Åtgärder mot Eldstadskorrosion

Transkript

1 Åtgärder mot Eldstadskorrosion Swerea Kimab - Vattenfall Jan Storesund, Göran Sund, Rachel Petterson Magnus Nordling, Jan Högberg 1

2 Nyttan av projektet Redogörelse för kunskapsläget beträffande skydd mot eldstadkorrosion i form av en litteraturstudie och en erfarenhetsinventering Provning av sex olika påsvetsmaterial i fem olika eldstäder Unikt med flera olika provmaterial i flera olika typer av pannor i en undersökning 2

3 Projektets delmoment Litteraturstudie Erfarenhetsinventering av, och skydd mot, eldstadskorrosion i svenska anläggningar Fältförsök med påsvetsning under en driftsäsong Metallografisk och kemisk analys av provmaterial från fältförsöken 3

4 Litteraturstudie Miljö i eldstaden Material Murning eldfasta material Påsvetsning av tuber Ni-bas legeringar Austenitiska stål Fe- Al och Fe-Al-Cr legeringar Korrosionsegenskaper Fältförsök Laboratorieförsök Korrosionsmekanismer Svetsbarhet Svetsmetoder 4

5 Litteraturstudie Termisk sprutning Flamsprutning Ljusbågssprutning Plasmasprutning High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) High Velocity Air Fuel (HVAF) Preparering av ytan Oxidbildning och porositet Praktiska erfarenheter av termisk sprutning i eldstäder Kompoundtuber Hybrid MD (1. fosfat, dikromat, Mg, Cr, Al-partiklar 2. dispersioner av Al och Si i kiselharts och lösn.medel) OFP och konditionsundersökning av eldstadsväggar 5

6 Erfarenheter av eldstadskorrosion Händelöverket P14 Högdalen P6 Tekniska Verken i Linköping Igelstaverket Västhamnsverkat - fastbränslepannan Uppsala KVV Renova Sysav Dåva kraftvärmeverk 6

7 Experimentell studie Försökspannor Västhamnsverket fastbränslepannan; träpulver 3 försökspaneler, frontvägg Uppsala KVV; träflis, torv, olja, kol 2 försökspaneler, bak- och hö sidovägg Händelö P14; industri- och hushållsavfall 1 försökspanel, frontvägg Högdalen P6; industriavfall, R, PTP påsvetsat Alloy 625 Igelsta; industriavfall - påsvetsat Alloy 625 och Sanicro 28 (kompound) 7

8 Försökspanel Provpanel a) ritning b) insvetsad i eldstad 8

9 Försöksmaterial A Alloy Cr 9Mo 4Nb B Alloy 625 mod 22Cr 9Mo 4W C Alloy 59 22Cr 16Mo D Alloy Cr 11Mo 3Nb 14Fe E Alloy 22 21Cr 13Mo 3Nb 3W 3Co F Cr 27Ni 9

10 Provning och provuttag Skikttjockleksmätning på tre ställen på varje tub i provpanelen, sammanlagt 24 mätställen, före och efter Information om pann- och driftdata, bränsle- och rågasanalys Rondelluttag från tuberna, avlagringsprov 10

11 Resultat Händelö 7727 h exponering Ni-baserna: gropfrätning upp till ca 1 mm djupa gropar 310: jämn avverkning ca 1,1 mm 11

12 SEM-undersökning av korrosionsangrepp Panna, Driftstid Provbeteckning Kommentarer Händelö P timmar A, B Avlagringsrester med Cl och S, även inslag av K, Na, Pb, Cu, Zn, Hg och Fe. Begynnande korrosionsgropar (~0.1 mm) på prov B Händelö P timmar A, B, C, D, E, F Korrosionsgropar ~1mm på samtliga Ni-bas legeringar, ~1mm jämn avverkning på 310. Fler smågropar på A och E, få stora på B och C. Många stora gropar på D. Ingen tydlig effekt av Mo, W, Nb Stor variation i fördelning av ämnen i avlagringar mellan olika prover. Lokalt mycket höga halter Cu, Cl, S, Pb, K, Na. Vissa inslag av Hg, Zn, Mo 12

13 SEM-undersökning av korrosionsangrepp Panna, Uttagsdatum Driftstid Igelstav. P prov Provbeteckning H625, F625 V625 Kommentarer Prover renblästrade från tidigare metallsprutat skikt. Vissa avlagringsrester (Pb, Hg, K, Ca, Cu, Zn, P, och S) tyder på att skiktet inte varit fullständigt skyddande. Igelstav. P timmar V625 Inbäddade sandpartiklar från blästring Endast mycket begränsade korrosionsangrepp Låga nivåer Cl, S, K, Ca, 13

14 SEM-undersökning av korrosionsangrepp Panna, Uttagsdatum Driftstid Provbeteckning Kommentarer Högdalen, 2006 ~7000 timmar ~ timmar H05 V04 Små avlagringrester med spår av Pb, K, Ca, Cu, Zn, Cl och S samt inbäddat blästersand Oxider av Mo och W ibland i reaktionsfronten Västhamnsv timmar A, F Proverna metallsprutade med Cr-Ni Högre P halter än andra pannor, även inslag av Cl, Na och K, dock inte tungmetaller Korrosionshastighet svårt att avgöra pga metallsprutat skikt. 14

15 Oxider med höga halter Mo och/eller W i reaktionsfronten Händelö Prov C: f3-f8 ~15O 20Cr 25Ni 30Mo med spår av Cl, K, Cu, Pb och S Högdalen Prov V04 d1-d5 ~30O 15Cr 10Ni 20Mo 10W med spår av K, P och Cl 15

16 Slutsatser Litteraturstudie: Utveckling av nya korrosionsbeständiga austenitiska stål och Ni-baser. Flera alternativ till Alloy 625 föreslås. Även termisk sprutning och murning för skydd mot eldstadskorrosion har utvecklats och förbättrats. Utvecklingen är en följd av ökande korrosionsproblem pga. ökad avfalls- och bioförbränning, ökad risk för reducerande miljö pga. krav på minskad NO x samt strävan efter höjda ångdata. 16

17 Litteraturstudie Flera grundläggande studier av korrosionsmekanismerna vid eldstadkorrosion av ursprungliga svarta panntubmaterial finns. Studier av påsvetsade tuber, termiskt sprutade tuber eller kompoundtuber är färre. Bland korrosionsmekanismerna vid avfallsförbränning nämns bland annat gropfrätning av Ni-baser, interdendritisk korrosion av påsvetsgods samt de kraftiga effekter som reducerande miljö och saltsmältor ger. 17

18 Erfarenhetsinventering Många svenska anläggning har fått erfara eldstadskorrosion och de flesta av dem under senare tid. I flera anläggningar har man ännu inte kommit till rätta med problemen på ett tillfredställande sätt. Erfarenheten av påsvetsade eldstadspaneler är ännu liten i Sverige. 18

19 Fältförsök och experimentella studier I en av försökspannorna korroderade samtliga studerade påsvetsmaterial påtagligt. Pannan eldades med industrioch hushållsavfall. Korrosionen var i form av gropfrätning hos Ni-baserna och allmänkorrosion hos det rostfria stålet. Effekten av olika legeringsstrategier i form av tillsatser av Nb, W eller förhöjd Mo-halt hos Ni-baslegeringarna kunde inte särskiljas. Alloy 650 (14% Fe = billigare) hade dock fler och större frätgropar än övriga Ni-baslegeringar. 19

20 Fältförsök och experimentella studier, forts. I fält mättes avverkningen till 1,1 mm hos 310 på den korroderande försökspanelen. Tjocklek [mm] 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 F1-1 F1-2 F1-3 F2-1 F2-2 F2-3 apr-06 jun-06 aug-06 okt-06 dec-06 feb-07 apr-07 20

21 Fältförsök och experimentella studier, forts. Upp till 0,3-0,7 mm uppmättes oförstörande på Ni-baserna. Gropfrätor på rondellproverna var djupare än vad som mättes med skikttjockleksmätare. Liten korrosion och inga tydliga förändringar i skikttjocklek av provmaterialen i de övriga försökspannorna. Kemiska analyser av korrosionsprodukter och avlagringar visade lokalt stora variationer. 21

22 Fältförsök och experimentella studier, forts. En omfattande provtagning kan krävas för att kartlägga korrosionen i sin helhet. Uttag av tubprover kan vara ett bättre alternativ än rondellutag. Resultat från den mest korrosiva pannan pekar på att austenitiska stål av typ 310 eller Sanicro 28 kan vara konkurrenskraftiga alternativ till de dyrare Ni-baserna. Försök i ytterligare en eller ett par driftsäsonger behövs för att rangordna försöksmaterialen i de olika försökspannorna och därifrån dra mer generella slutsatser. 22

23 Rekommendationer Skikttjockleksmätning för kontroll av kompoundtuber eller påsvetsade paneler. Påsvetsade paneler kräver stort antal mätpunkter, nollmätning och stor noggrannhet av positioneringen. Mätnål behövs för att mäta gropfrätning. Uttag av rondeller eller tubprov för att analys av korrosionsangrepp och korrosionsprodukter samt att karaktärisera eventuell gropfrätning. Avlagringsprov värdefull information om förekomst av korrosiva ämnen och värdefullt komplement till provuttag. Bränsle- och rågasanalyser. Ger uppfattning om, och vilken korrosion som kan förväntas. Utgör viktiga pusselbitar till de slutsatser som kan erhållas vid provuttag. 23

24 Rekommendationer Vid påsvetsning görs först ett svetsprov som undersöks metallografiskt för kontroll av svetsdefekter och uppblandning. För pannor med måttlig korrosion kan termisk sprutning ge tillräckligt skydd. Man får dock räkna med årligt underhåll. För pannor med stora korrosionsproblem kan åtgärder mot reducerande förbränning och begränsning av metalltemperaturen vara nödvändiga. Om valet står mellan material som korroderar med liknande korrosionshastigheter genom gropfrätning eller allmänkorrosion är det senare bättre. Då kan graden av korrosion kan kontrolleras lättare och mer tillförlitligt. 24

25 Fortsatta insatser Fortsatt uppföljning av försökspannorna med skikttjockleksmätning och provuttag Utvärdering av skikttjockleksmätares möjligheter och begränsningar vid mätning av påsvetsgods i eldstäder 25