Table Of ContentDampfkesselschaden
ihre Ursachen, Verhutung und Nutzung fur
die Weiterentwicklung
Ein Lehrbuch fur die Dampfkessel-Industrie
und den Dampfkessel-Betrieb
von
Dr.-lng. Ernst Pfleiderer
Mit 244 Textabbildungen
Berlin
Verlag von Julius Springer
1934
Aile Rechte, insbesondere das der Dbersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
ISBN-I3 978-3-642-90242-0 e-ISBN-I3 978-3-642-92099-8
DOl 10.1007/978-3-642-92099-8
Copyright 1934 by Julius Springer in Berlin.
Vorwort.
In den Jahren nach dem Krieg hat gerade auf dem Gebiet des
Dampfkesselwesens die Technik sprunghafte Fortschritte gemacht. GroBe
Kesselleistungen werden auf kleinsten Raumen untergebracht. Die
spezifischen Anstrengungen der Heizflache sind entsprechend schnell
gewachsen, kurze Anheizzeit und hohe Elastizitat hinsichtlich der
Erzeugung werden gefordert, was durch die Einfiihrung der Staub
feuerung und des Unterwindrostes in weitem AusmaB befriedigt werden
kann. Gleichzeitig ist der angewandte Kesseldruck dauernd im Steigen.
Hochstdruckkessel von iiber 100 atti sind bereits in groBerer Zahl vor
handen. Dberhitzertemperaturen von 4500 C sind keine Ungewohnlich
keit mehr, und Temperaturen von 5000 C und mehr werden betrieblich
schon angewandt. Der EinfluB des Speisewassers gewinnt im Kessel
betrieb eine immer starkere Bedeutung. Hochwertige, legierte Stahle
muBten eingefiihrt werden, urn dem Bediirfnis der Technik des Dampf
kesselbaues zu gentigen.
Es kann daher nicht wundernehmen, daB mit diesem V orwarts
stiirmen der Technik neue Erfahrungen gesammelt werden muBten und
daB auch Fehler unterliefen, die der Eigenart des Kesselbetriebes ent
sprechend meist erst nach langerer Betriebszeit zu sichtbaren Schaden
fiihrten.
Ais bekanntester Schaden sei das Phanomen der Nietlochrisse
angefiihrt, das die Fachleute der ganzen Welt vor eine schwierige Auf
gabe stellte. Es ist das Verdienst von Herrn Dr.-Ing. h. c. Guilleaume,
in voller Erkenntnis der Schwierigkeit und Bedeutung dieses Problems
die Vereinigung der GroBkesselbesitzer gegriindet zu haben. Diese Ver
einigung hat unter der langjahrigen und tatkriiftigen Fiihrung ihres
Griinders durch die Erforschung von Kesselschaden und durch ihre
damit verbundene vielseitige Forschertatigkeit die gedeihliche Entwick
lung des Dampfkesselwesens in Deutschland maBgeblich beeinfluBt.
Dber Kesselschaden finden sich in der Literatur sehr zahlreiche
Angaben; diese sind jedoch tiber eine groBe Anzahl von Zeitschriften
zerstreut, und es diirfte einem Bediirfnis entsprechen, sie systematisch
zu sichten und zu bearbeiten. Auch muB es als ein gewisser Mangel
empfunden werden, daB die veroffentlichten Schadensfalle vielfach etwas
zu sehr unter dem Gesichtspunkt des Materials behandelt wurden. Es
zeigt sich aber, daB gerade das Material nur zu einem kleineren Teil
an den in Frage stehenden Kesselschaden beteiligt war. Meist wirken
IV Vorwort.
eine Reihe von Ursachen zusammen, wobei konstruktive, herstellungs
technische und betriebliche Fehler zahlenmiWig die groBere Rolle spielen.
Es ist nun in dem vorliegenden Buch der Versuch gemacht, die
Kesselschaden systematisch aufzuteilen nach Ursachen, die je durch
Material, Konstruktion, Herstellung und Betrieb bedingt sind. Da die
groBere Zahl aller Kesselschaden unter der Einwirkung von mehreren
Ursachen gleichzeitig zustande kommt, so war es das Bestreben des
Verfassers, in einzelnen Fallen die Hauptursache herauszuschalen und
typische Beispiele aus der Praxis hierfiir zu bringen. Hat ein bestimmter
Schaden mehrere Ursachen, so wird er z. B. unsachgemaBer Konstruktion
zugeordnet, wenn es sich zeigt, daB nach Behebung des konstruktiven
Mangels der Schaden nicht eingetreten ware, wobei dahingestellt bleiben
muB, inwieweit die ubrigen Ursachen zur Beschleunigung des Eintritts
des Schadensfalles mit beigetragen haben.
Bei dem groBen Umfang dieses Gebietes ist es natfulich nicht moglich,
dasselbe hier erschopfend zu behandeln. Jedoch durften dem Konstruk
teur sowohl, als auch dem BetriebsfUhrer und Uberwachungsbeauftragten
wertvolle Fingerzeige zur Verhutung von Kesselschaden gegeben sein.
Ludwigshafen a. Rh., im August 1934.
E. Pfleiderer.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
I. Einleitung (Zusammenarbeit von Materialhersteller, Kesselhersteller und
Kesselbetreiber zur Erforschung und nutzbringenden Auswertung von
Kesselschaden) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1
II. Die im Kesselbau verwendeten Materialien . . . . . . . . . . . .. 3
A. Der normale S.-M.-FluBstahl und sein Verhalten bei verschiedenen
Bearbeitungszustanden 4
1. AIterung . . . . 5
2. Rekristallisation 7
3. Blaubriichigkeit . 9
B. Die Kerbschlagprobe und ihre Bedeutung fiir die Untersuchung von
Kesselbaustoffen. . 9
C. Sonderbaustahle fiir Kessel . 11
1. Nickelstahl . . . . 12
2. Kupfer-Nickelstah1. 13
3. Izett-FluBstahl . . 14
4. Molybdanstahl . . 16
5. Chrom-Molybdanstahl bzw. Chrom-Nickel-Molybdanstahl 18
III. Was bei der Herstellung des Kesselmaterials zu beachten ist . 19
A. Vorgange, die im Stahlwerk beim GieBen und Ersta,rren des Blockes
eintreten .... 20
1. Lunkerbildung 20
2. Seigerung 21
3. Gaseinschliisse 22
4. Sonstige Fehler . 24
B. GIiihbehandlung der Bleche 24
C. Beispiele aus der Praxis iiber Kesselschaden, die durch fehlerhaftes
Material verursacht wurden ........... . 26
1. Mantelbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2. Materialschaden an Siede- und Uberhitzerrohren. . . 28
Rohre mit hohem SchwefeI- und Phosphorgehalt S. 29.
Unganze Stellen, Schalenbildung, Langsriefen, Dopplung S. 33. -
Ungleiche Wandstarke S.34. - Grobgefiige und oxydische Ein
schliisse S. 35.
IV. Was bei der Konstruktion der Kessel zu beachten ist. 37
A. Berechnungsgrundlagen. . . . . . . . . . . . . 38
1. Berechnung der Wandstarken von Siederohren 38
2. Berechnung von Kesseltrommeln . . . . . . . 43
3. Berechnung von Bodenkrempen. . . . . . . . 45
Schadensbeispiele: Krempenrisse bei Flammrohrkesseln S. 48. -
Anbriiche in der Flammrohrkrempe S. 49. - Anbriiche an der
Mantelkrempe S. 49.
4. Spannungserhohungen in Niet- und Rohrlochern sowie in Stutzen
ausschnitten 52
VI InhaI tsverzeichnis.
Seite
B. Bauart, die den Warmespannungen geniigend Rechnung tragt (eIasti-
sche Bauart) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Schadensbeispicle von Kesseln unelastischer Bauart:
NietIochrisse an der Trommel an einem Kammerkessel S. 61. -
Stegrisse an einem Teilkammerkessel S. 63. - Krempenrisse an
Kammerkesseln S. 65. Nietlochrisse an den Trommeln eines
Garbekessels S. 66.
C. Wasserumlauf . . . . . 67
Theorie des WasserumIaufes
Schadensb eispiele
1. Fehlerhafte Beheizung von Fallrohren an einem Zweitrommel
Steilrohrkessel alter Bauart . . . . . . . 72
2. Ungeniigende Wasserversorgung von Brennkammerkiihlrohren .. 74
3. DampfpoIsterbiIdung an einem Batteriekessel . . . . . . . . . 76
4. Wasserspiegelabsenkung in der hinteren Obertrommel von Garbe-
kesseln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5. Ungeniigende Wasserverbindung der Untertrommeln eines Steil
rohrkessels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6. Korrosion durch Dampfspaltung infolge falschen Umlaufes 79
7. RohrreiBer in der 3. Rohrreihe des vorderen Rohrbiindels eines Steil
rohrkessels infolge fehlerhaften Wasserumlaufs beim Wiederanfahren
nach kurzer Betriebspause 83
D. Uberhitzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
1. Ungeeignetes Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2. Innere Korrosion durch Dampfspaltung und auBerer Angriff durch
Verzundern des Werkstoffes 90
3. Ungeniigende Auflagerung .. 93
4. Sammler ......... . 93
E. Einzelne Konstruktionselemente . 102
I. Kesselstutzen, Mannlochausschnitte 102
2. Fliigelrohre zur Kiihlung von Feuerraumwanden . 106
3. Teilkammerkasten. . . . . . . 108
V. Was bei der Herstellung der Kessel zu beachten ist 109
A. Nieten . . . . . . . . ..... . 109
B. SchweiBen. . . . . . . . . . . . . . 116
FeuerschweiBung S.116. - WassergasschweiBung S. 118.
SchmelzschweiBung S.123. -Autogene oder LichtbogenschweiBung?
S. 124. - Besonderheiten der LichtbogenschweiBung S. 124. -
Neuere Elektroden S. 125. - Zubereitung der SchweiBe S. 127. - -
Uberiappte SchweiBungen S. 127. - Art der SchweiBung S. 128. -
Festigkeit der SchweiBung S. 129. - Priifung der SchweiBnahte
S. 130. - BeispieIe schlechter SchweiBungen S. 131. - Reparatur
schweiBung S. 131. - SchweiBungen an Rissen S. 135. - Dicht
schweiBen von Einwalzstellen S. 137.
C. Die Walzverbindung ...................... 138
Der Walzvorgang S. 138. - Rohrspiel und Haftaufweitung,
Walzdorndruck und Walzkopfumlaufe S.139. - EinfluB der
Flanschstarke S. 142. - EinfluB von Bordel und Rille S. 143. -
EinfluB der Werkstoffe S. 144. - EinfluB der Oberflachenbe
schaffenheit S. 145. - Werkstattechnische Gesichtspunkte S. 145.
Rundrisse an Einwalzstellen S.147.
D. Das Biegen der Siederohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Inhaltsverzeichnis. VII
Seite
VI. Was bei der Betriebsfiihrung von Kesseln zu beachten ist 154
A. EinfluB des Speisewassers. . . . . . . . . . . 154
1. Gefahren fiir den Kessel durch Steinbildung 155
2. 01 im Speisewasser . . . . . . . . . . . . 160
3. Kohlensaure und Sauerstoff im Wasser . . . 163
Wasserstoff.lonenkonzentration, PH·Wert S. 163. - Angriff
durch Kohlensaure S. 165. - Angriff durch Kohlensaure in Statu
nascendi bei Hochstdruckkesseln, Sauerstoffangriff S. 166. -
Loslichkeit des Sauerstoffes S. 168. - Rostschutz bei hoheren
PH-Werten, Gefahren durch Sauerstoff bei sehr weichem Wasser
S. 169. - Zulassiger Sauerstoffgehalt S. 171. - Schutz durch
Entgasung S. 171.
4. Schaumen und Spucken . . . . . . . 179
5. Lehren aus dem Studium der Laugenbriichigkeit ....... 185
Zerknall in ReiBholz S. 185. - Merkmale der RiBbildung bei
Nietlochrissen S. 188. - Feststellung der Risse ohne Zerstiirung der
Nietnaht S. 188. - Ursachen der RiBbildung S. 191. - Versuche
von Parr, Straub und Ulrich S.193. - AbhilfemaBnahmen
S. 199. - Praktische Erfahrungen S.201.
B. Schaden an Kesseln durch Stillstandskorrosion und auBere Verrostung 206
Bei8piele iiber Schaden, MaBnahmen zur Abhilfe:
I. N a8se Kesselkonservierung . . . . . 208
2. Konservierung durch Trockenliiftung 209
3. Konservierung mit Ammoniak . . . 210
4 . .AuBere Verrostung . . . . . . . . 211
C. .AuBere Beschadigungen der Kesselwandungen durch Einwirkung der
Rauchgase . . . . . . . . . . . . . . 211
D. Vorgange beim An- und Abheizen und im Betrieb . . . . . . . . 214
1. Anheizen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
MeBverfahren nach Otte S. 216. - MeBverfahren nach Ronne
S.224. - MeBverfahren nach See berger und Dorffel S. 225. -
MeBverfahren nach Guilleaume S.227.
2. Vorgange beim Speisen . . . . . . . . . . . . . 229
3. Gefahren fiir den Uberhitzer beim Anheizen und im Betrieb 231
4. Siederohrschaden durch Stichflammenbildung 236
5. Gefahren fiir den Vorwarmer 237
E. Wassermangel . . . . . . . . . . . . . . . . 238
F. Vorwarmerexplosionen . . . . . . . . . . . . 244
1. Betrachtungen iiber das Material des guBeisernen Vorwarmers. 245
2. Konstruktion und Herstellung der Glattrohrvorwarmer . . .. 247
3. Betriebseinfliisse '" . . . . . . . . . . . . . . . . .. 248
Abrostungsgefahr S.248. - Dampfbildung S.248. - Rauch
gaszerknalle S. 250.
4. SchutzmaBnahmen. 21)2
Literaturverzeichnis . . . . . 254
Druckfehlerberichtigung.
S. 56. Zeile 16 v. o. lies richtig (58) statt (48).
Fortschritte im Bau und Betrieb von Dampf
kesselanlagen als Folge der systematischen
Erforschung von Kesselschaden.
I. Einleitung.
Es ist eine au Berst nutzbringende Aufgabe, der Entwicklung der Dinge
nachzugehen und aus Fehlern fruchtbringende Erkenntnis zu zeitigen.
Wohl ist es im Leben eine etwas miBliche Bache, begangene Fehler
einzugestehen, und es ist vielfach Brauch im allgemeinen menschlichen,
wie auch im technischen Leben, Fehler entweder abzuleugnen oder sie
zu iiberkleistern: "Man mochte nichts an die Offentlichkeit kommen
lassen." Vielfach werden Mangel an der Konstruktion allen moglichen,
nur nicht den wahren Ursachen zugeschoben und man scheut sich, der
Sache auf den Grund zu gehen. Wer so handelt, schadigt sich selbst,
er gleicht dem Mann, der fiir seine Schmerzen ein Betaubungsmittel
nimmt, statt zum Arzt zu gehen, der die Sonde an die Wunde setzt
und die wahre Ursache des Schadens offen legt.
Auch im geschaftlichen Leben racht sich solche Kutzsichtigkeit, denn
auf die Dauer tragt die Erforschung von Fehlern, die ja auch mit der
Entwicklung unvermeidbar verbunden sind, wertvolle Friichte, wahrend
der kurze Gewinn des Ableugnens den Kunden verargert und den Keirn
von Riickschritt und Verfall in sich tragt.
Wenn ich daher im folgenden auf Fehler und Mangel in der Her
stellung, Konstruktion und dem Betrieb von Dampfkesseln zu sprechen
komme, so bitte ich meine Leser, dies im richtigen Sinne aufzufassen.
Ich will hier keine wahllose Aufzahlung von Fehlern bringen, sondern
an typischen Erscheinungen auf dem (iebiet der Materialherstellung,
der Kesselkonstruktion, der Kesselherstellung und des Kesselbetriebes
darstellen, wie man aus begangenen Fehlern gelernt hat, allmahlich immer
hochwertigere Erzeugnisse zu schaffen und diese sicher zu betreiben.
Wie schon im vorstehenden angedeutet, wird hier ein groBes Gebiet um
faBt, das nur durch verstandnisvolle Zusammenarbeit aller Beteiligten dem
hohen Ziel einer immer groBeren Vervollkommnung zugefiihrt werden kann.
In den erstenNachkriegsjahren sah es auf diesem GebietinDeutschland,
wie iibrigens mehr oder weniger in allen Industrielandern noch sehr triibe aus.
Die Materialhersteller fabrizierten, ohne sich hierbei dafiir zu inter
essieren, ob dieses Material fiir den Kesselbau besondere Eignung aufwies.
Pfleiderer, DampfkesseIschaden. 1
2 Einleitung.
Die Kesselfabriken bauten ihre Kessel in buntester Mannigfaltigkeit
und hiiteten angstlich ihre Konstruktions- und Fabrikationsgeheimnisse.
Der Kesselbetreiber war verargert tiber die finanziellen Verluste, die
ihm gelegentlich aus geheimnisvollen Schaden erwuchsen, die der Natur
der Sache nach fast immer nach Ablauf der Garantiefrist eintraten.
In diesem Stadium tratDr. h. c.M. Guilleaume mit dem Vorschlag auf
den Plan, eine Vereinigung der Kesselbesitzer zu bilden, die die Kessel
schaden grundsatzlicher Natur wissenschaftlich erforschen solI. Dieser
Plan fand machtigen Widerhall in Deutschland und die "Vereinigung der
Grol3kesselbesitzer" entfaltete nunmehr ihre fruchtbringende Tatigkeit.
Ihre wichtigste Aufgabe war es neben der Erforschung der Schaden,
diese praktisch auszuwerten, und dies konnte nur erfolgen in einer engen
Zusammenarbeit mit den Material- und Kesselherstellern. Diese Zu
sammenarbeit hat G u i 11 e a u m emit aller Energie angestrebt und so
voll und ganz erreicht, wie dies zur Zeit wohl in keinem anderen Land
der Erde der Fall ist.
GroB waren die Aufgaben, die zu bewaltigen waren, und nicht minder
groB waren auch die Erfolge.
Heute wissen die Materialhersteller genau, was im Kesselbau verlangt
wird; mit den sprunghaft anwachsenden Anforderungen, gegeben durch
hohen Druck und besonders durch hohe Temperatur, sind sie stets mit
den entsprechenden neuen Materialien zur Stelle und ermaglichten es
dadurch dem Konstrukteur, Anlagen hachster Wirtschaftlichkeit und
graBter Betriebssicherheit zu bauen.
Die Walzwerke und Kesselfabriken schlieBen ihre Werkstatten nicht
mehr angstlich ab wie friiher, jeder Besteller hat das Recht, zu sehen,
was ihm geliefert, wie es konstruiert wird und wie die Werkstatte mit
dem Material umgeht. Bis in die kleinsten Kesselfabriken sind die
modernen Anforderungen und Richtlinien gedrungen und eine wertvolle
Befruchtung des ganzen Kesselbaues ist eingetreten.
Aber nicht nur Material- und Kesselhersteller haben Vorbildliches
geleistet, auch der Betriebsfiihrer hat sein wertvolles Teil beigesteuert.
Was niitzt der beste Kessel, wenn er schlecht betrieben wird; auch hier
galt es daher, manch alte Vorurteile tiber Bord zu werfen, auch hier
war es notig, den gesteigerten Anforderungen Rechnung zu tragen. Auf
diesem Gebiet haben sich die Vereinigung der GroBkesselbesitzer und
die deutschen Dampfkesseliiberwachungsvereine besonders verdient
gemacht. Der wichtige Chemismus der Speisewasseraufbereitung ist
z .. B. mit graBtem Erfolg bearbeitet worden, viele friiher unvermeidbare
Kesselschaden haben aufdiesem Wege ilue Schrecken verloren und es
isll heute maglich, die so empfindlichen Hachstdruckkessel mit vallig
aufbereitetem Speisewasser mit groBer Sicherheit zu betreiben.
Diese Zusammenarbeit aller Beteiligten ist aber auch urn so wichtiger,
als die Anforderungen an die Kessel sprunghaft gewachsen sind. Hachste
