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EP 2 607 785 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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08.04.2020 Patentblatt 2020/15 |
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Anmeldetag: 27.09.2012 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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Verfahren zur Reduzierung des Sauerstoffgehaltes in Dampferzeugerwandrohren
Method for reducing oxygen levels in steam generation wall tubes
Procédé de réduction de la teneur en oxygène dans les parois tubulaires d'un générateur
de vapeur
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Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
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Benannte Erstreckungsstaaten: |
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BA |
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Priorität: |
19.12.2011 DE 102011056634
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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26.06.2013 Patentblatt 2013/26 |
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Patentinhaber: |
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- Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH
47059 Duisburg (DE)
- General Electric Technology GmbH
5400 Baden (CH)
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Erfinder: |
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- Müller, Jürgen
51429 Bensberg (DE)
- Trabhardt, Horst
13465 Berlin (DE)
- Leidich, Frank-Udo, Dr.
67550 Worms (DE)
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Vertreter: Viering, Jentschura & Partner mbB
Patent- und Rechtsanwälte |
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Kennedydamm 55 / Roßstrasse 40476 Düsseldorf 40476 Düsseldorf (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
GB-A- 731 137 US-A- 5 000 908 US-A- 5 701 829
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GB-A- 750 071 US-A- 5 396 865
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] Schließlich zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als inertes Gas Stickstoff
verwendet wird.
[0021] 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.
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.
1. Method for preventing stress cracking corrosion in tubes of erected and installed
tube wall regions or tube wall segments of a steam generator wall of a steam generator
or steam boiler of a power station fired with carbon-containing fuel, wherein the
tubes of the tube wall regions or tube wall segments are composed of one of the steels
T22, T23 or T24, and wherein an inert gas or an inert gas mixture is introduced into
the tubes of the tube wall regions or tube wall segments which are composed of one
of the steels T22, T23, T24, through which boiler water or steam formed therefrom
flows when the power station is in operation, for reducing the oxygen content in the
flow volume formed by the tubes before filling or refilling the steam generator or
steam boiler with boiler water or steam, in a way to displace gaseous oxygen present
in the respective flow volume of the tubes in the form of atmospheric oxygen.
2. Method according to claim 1, characterized in that the free flow volume within the tubes, which is present before the tubes are filled
or refilled with boiler water or steam, is filled completely with the inert gas or
the inert gas mixture.
3. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the inert gas or inert gas mixture is provided in the form of a gas cushion in particular
having an increased gas pressure.
4. Method according to claim 3, characterized in that the tubes are brought into fluid-conducting flow connection with the inert gas cushion.
5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that an inert gas or an inert gas mixture is introduced with opening venting valves.
6. Method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the tubes and/or the venting valves are brought into fluid-conducting flow connection
with the inert gas cushion via connected venting lines.
7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that nitrogen is used as the inert gas.
1. Procédé pour empêcher la corrosion sur fissure de tension dans des tubes de zones
de paroi tubulaire ou de segments de paroi tubulaire montés et installés d'une paroi
de générateur de vapeur d'un générateur de vapeur ou d'une chaudière à vapeur d'une
centrale électrique alimentée en combustible contenant du carbone, dans lequel les
tubes des zones de paroi tubulaire ou des segments de paroi tubulaire sont composés
de l'un des aciers T22, T23 ou T24, et dans lequel un gaz inerte ou un mélange de
gaz inerte est introduit dans les tubes des zones de paroi tubulaire ou des segments
de paroi tubulaire qui sont composés de l'un des aciers T22, T23, T24, dans lesquelles
circule l'eau de chaudière ou la vapeur formée à partir de celle-ci lorsque la centrale
électrique est en service, pour réduire la teneur en oxygène dans le volume d'écoulement
formé par les tubes avant de remplir ou de recharger le générateur de vapeur ou la
chaudière à vapeur avec de l'eau de chaudière ou de la vapeur, de manière à déplacer
l'oxygène gazeux présent dans le volume d'écoulement respectif des tubes sous forme
d'oxygène atmosphérique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume d'écoulement libre à l'intérieur des tubes, qui est présent avant le remplissage
ou le rechargement des tubes avec de l'eau de chaudière ou de la vapeur, est rempli
complètement avec le gaz inerte ou le mélange de gaz inerte.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz inerte ou le mélange de gaz inerte est fourni sous la forme d'un coussin de
gaz ayant en particulier une pression de gaz accrue.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tubes sont mis en liaison d'écoulement fluidique avec le coussin de gaz inerte.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un gaz inerte ou un mélange de gaz inerte est introduit avec l'ouverture de valves
d'échappement.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les tubes et/ou les valves d'échappement sont mises en liaison d'écoulement fluidique
avec le coussin de gaz inerte par des conduites d'échappement raccordées.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise de l'azote comme gaz inerte.
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