Topends

Untersuchung der oberen Schweißnaht auf Risse aufgrund thermischer Ermüdung

Gängiger Standard für die Untersuchung von Reformerrohren in Dampf-Methan-Reformern ist das Überprüfen des erhitzten Rohrabschnitts im Reformer. Der nicht unter Hitzeeinwirkung stehende Rohrabschnitt wird normalerweise nicht mehr geprüft, sobald das Rohr in Betrieb genommen wurde. Aufgrund aktueller Entwicklungen hat man diese Herangehensweise allerdings revidiert, da in diesen Abschnitten der Topends interne Defekte festgestellt wurden. Diese Defekte wurden in zwei völlig verschiedenen Konstruktionsanordnungen festgestellt, die nachfolgend als Fall I und Fall II beschrieben werden.

Inspection of Topends (EN)

Fall I - Von oben befeuert / Prozessablauf von oben nach unten:

Bei dieser Reformerkonstruktion werden die Brenner von oben befeuert, und der Prozessablauf erfolgt von oben nach unten. Das Einlassgas wird über ein Pigtail in das Rohr über der Strahlungskammer im Dachbereich injiziert. Der nicht erhitzte obere Rohrabschnitt besteht aus Werkstoffen, die von legiertem Stahl mit niedrigem Chromgehalt (1,25 Cr - 0,5 Mo) bis hin zu Edelstahl (304H, 347H) oder ähnlichen Materialien reichen, während der erhitzte, im Ofen befindliche Abschnitt aus Schleudergusslegierungen, zumeist 25Cr/35Ni/Nb mit Mikrolegierungszuschlägen, besteht.

Bei wechselhafter oder kalter Witterung kann die Temperatur des oberen Rohrflanschs unter den Taupunkt des Prozessgases absinken. Infolgedessen kommt es im schwarz dargestellten Bereich zu Kondensation. Der Taupunkt des Prozessgases liegt in normalerweise in einem Bereich zwischen 149 und 205 °C.

Fall II - Von unten befeuert / Prozessablauf von unten nach oben:

Bei dieser Reformerkonstruktion werden die Brenner von unten befeuert, und der Prozessablauf erfolgt von unten nach oben. Das Einlassgas wird vom unteren Rohrende über ein Einlass-Pigtail injiziert, und das reformierte Gas tritt am oberen Rohrende über ein Auslass-Pigtail aus. Das Auslass-Pigtail befindet sich in dem nicht unter Hitzeeinwirkung stehenden Rohrabschnitt auf einem unbedeckten, zur Atmosphäre hin offenen Dach. Das Rohrmaterial ist dasselbe wie bei dem erhitzten Rohrabschnitt. Es besteht aus Schleudergusslegierungen, zumeist aus 25Cr/35Ni/Nb mit Mikrolegierungszuschlägen. In diesem Szenario kann das Prozessgas ebenfalls den Taupunkt im Bereich von 149 bis 205 °C erreichen und eine Kondensation bewirken.

Die zyklischen Spannungen aufgrund dieser Temperaturschwankungen bewirken den Schadensmechanismus der thermischen Ermüdung. Sowohl in Fall I als auch in Fall II treten die Mängel in Form von umlaufenden Rissen oder Poren auf, die vom Innendurchmesser in Richtung Außendurchmesser verlaufen und zu Leckagen führen.

Typisches Riss-Signal

Ultraschallprüfung der oberen Schweißnaht

Schweißnahtrisse am Eintrittsegment

Bei verschiedenen Reformerkonstruktionen kommen beim Schweißen Mischnahtverbindungen zum Einsatz, um das obere Eintrittssegment mit dem Reformerrohr zu verbinden. In einigen Fällen sind deshalb in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht auf der Seite niedriger legierten Materials Risse entstanden. MP hat für diese Prüfaufgabe ein spezielles Prüfgerät und -verfahren entwickelt, mit dem diese Schweißnähte bei bestimmten Reformern geprüft werden können.

Die Verfahren können an zahlreiche Reformerkonstruktionen angepasst werden. Hierbei handelt es sich um eine Ultraschallprüfung mit Spezialgeräten, die eine vollständige Kopplung und exakte Bedienung der Sonde von innen ermöglicht. Risse werden zuverlässig erkannt und vermessen, sodass der sichere Weiterbetrieb des Reformers gewährleistet ist.