Was sind die Vorteile der Verwendung von Legierungen auf Nickelbasis-für Kesselüberhitzerrohre in Wärmekraftwerken?
1.1 Hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen
Hohe Kriech- und Bruchfestigkeit: Legierungen auf Nickel--Basis (z. B. Inconel 625, Hastelloy Ihre Zeitstandlebensdauer bei 650 Grad und 100 MPa kann 10.000 Stunden überschreiten, was drei- bis fünfmal länger ist als die von hitzebeständigen martensitischen Stählen. Dies verhindert ein vorzeitiges Platzen des Rohrs, das durch Kriechverformung unter langfristiger Hochtemperaturbeanspruchung verursacht wird.
Gute thermische Ermüdungsbeständigkeit: Beim An- und Abschalten von Wärmekraftwerken werden Überhitzerrohre zyklisch erhitzt und abgekühlt, was zu thermischer Ermüdung führt. Der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient und die hohe Wärmeleitfähigkeit von Legierungen auf Nickelbasis reduzieren die Ansammlung thermischer Spannungen und verbessern so die Beständigkeit gegen thermische Ermüdungsrisse erheblich.
1.2 Überlegene Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit
Beständigkeit gegen Oxidation bei hohen-Temperaturen: Legierungen auf Nickel--Basis bilden bei hohen Temperaturen einen dichten, haftenden Cr₂O₃-Schutzfilm auf der Oberfläche, der das Eindringen von Sauerstoff und korrosiven Medien wirksam blockiert. Selbst bei 700 Grad beträgt die Oxidationsrate weniger als 0,01 mm/Jahr und ist damit weitaus niedriger als bei herkömmlichen hitzebeständigen Stählen.
Beständigkeit gegen Korrosion durch Rauchgas und Asche: Rauchgas in Wärmekraftwerken enthält SO₂, HCl und Alkalimetallsalze (z. B. Na₂SO₄, K₂SO₄). Diese Substanzen reagieren mit der Rohroberfläche und bilden Eutektika mit niedrigem -Schmelzpunkt-, was zu Hochtemperaturkorrosion und Aschekorrosion führt. Legierungen auf Nickel--Basis mit hohem Mo- und W-Gehalt können der Erosion dieser korrosiven Medien widerstehen und verhindern Lochfraß und Ausdünnung der Rohrwand.
1.3 Starke strukturelle Stabilität
Legierungen auf Nickelbasis behalten im Betriebstemperaturbereich von Überhitzern eine stabile kubisch-flächenzentrierte (FCC) Kristallstruktur bei, ohne spröde Phasenumwandlungen (z. B. martensitische Umwandlung) zu durchlaufen, die bei einigen hitzebeständigen Stählen auftreten. Dies gewährleistet gleichbleibende mechanische Eigenschaften im Langzeitbetrieb.
Spurenelemente wie Ti und Nb in der Legierung bilden stabile Karbide, die die Korngrenzen fixieren und eine Kornvergröberung bei hohen Temperaturen verhindern, was die strukturelle Stabilität der Rohre weiter erhöht.
1.4 Längere Lebensdauer und reduzierte Wartungskosten
Die Lebensdauer von Überhitzerrohren aus einer Nickelbasislegierung kann 20–30 Jahre betragen, was doppelt so lang ist wie die von herkömmlichen hitzebeständigen Stahlrohren (10–15 Jahre). Dies reduziert die Häufigkeit des Röhrenwechsels und die Ausfallzeiten des Geräts.
Die hervorragende Korrosionsbeständigkeit minimiert das Risiko einer Rohrwandverdünnung und von Leckagen, senkt die Wartungskosten des Kesselsystems und verbessert die Betriebszuverlässigkeit von Wärmekraftwerken.
2. Welche Nickel-basierten Legierungen eignen sich für Hoch-Temperatur- und Hoch-Druckrohre in der petrochemischen Industrie?
2.1 Inconel 625 – Ideal für allgemeine korrosive Bedingungen bei hohen-Temperaturen und hohem-Druck
Schlüsselkomposition: Ni-Cr-Mo-Nb-Legierung mit 21 % Cr, 9 % Mo und 3,6 % Nb.
Kernvorteile: Kombiniert hervorragende Festlösungsverfestigungswirkung und Korrosionsbeständigkeit. Es verfügt über eine hohe Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion (SCC) in chloridhaltigen Medien. Das Nb-Element bildet stabile Karbide und verbessert so die Hochtemperaturfestigkeit und Strukturstabilität. Es kann bei Temperaturen bis zu 980 Grad stabil betrieben werden und eignet sich für Hochdruckrohre in Rauchgasentschwefelungssystemen (REA) und Hydrocracking-Anlagen.
Typische Anwendungen: Auslassrohre für petrochemische Hydrocrackreaktoren, Reformerofenrohre und Hochtemperatur-Dampfleitungen.
2.2 Hastelloy X – bevorzugt für oxidierende Umgebungen mit extrem hohen Temperaturen
Schlüsselkomposition: Ni-Cr-Co-Mo-Legierung mit 22 % Cr, 9 % Mo und 18 % Co.
Kernvorteile: Hervorragende Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und thermische Ermüdungsbeständigkeit. Es kann in oxidierenden Rauchgasumgebungen bei 1000 Grad gute mechanische Eigenschaften beibehalten und verfügt über eine ausgezeichnete Schweißbarkeit. Der hohe Co-Gehalt verbessert die Kriechfestigkeit der Legierung bei extremen Temperaturen und macht sie für Rohre in Hochtemperatur-Wärmeöfen und Spaltöfen geeignet.
Typische Anwendungen: Strahlrohre für Ethylen-Spaltöfen, Hochtemperatur-Rauchgasleitungen in petrochemischen Anlagen.
2.3 Hastelloy C276 – Optimal für korrosive Umgebungen mit hohen-Temperaturen und hohem-Druck
Schlüsselkomposition: Ni-Cr-Mo-W-Legierung mit 15,5 % Cr, 16 % Mo und 4 % W.
Kernvorteile: Bekannt als „universelle korrosionsbeständige Legierung“ weist sie eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber reduzierenden und oxidierenden Mischsäuren sowie Chloridionenkorrosion auf. Es widersteht der Korrosion von Schwefelwasserstoff, Schwefelsäure und organischen Säuren in Umgebungen mit hohen-Temperaturen und hohem-Druck. Es eignet sich für Rohre in Prozessen mit starker Korrosion und hohem Druck, wie z. B. Schwefelrückgewinnungsanlagen und Sauergasbehandlungssystemen.
Typische Anwendungen: Petrochemische Gastransportleitungen, Rohre von Schwefelsäure-Alkylierungsanlagen.
2.4 Inconel 718 – Geeignet für Umgebungen mit hohen-Temperaturen und hohem-Druck, die eine hohe Festigkeit erfordern
Schlüsselkomposition: Ni-Cr-Fe-Nb-Legierung mit 19 % Cr, 5 % Nb und 3 % Mo.
Kernvorteile: Aufgrund der Phasenausscheidungsverfestigung verfügt es über eine extrem hohe Zugfestigkeit (über 1300 MPa) und Streckgrenze bei mittleren Temperaturen (400–650 Grad). Es verfügt außerdem über eine gute Korrosionsbeständigkeit und eignet sich daher für Hochtemperatur- und Hochdruckrohre, die großen mechanischen Belastungen standhalten müssen. Beständig gegen Spannungsrisskorrosion und Kriechverformung.
Typische Anwendungen: Hoch-Druck-Injektionsrohre in petrochemischen Bohrlochkopfgeräten, Hoch-Temperatur- und Hoch-Druck-Pipelines in Offshore-Ölplattformen.
