Titel: F. Fischer, über die Abnutzung der Dampfkessel.
Autor: Fischer, Ferd.
Fundstelle: 1878, Band 230 (S. 38–45)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj230/ar230017

Ueber die Abnutzung der Dampfkessel; von Ferd. Fischer.

Im Magdeburger Dampfkesselrevisionsverein waren nach Weinlig (1877 223 429) von 4125 Kesseln 126 reparaturbedürftig in Folge von Kesselsteinbildungen, 72 Kessel waren bedenklich verrostet und angefressen, 20 durch schlechtes Speisewasser verdorben. Im Hannoverschen Verein (1877 225 609) zeigten sich bei 277 inneren Untersuchungen 53 Kessel innen oder auſsen verrostet und 11 hatten in Folge von Kesselsteinanhäufungen Beulen in der Feuerplatte bekommen. Nach Isambert1) ergaben die Revisionen im Mannheimer Verein, daſs ein Kessel in Folge von Kesselsteinbildungen verbrannt war, in 6 Fällen waren die Nietköpfe im Innern der Kessel zerfressen, 6 Vorwärmer |39| waren im Innern, namentlich an der Einmündung des Speiserohres zerfressen, 11 zeigten pockenartige Narben (vermuthlich in Folge von fetthaltigem Speisewasser), 10 andere Vorwärmer und 4 Hauptkessel waren ebenfalls im Innern stellenweise zerfressen, 7 Vorwärmer muſsten ausgewechselt werden, weil sie auſsen stark von Rost angegriffen waren, wohl in Folge von Wassercondensation aus den Verbrennungsgasen. Der Bericht des Dampfkesselrevisionsvereines M. Gladbach für d. J. 1878 zählt 11 Kessel mit allgemeiner, starker und 9 Kessel mit theilweiser Corrosion der Bleche, 3 Kessel mit Corrosion in der Höhe der normalen Wasserlinie auf. Bei einem Kessel war das Blech unter den Kesselstützen, bei einem unter der Mauerzunge verrostet. Nach dem Geschäftsbericht des Bayerischen Dampfkesselrevisionsvereines für 1877 erwiesen sich bei 611 inneren Revisionen 49 Kessel auſsen verrostet, darunter 11 gefährlich, und 105 Kessel innerlich angegriffen, darunter 13 so stark, daſs eine sofortige Reparatur erforderlich wurde. – In England explodirten in den J. 1866 bis 1874 in Folge von innerer Rostbildung 110, durch äuſsere Verrostung 42 und in Folge von Kesselsteinbildung 15 Dampfkessel; in derselben Zeit explodirten 7 Marinekessel ebenfalls in Folge von Rostbildung (vgl. 1875 216 536. 1876 220 378). In Preuſsen explodirten von 1868 bis 1876 6 Dampfkessel in Folge von Kesselsteinbildungen und 28 Kessel durch Abnutzung; meist waren die Bleche durchgerostet oder durch saures Wasser angegriffen (vgl. 1874 214 172. 1876 220 561. 1878 229 191).2) Abgesehen von den durch Verwendung schlechter Bleche oder durch schlechte Arbeit oder aber durch Wassermangel veranlaſsten Schäden, werden die Dampfkessel daher fast nur durch innere und äuſsere Rostbildung oder durch Kesselstein zerstört – Grund genug, diesen Erscheinungen die gröſste Aufmerksamkeit zuzuwenden.

Betrachten wir zunächst die Zerstörung der Kesselbleche von auſsen. Die Verbrennungsgase, welche den Kessel umspülen, bestehen bekanntlich aus Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlensäure; bei schlecht geleiteter Verbrennung enthalten sie auch wohl Kohlenoxyd und geringe Mengen von Kohlenwasserstoffen und bei der Verwendung von Steinkohlen und Anthracit stets beträchtliche Mengen von schwefliger Saure (vgl. 1876 221 468. 1878 228 432). Von diesen Bestandtheilen erscheint auf den ersten Blick namentlich die schweflige Säure bedenklich zu sein und machte auch schon Paget (*1866 179 96) auf die zerstörende Wirkung derselben aufmerksam. Kraft theilt in dem Rechenschaftsberichte |40| der Wiener Dampfkesselgesellschaft für 1874 mit, daſs er an den Auſsenflächen der Unterkessel einer Dampfkesselanlage um die Kreisnäthe der eingeschobenen Ringe stellenweise ziemlich tief ausgefressene Furchen fand, welche vorn oberhalb des Rostes gar nicht, in der Mitte der Länge schwach, gegen rückwärts der Unterkessel jedoch zahlreich von gröſserer Ausdehnung und Tiefe vorkamen. Diese Furchen waren theilweise noch bedeckt mit einer gelblichen porösen Masse aus Schwefelverbindungen des Eisens. Weitere Nachforschungen ergaben, daſs die auf einem Treppenroste verbrannte, stark schwefelhaltige Staubkohle unvorsichtiger Weise (vgl. 1873 210 234) so stark genäſst wurde, daſs sie einen förmlichen Brei bildete. Das hier verdampfte Wasser condensirte sich theilweise an den genannten kälteren Theilen des Kessels und vermittelte so die Lösung des Eisens durch die schweflige Säure (vgl. 1875 218 257). Die gleiche Beobachtung haben Douvillé3) u.a.4) gemacht. Auch Vincotte hat, wie Gyſsling5) berichtet, derartige Zerstörungen beobachtet. An einem Siederohrkessel, bei dem die Flamme zuerst den Oberkessel bestreicht und dann über den Unterkessel zurückgeht, fand er eine grauschwarze (I), darunter eine weiſse, dünne Schicht (II) von folgender Zusammensetzung:

Oberkessel Unterkessel
I II I II
Schwefelsaures Eisenoxydoxydul 71 89 37 81
Eisenoxyd und Thonerde 18 0 3 3
Freie Schwefelsäure 0 2 3 2
Schwefelsaurer Kalk 0 5 6 0
Schwefelsaures Ammoniak 0 0 2 3
Organische Stoffe 5 3 22 0
Kieselsäure 1 1 3 0
Wasser 5 0 24 11
––––––––––––––––––––––
100 100 100 100.

Der Kessel zeigte einige Undichten, wodurch mit Rost und Kalksalzen ' aus dem Kesselwasser ausgefüllte Furchen entstanden waren. Vier Proben dieser Bildungen zeigten folgende Zusammensetzung:

Oberkessel Unterkessel
I I II III
Schwefelsaures Eisenoxyd 6 65 0 4
Schwefelsaurer Kalk 28 4 8 13
Eisenoxyd und Thonerde 65 24 23 77
Kieselsäure 1 2 2 3
Kohlensaurer Kalk 0 0 67 0
Organische Stoffe 0 5 0 3
–––––––––––––––––––––––––––––––––––
100 100 100 100.

Wie bereits (1878 229 131) erwähnt, habe ich voriges Jahr ebenfalls derartige Kostbildungen aus dem Flammrohr eines Dampfkessels |41| untersucht, der mit stark schwefelhaltigen Kohlen geheizt wird. Die festeren Krusten der grauen Masse bestanden aus:

Eisenoxyd 42,44
Schwefelsäure 35,91
Magnesia Spuren
Unlöslich in HCl 3,89
Organische Substanz und Wasser 17,76
–––––––
100,00,

und die zerfallenen, sauer reagirenden Theile aus:

Löslich in Wasser 80,28, darin Eisenoxyd
Schwefelsaure
26,46
52,64
Unlöslich in Wasser 12,11
Glühverlust 7,61
–––––––
100,00.

Andererseits habe ich mehrfach Gelegenheit gehabt, Dampfkessel zu sehen, die mit Anthracit geheizt wurden, der verhältniſsmäſsig trockne Verbrennungsgase liefert. Trotz der 3 bis 4 Proc. Schwefel in der Kohle zeigten die Kessel keinerlei Zerstörung- überall aber, wo die geringste Undichtigkeit Feuchtigkeit austreten lieſs, waren die Bleche sehr stark angegriffen.

Demnach werden die trocknen Kesselbleche von der schwefligen Säure der Verbrennungsgase wohl kaum nennenswerth angegriffen, dagegen in sehr gefährlicher Weise zerstört, sobald Feuchtigkeit hinzutritt, sei es, daſs der Kessel undicht ist, sei es, daſs das Mauerwerk feucht ist, oder aber, daſs sich an den kälteren Theilen des Kessels aus den stark Wasserdampf enthaltenden Verbrennungsgasen Feuchtigkeit niederschlägt – eine Erscheinung, die sich namentlich an den Nietfugen der mit kaltem Wasser gespeisten Gegenstromkessel oder den Vorwärmern zeigt.6) Die feuchte schweflige Säure verbindet sich dann mit dem Sauerstoff der überschüssig zugeführten atmosphärischen Luft, namentlich in Gegenwart von Eisenoxyd, zu Schwefelsäure, welche das Eisen in bekannter Weise löst.

Feuchtigkeit und Kohlensäure begünstigen aber auch die Verbindung des Eisens mit Sauerstoff ungemein (vgl. 1876 219 526), die Kesselbleche können daher, wenn auch weniger rasch, von schwefelfreien Verbrennungsgasen zerstört werden, sobald sie auf die eine oder andere Weise längere Zeit naſs bleiben. Der Hannoversche Dampfkesselrevisionsverein hat z.B. auf der Gewerbeausstellung ein Stück Kesselblech ausgestellt, welches in Folge einer Undichtigkeit von drei schmalen Dampfstrahlen getroffen wurde, die drei tiefe, 15cm lange Furchen eingegraben haben, von denen die mittlere das 1cm dicke Blech durchschnitten hat.7) Die Dampfkessel sollen daher jedenfalls von auſsen trocken gehalten werden.

|42|

Mannigfaltiger sind die Ursachen der Zerstörung der Kesselbleche auf der inneren Seite, wie sie theilweise schon von Paget (*1866 179 89) beschrieben wurden. Nach H. v. Reiche8) werden alle Flammrohrkessel, deren Heizgase zuerst durch die Flammrohre, dann in zwei getrennten Kanälen an den Seiten des Kessels wieder nach vorn und schlieſslich in einem dritten Kanal unter dem Kessel zurückgeführt werden, dadurch zerstört, daſs etwa in der Mitte (also auf den verticalen Wandungen) unterhalb der Wasserlinie die Bleche zahllose Grübchen bekommen, die, falls an dieser Stelle eine horizontal laufende Nietnath vorhanden ist, unmittelbar hinter der Ueberblattung sich zu einer fortlaufenden Furche vereinigen. Da, wo verticale Nietnäthe die Zone der Grübchen schneiden, befinden sich ebenfalls zu beiden Seiten der Ueberblattung hinlaufende Furchen. Diese in hohem Grade gefährlichen Anfressungen entstehen nach v. Reiche durch das fortwährende Hin- und Herbiegen der Bleche; die eigentliche Ursache dieser Auflösung des Eisens läſst er unerörtert. W. Gyſsling9) beobachtete derartige Zerstörungen der Bleche in der Wasserlinie, so weit sie auſsen von den Heizgasen bestrichen wird. Er glaubt, daſs bei Anwendung eines nach E. de Haën gereinigten Speisewassers sich auf dem Wasserspiegel schaumige, ätzende Bestandtheile abscheiden, welche das Eisen bei entsprechend hoher Temperatur angreifen; woraus diese ätzenden Stoffe bestehen, ist leider nicht angegeben. Bredo10) hat diese Zerstörung der Bleche in der Nähe des Wasserspiegels oft bei Kesseln beobachtet, deren Wasser nicht nach de Haën gereinigt wurde; er vermuthet daher ein einfache Oxydation.

In den letzten Jahren hatte ich mehrfach Gelegenheit, ähnliche Rostbildungen zu untersuchen, die aus Eisenoxyd oder theilweise aus Eisenoxydoxydul bestanden. In einem Kessel mit Unterfeuerung, der mit vorgewärmtem Brunnenwasser gespeist wurde, hatte sich eine reine, weiſse, 8 bis 10mm dicke Kesselsteinschicht abgesetzt, die über der Feuerplatte noch 4 bis 5cm hoch mit zusammengekitteten Kesselsteinstücken bedeckt war. Die Krusten hatten eine Härte von 3 bis 3,5 und 2,72 sp. G.; sie bestanden aus:

Kalk 39,91
Magnesia 1,04
Schwefelsäure (SO3) 55,49
Kieselsäure Spur
Kohlensäure Spur
Unlöslich 0,82
Wasser (über 130°) 2,38
––––––
99,64,

also fast nur aus schwefelsaurem Calcium. Unter dieser Kesselsteinbildung |43| fand sieb eine schwarze, 1 bis 3mm starke Rostschicht von folgender Zusammensetzung:

Eisenoxyd 66,94
Eisenoxydul 26,33
Schwefelsaures Calcium 1,02
Wasser, Verlust 5,71
–––––––
100,00;

sie bestand demnach fast nur aus Eisenoxydoxydul (Fe3O4). In einem anderen Dampfkessel, dessen Speisewasser viel Chloride, Nitrate und Sulfate enthielt, fand sieh unter der auch bei Anwendung von Zinkeinlagen gebildeten Kesselsteinschicht, namentlich auf dem Flammrohre, wie bereits (1876 222 173) erwähnt, eine dünne Rostschicht, bestehend aus:

Eisenoxyd 68,21
Eisenoxydul 23,79
Unlöslich 4,21
Wasser, Verlust 3,79
–––––––
100,00.

Besonders charakteristisch sind diese Rostbildungen in den Kesseln mit sogen. Gegenströmung, wo das nicht vorgewärmte Speisewasser in den kältesten Theil des Kessels eingeführt wird, der sich dann regelmäſsig angegriffen zeigt. So berichtet O. Greiner11), daſs an 4 Kesseln, die mit Spreewasser gespeist wurden, die Untersieder nach halbjährigem Betriebe hunderte von Buckeln in Erbsen- bis Bohnengröſse bekommen hatten, nach deren Entfernung sich Vertiefungen im Bleche zeigten, ausgefüllt mit einer dunkelbraunen Masse, welche wie die Buckel selbst aus Eisenoxyd und Oxydul bestand. Einlagen von Zink erwiesen sieh wirkungslos. Aehnliche Zerfressungen zeigen auch andere Vorwärmer.12)

In den Pockennarben-artigen Vertiefungen der mit Condensationswasser gespeisten Schiffskessel will man kleine Kupfertheilchen gefunden haben, die mit dem Eisen elektrische Ströme erzeugen und so das Eisen in Oxyd überführen sollen (vgl. 1864 172 110. 173 340). Milln13) macht mit Recht darauf aufmerksam, daſs diese Anfressungen nicht nur auf dem Boden, sondern auch über dem Wasserspiegel auftreten, diese Erklärung daher nicht zutreffen kann. Auſserdem enthält der Rost so wenig Kupfer, daſs daraus die Gröſse der Zerstörungen wohl nicht erklärt werden kann. Eine Probe bestand z.B. aus:

Eisenoxyd 77,5
Wasser 19,75
Fett 0,85
Schwefelsaures Calcium 0,8
Kupferoxyd 0,6
Thonerde, Mangan u. dgl. 0,5
––––––
100,00.
|44|

Paget (*1866 179 89) und Mallet (1866 179 93) meinen, daſs die verschiedenen Kesselbleche mit den Salzlösungen galvanische Ströme erzeugen, wodurch sich Eisenoxyd bildet und Wasserstoff entweicht, und C. A. Faure14) vermuthet, daſs diese Ströme schon von dem Eisenblech mit den darin enthaltenen Unreinigkeiten erzeugt werden. Auch bei Gegenwart von Fett sollen Ströme entstehen.15) Andere wollen sogar das Zerfressen der Unterkessel durch galvanische Ströme erklären, welche durch die Reibung des Wassers an den Wandungen entstehen sollen.16) Ehe nicht Jemand diese elektrischen Ströme wirklich nachweist (vgl. *1876 222 242), sind diese Hypothesen zurückzuweisen.

Bekanntlich zeigen sich die Rostbildungen im Unterkessel namentlich stark im Scheitel des kurzen Endes hinter dem Verbindungsstutzen mit dem oberen Kessel, wenn sich hier Dampf und Luftblasen sammeln. Eine derartige schwarze, ziemlich feste, 4 bis 5mm dicke Kruste aus einem hiesigen Kessel zeigte folgende Zusammensetzung:

Eisenoxyd 60,12
Eisenoxydul 32,28
Unlöslich 3,55
Wasser, Kalk u. dgl. 4,05
––––––
100,00,

bestand also fast nur aus Eisenoxydoxydul.

Hieraus erklärt sich leicht die Entstehung derartiger Rostbildungen. Wie bereits erwähnt, rostet Eisen stark bei gleichzeitiger Einwirkung von Sauerstoff und Feuchtigkeit; begünstigt wird die Rostbildung durch die Gegenwart von Kohlensäure, mehr noch durch Chlorverbindungen und Ammoniak, wesentlich verzögert durch alkalisch reagirende Stoffe, namentlich Kalkhydrat und Soda. Ist kein Sauerstoff vorhanden, so sind Chlornatrium, Chlorkalium, Chlorbarium und Chlorcalcium auf Eisen wirkungslos; dagegen greift Chlormagnesium auch in diesem Falle das Eisen sehr stark an (vgl. 1875 218 78. 1876 222 244). Da nun wohl kaum jemals ein Speisewasser zur Verwendung kommt, welches frei ist von Sauerstoff und Kohlensäure, so werden die Kesselbleche überall da verrosten, wo sie von diesen Gasen getroffen werden, namentlich aber da, wo sie längere Zeit mit ihnen in Berührung bleiben, also in den kälteren Theilen des Kessels und im Vorwärmer. Enthält das Wasser vorwiegend kohlensaures Calcium, oder wird es gut vorgewärmt, so daſs die genannten Gase gröſstentheils entfernt sind, so kann die Rostbildung unmerklich, ja auch durch eine dünne Kesselsteinschicht beschränkt werden. Wenn durch Hin- und Herbiegen der Wandungen durch abwechselndes Ausdehnen und Zusammenziehen die schützende Schicht, die auch aus magnetischem Eisenoxyd bestehen |45| kann, fortwährend gelockert wird, so daſs der feuchte Sauerstoff immer wieder mit metallischem Eisen in Berührung kommt, so wird der Rost rasch tief eindringen. Daher zeigen auch namentlich die Kessel Rostbildungen, welche über Nacht sich abkühlen, um so mehr hier die Luftblasen während der Ruhe länger an einer Stelle haften. Noch mehr muſs das Zerfressen der Kessel durch die das Rosten begünstigenden Salze beschleunigt werden, namentlich durch Chlormagnesium (vgl. 1866 179 93). Da ferner nach Deville (1870 198 140. 513) Eisen schon bei 150° von reinem Wasser entschieden angegriffen wird, so müssen die Bleche in der Wasserlinie stark angegriffen werden, sobald diese durch die Feuergase erhitzt wird; es müssen sich auch unter dicken Kesselsteinschichten die erwähnten Rostbildungen zeigen.

(Schluſs folgt.)

|38|

Bericht der Gesellschaft zur Ueberwachung von Dampfkesseln in Mannheim, 1877. Als Mahnung zur Vorsicht beim Reinigen der Dampfkessel möge hier aus demselben Bericht die Mittheilung eines Unglücksfalles beim Reinigen eines groſsen Lancashire-Kessels Platz finden: In dem durch die beiden Feuerrohre gebildeten unteren Räume desselben befanden sich vier mit Abklopfen des Kesselsteines beschäftigte Fabrikarbeiter. Ein nebenan befindlicher, etwas groſserer Dampfkessel stand unter Dampfdruck und sollte ebenfalls zur Reinigung vorbereitet werden. Die Schlammablaſsrohre beider Kessel waren durch guſseiserne Hähne absperrbar. Beide Rohrleitungen vereinigten sich in einer Entfernung von wenigen Meter von den Kesseln zu einer einzigen, und zwar unter spitzem Winkel. Der Halm des Kessels, in welchem sich die vier Arbeiter befanden, war seit der Leerung unvorsichtiger Weise in offener Stellung gelassen worden. Als nun der den Nachbarkessel bedienende Heizer den Schlammablaſshahn öffnete, strömte durch Rückstau in der Rohrleitung plötzlich eine so groſse Menge kochend heiſses Wasser in den leeren Kessel hinüber, daſs das Unglück schon geschehen war, bevor es gelang, den Hahn des in der Leerung begriffenen Kessels zu schlieſsen. Es war den vier Unglücklichen bei dem geringen Abstand der Feuerrohre ein Entfliehen aus der heiſsen Fluth in den oberen Kesselraum nicht möglich; ebenso wenig gelang ihnen ein Entrinnen durch das Mannloch in der vorderen Stirnwand des Kessels, weil gerade in der Nähe des Mannloches der kochende Sprudel von unten in den Kessel eindrang; und so starben alle 4 Leute den gräſslichen Tod des Verbrühtwerdens und des Erstickens.

|39|

In Frankreich explodirten nach den Annales des mines, 1878 Bd. 13 S. 313 i. J. 1876 31 Dampfkessel wobei 27 Personen getödtet und 49 verwundet wurden. Als Explosionsursache werden angegeben:

Constructionsfehler8Kessel
Abnutzung, innere und äuſsere Corrosion.7
Mangelhafte Wartung (Wassermangel)13
Unbekannte Ursachen3
|40|

Annales des Mines, 1876 S. 455. Bulletin du Musée de l'industrie de Belgique, 1876 Bd. 70 S. 200. Engineer, 1877 Bd. 44 S. 367. Scientifique American Supplement, 1877 S. 1647. Annales des Mines, 1877 Bd. 11 S. 366.

|40|

Revue industrielle, 1878 S. 116. Moniteur industrielle belge, 1877 S. 409. 446.

|40|

Geschäftsbericht des Bayerischen Dampfkesselrevisionsvereines, 1877 S. 33.

|41|

Vgl. H. v. Reiche: Dampfkessel, 2. Auflage * S. 147.

|41|

Die entsprechenden Erscheinungen zeigen sich auch bei Wasserleitungsröhren, wenn die Verbindungsstellen undicht werden. Vgl. Scientific American Supplement, *1878 S. 1999.

|42|

H. r. Reiche: Dampfkessel, 2. Auflage *S. 154.

|42|

Geschäftsbericht des bayerischen Dampfkesselrevisionsvereines, *1877 S. 27.

|42|

Geschäftsbericht der Dampfkesselgesellschaft M. Gladbach, 1878 S. 32.

|43|

Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1871 S. 296.

|43|

Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1871 S. 519, 522 und 732. Wochenschrift des österreichischen Ingenieur- und Architectenvereines, 1877 S. 253.

|43|

Engineering, 1875 Bd. 20 S. 426.

|44|

Engineer, 1875 Bd. 40 S. 371.

|44|

Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure. 1872 S. 786.

|44|

Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1871 S. 296.

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