauren Eisen-(II)chlorid-lösungen geprüft worden waren. Um den Widerstand gegen saure Hochtemperaturkorrosion von Kohlenstoffstahlen festzustellen, wurden viele Stahlproben in Autoklaven untersucht. Dafür wurde ein besonderes Prüfverfahren entwickelt, das bereits in fruheren Berichten beschrieben wurde [2, 3]. Um, das Prinzip dieses Prufverfahrens besser verstehen zu konnen, wird zuerst das Wachsen von Magnetitschichten in sauren Chloridlosungen erörtert.

Gewichtsverluste in Abhängigkeit von der Konzentration nach Dauerprüfung bei 310 °C während 4 Tagen in Stickstoffgesättigten Eisenchlorid und Salzsaure Lösungen.

Schlussfolgerungen

•  Es hat sich herausgestellt, dass der Korrosionswiderstand von Verdampferrohren in Autoklav-Versuchen in Eisen-chlorid- und HCI-Lösungen verschiedene Konzentrationen geprüft werden kann. Jeder Stahl hat seine eigene, von der chemischen Zusammensetzung bestimmte kritische FeCI 2 - oder HCI -Konzentration, wo verstarkte Korrosion ausgelöst wird. Dabei wird durch Druckspannungen beim Wachsen des Magnetits laminiertes Oxid gebildet.

•  Die Grenzwerte können in HCI oder Eisenchlorid bestirnmt werden. Das Verfahren mit HCI ist zwar einfacher, jedoch ist der Grenzwert weniger genau als mit Eisenchlorid.

•  Bei Prüfung in HCI entsteht eineTopschicht, unter der die Laminierung anfangt. Die Topschicht, besteht aus aneinandergewachsenen, grobkornigen Magnetitoktaedern und bildet eine mehr oder weniger geschlossene Schicht.

•  Starker oxidierende Chloridlosungen, z.B. bei erhöhtem Sauerstoffgehalt, und Anwesenheit von Kupfer oder Hämatit, fordern die Laminierung, da bei hoheren Korrosionspotentialen das epitaktische Kristallwachstum vorherrscht.

•  Weil in der Praxis die korrodierten Rohre mit Hämatit und/oder manchmal auch mit Kupfer belegt sind, ist es nicht notwendig, die Grenzwerte in sauerstofffreien Chloridlosungen zu bestimmen. Es ist jedoch immer das gleiche Verfahren anzuwenden, damit reproduzierbare Grenzwerte ermittelt werden.

•  Es besteht eine grosse Temperaturabhängigkeit der in Autoklav-Versuchen bestimmten Grenzwerte. Ausserdem können in der Praxis die Chloridanreicherungen in hochwarmebelasteten Verdampferteilen sehr stark sein.

•  Bei langeren Versuchszeiten tritt in Lösungen unterdem Grenzwert keine Laminierung auf.

•  Die Variation hinsichtlich des Korrosionswiderstandes von Kohlenstoffstählen ist sehr gross, womit die Notwendigkeit der Grenzwertbestimmung in Autoklaven angedeutet ist.

•  Der Korrosionswiderstand des Stahls 14Mn4 übersteigt den Widerstand der Stahle 15Mo3 und Kohlenstoffstahl erheblich.

•  Werden Stähle mit hoheren Grenzwerten gewählt, nimmt das Risiko der sauren Verdampferkorrosion ab. Proben aus stark korrodierten Verdampferteilen wiesen alle Grenzwerte unter 0,1 mol Chlorid auf.