Ursachen von Erosionskorrosion in Verdampfersystemen von Naturumlauf-Dampferzeugern

Über die Ursachen und Zusammenhänge von Erosionskorrosion in wässriger Lösung sind
u. a. experimentelle Untersuchungen durch SIEMENS durchgeführt worden [10].

Wie dem Abbildung 3-1 zu entnehmen ist, hat ein ausreichend hoher Schutz-pH-Wert einen signifikanten Einfluss auf den Materialabtrag.

Abbildung 3-1             Einfluss des pH-Wertes auf den Materialabtrag durch Erosionskorrosion

in Wasserströmungen [nach 10]

Bei „reiner“ ATV-Fahrweise mit NH₃ lassen sich bei höheren Kesseldrücken und Wärmestromdichten die erforderlichen pH-Werte nicht einstellen.

Deshalb sollte z. B. eine kombinierte Feststoffalkalisierung, z. B. wie unter Kap. 2.5 beschrieben, d. h. NaOH/Na₃PO₄ überlagert mit NH₃ und N₂H₄ zugrunde gelegt werden.

Der Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit ist in Abbildung 3-2 und der Formfaktoren, z. B. von Rohrbögen ist in Abbildung 3-3 dargestellt.

Diese experimentell gewonnenen Erkenntnisse wurden im großtechnischen Maßstab an realistischen Anlagen bestätigt und so die Richtigkeit der Erkenntnisse unterstreicht.

Abbildung 3-2             Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit auf den Materialabtrag durch Erosionskorrosion in Wasserströmungen [nach 10]

Abbildung 3-3             Einfluss der Geometrie auf den Materialabtrag durch Erosionskorrosion in Wasserströmungen [nach 10]

Unter Beachtung dieser experimentell gewonnenen Erkenntnisse und einer entsprechenden Auslegung der Parameter ist eine positive Beeinflussung  des Materialabtrages durch Erosionskorrosion gegeben. 

In der Abbildung 3-4 ist ersichtlich, dass stark exponierte Bauteile wie z. B. Bögen, Krümmer, T-Stücke, etc. aus Gründen des Erosionsschutzes in höher legiertem Material, als aus Sicht der Warmfestigkeit erforderlich, ausgeführt  werden sollten.

Positiv für die Lebensdauer und damit für eine höhere Verfügbarkeit wirkt sich beispielsweise für hoch belastete Bauteile der Wechsel vom Werkstoff St 35.8 auf die Materialgüte 13CrMo44, o. ä. aus.

Abbildung 3-4             Einfluss des Chrom- und Molybdän auf den Materialabtrag durch Erosionskorrosion in Wasserströmungen [nach 10]

Die Auswirkung des Kesseldrucks und damit der Siedewassertemperatur ist in Abbildung 3-5 dargestellt. Der Zenit und damit der Punkt mit dem maximalen Materialabtrag liegt gemäß dieser Bedingungen bei 150°C.

Der linke Grenzkurvenbereich gilt vorrangig für Niederdruck - und Mitteldruck-Vorwärmer, welche auf Grund unzureichender Magnetit-Schutzschicht z. T. unter erheblichem Materialabtrag leiden.

Bei höheren Kesseldrücken und Temperaturen, die dem rechten Grenzkurvenbereich entsprechen, setzt gemäß der Schikorr-Reaktion eine zunehmend stabile Ausbildung der Schutzschicht auf Magnetit-Basis ein, die dem Materialabtrag durch Erosionskorrosion entgegen wirkt. Auf der Rohrwand bildet sich eine Schutzschicht aus Magnetit, welche dicht und fest haftend ist, ohne nennenswerte Unregelmäßigkeiten und Risse zu zeigen.

            3 Fe(OH)₂  à Fe₃O₄ + 2 H₂O + H₂              Schikorr-Reaktion

Abbildung 3-5 Einfluss der Temperatur auf den Materialabtrag durch Erosionskorrosion in Wasserströmungen [nach 10]