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VGB PowerTech 4 l 2016 Schäden an Kesselumwälzpumpen
Autoren
Abstract
Recent damages in boiler water circulation pumps within EnBW’s power plant fleet
In May 2014 the pressurised wall of a boiler water circulation pump housing failed at a coal fired power plant. As a result, numerous actions were taken at both, the technical association and utility levels. Various utilities, manufac-turers, NDT companies and approved body col-laborated together in a joint effort to develop a coherent procedure to inspect remaining boiler water circulation pumps still currently in ser-vice by adequate NDT manners. After the initial incident, further testing was promptly conducted resulting in the findings of other discrepancies on several other pump housings; yet varying in severity. Subsequent detailed investigations on damaged pump hous-ings clearly lead to uncovering the dominating failure mechanisms and causes. Consequently, important and valuable knowledge could be derived from the result of these investigations, enhancing the development of future design, manufacturing, inspection and component evaluation immensely. l
Schäden an Kesselumwälzpumpen in Erzeugungsanlagen der EnBW AGMathias Bauer und Ralf Nothdurft
Dr.-Ing. Mathias BauerDipl.-Ing. Ralf NothdurftTechnische QualitätssicherungErzeugung/BetriebEnBW Energie Baden-Württemberg AGStuttgart, Deutschland
Einleitung
Am 12. Mai 2014 kam es in einem kohlebefeuerten, überkritisch betriebenen 510 MWel Steinkohleblock zum Versagen des drucktragenden Gehäuses einer Kesselumwälzpumpe, das zu erheblichen Schäden insbesondere im Kesselhaus des Kraftwerkes führte. Sowohl auf Verbandsebene als auch auf Versorgerseite führte dieses Ereignis zu umfangreichen Maßnahmen. Für die Überprüfung in Betrieb befindlicher Umwälzpumpen wurden zwischen Betreibern, dem Hersteller, Überwachungsorganisationen und Prüfunternehmen Vorgehensweisen zur Befundung und geeignete Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung abgestimmt. Zeitnah nach dem Ereignis durchgeführte Prüfungen zeigten an mehreren Umwälzpumpen Befunde, allerdings in unterschiedlich fortgeschrittenem Stadium. Anschließende umfangreiche Untersuchungen und Schadensanalysen ergaben klare Hinweise auf die Schadensursache und entwicklung. Hieraus konnten wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich Auslegung, Konstruktion, Fertigung, Prüfung und Zustandsbewertung der betroffenen Komponenten abgeleitet werden.
Einsatz von Kesselumwälzpumpen in konventionellen Dampfkraftwerken
Dampferzeugersysteme können mit unterschiedlichen Verdampferschaltungen aus
gestattet sein. Während in Industrie und Heizkraftwerken vornehmlich das Naturumlaufsystem angewendet wird, kommt bei den stromgeführten Erzeugungsanlagen meistens das Zwangsdurchlaufsystem zum Einsatz. Beim Zwangsdurchlaufsystem wird das Speisewasser mit der Speisewasserpumpe durch die Heizflächen gepumpt. Da sich die Massenstromdichte linear mit der Last verändert, stellt sich ein variabler Verdampfungsendpunkt ein. Zur Kühlung der Dampferzeuger-Heizflächen ist ein Mindestmassenstrom erforderlich, der nicht unterschritten werden darf.
Zur Verbesserung der Teillast und Anfahrfähigkeit sind nach dem Verdampfer ein Zyklon und eine Anfahrflasche installiert, von denen das Speisewasser über eine Kesselumwälzpumpe (KUP) in die Speisewasserleitung zurückgeführt wird (B i l d 1 ). Durch den Betrieb der KUP wird beim Anfahr und Teillastbetrieb der Mindestmassenstrom durch den Verdampfer sichergestellt.
Über die in Bild 1 dargestellte NPSH-Leitung (englische Abkürzung für „Net Positive Suction Head“) wird der Stand des Speisewassers in der Saugleitung der KUP geregelt. Ziel ist es, den Mediendruck vor dem Laufrad definiert über dem Dampfdruck des Fördermediums zu halten um Kavitation zu vermeiden oder zumindest auf ein akzeptables Maß zu begrenzen.
Die Mindestmengenleitung stellt sicher, dass bei laufender KUP immer eine (Min
Speisewasser-pumpe
Entspanner
T-StückFlasche
NPSH-Leitung
Absperr-schieber
KUP
Mindestmengenleitung
ECO Verdampfer
Speisewasser-leitung
Vorwärmer
WarmhaltungZyklon Überhitzer
Bild 1. Schematische Darstellung der Verdampferschaltung und des Umwälzsystems eines Steinkohleblocks mit Zwangsdurchlaufprinzip.
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dest-)Förderung des Mediums gewährleistet ist. In B i l d 2 sind für die Lastfälle Teillast sowie einen An und Abfahrvorgang verfahrenstechnische Kenngrößen des Umwälzsystems eines 750 MWel Steinkohleblocks exemplarisch dargestellt. Hieraus wird ersichtlich, dass die KUP nur zugeschaltet wird, wenn die Kessellast – und damit einhergehend der Massenstrom des Speisewassers – unter ca. 40 % der Nennlast des Kessels fällt. In den Stillstandsphasen der KUP ist eine Warmhaltung vorgesehen, um die Beanspruchung durch Thermospannungen beim Anfahren der KUP zu minimieren. Hierfür sind verschiedene Schaltungen möglich, eine weitverbreitete Variante ist in Bild 1 dargestellt. Dabei wird Speisewasser hinter dem Economiser (ECO) entnommen und im Gegenstromprinzip (Einleitung in die Druckleitung) durch die KUP geführt.
Die aktuelle, den Anforderungen des Energiemarkts angepasste, flexible Fahrweise vieler konventioneller Dampfkraftwerke hat zu einer Erhöhung der Einsatzzeiten und vor allem der An und Abfahrvorgänge der KUP geführt.
Die thermomechanische Beanspruchung der KUP durch Druck und Temperatur ist abhängig von den jeweiligen Leistungsdaten des Kessels. Laut Herstellerangaben werden KUP mit Maximaldrücken zwischen 100 und 350 bar und Temperaturen von bis zu 380 °C betrieben [1].
Weltweit gibt es mehrere Hersteller von KUP, im vorliegenden Beitrag liegt das Hauptaugenmerk auf einem speziellen Pumpentyp, den sogenannten LUV-Pumpen (La Montkessel; Umwälzpumpe; vertikaler Einbau).
Die ersten LUV KUP wurden laut Hersteller [1] ab 1953 in Spiralgehäuseausführung als
Gusskonstruktion aus GS-24 CrNiMo 3 2 5 ausgeführt und in Dampfkraftwerken und anderen Industrieanwendungen eingesetzt. Mit der Zeit wurden die LUV KUP-Gehäuse konstruktiv stetig weiter entwickelt. Dies betraf sowohl die geometrische Ausgestaltung der Gehäuse (Spiral, Ring und Kugelgehäuse), das Herstellungsprinzip (Guss, kombinierte Schmiede/Schweißkonstruktion und Schmiedekonstruktion) als auch die Werkstoffwahl. Hier kamen u. a. niedriglegierte Stahlgusssorten wie GS-24 CrNiMo 3 2 5 und G17CrMoV5-10 sowie der unter der Kurzbezeichnung WB36 bekannte niedriglegierte warmfeste Werkstoff 15NiCuMoNb564 als Schmiedevariante zum Einsatz [1].
Im Folgenden sind vor allem die Kugelgehäuse als Schmiede/Schweißkonstruktion von Interesse, weshalb auf deren konstruktive Gestaltung näher eingegangen wird. Ab 1980 wurden LUV-Pumpengehäuse aus einer geschmiedeten Halbkugel mit einem angeschweißten Flanschring zur Aufnahme der Spannbolzengewinde und angeschweißten Saug und Druckstutzen hergestellt und in Dampfkraftwerken eingebaut. Eine konstruktive Eigenheit dieser Gehäusevariante ist eine Handhabungsnut im Übergang der Halbkugel in den Flansch ring (B i l d 3 ). Eine axial-radial eingebrachte Entwässerungsbohrung mündet in dieser Nut und dient der Entleerung des Pumpengehäuses vor Demontage der PumpenMotoreinheit.
Modernere Gehäuseausführungen verzichten auf die Handhabungsnut und werden stattdessen mit einem Radius im Übergang zwischen Flansch und Kugel ausgeführt. Das aufgrund des Schadensereignisses vom 12. Mai 2014 optimierte Gehäusedesign der LUV KUP zeichnet sich durch einen großen (milden) Radius zwischen
Absenken aufTeillast
Block-abfahrt
Wiederanfahrt nachWE-Stillstand
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Bild 2. Verfahrenstechnische Kenngrößen des Umwälzsystems für den Lastfall Teillast sowie einen An- und Abfahrvorgang.
HalbkugelförmigesPumpengehäuse
Saugstutzen
Bruchfläche/Riss
VerbindungsnahtHalbkugel/Flansch
Pumpengehäuse- Rissflansch
Druckstutzen
Entwässerung
Handhabungsnut
Bild 3. Prinzipieller Aufbau eines KUP-Gehäuses mit Handhabungsnut und Lage des auslösenden Risses für das Versagen [1, 4].
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Kugel und Flansch sowie einer spannungstechnisch optimierten Lösung für die Lage der Entwässerungsbohrung aus. Ferner kommt diese Gehäusebauart mit nur einer Schweißnaht zwischen Halbkugel und Druckstutzen aus – Saugstutzen, Halbkugel und Flansch werden aus einem Schmiedestück spanend gefertigt.
Neben dem Pumpengehäuse sind der Läufer mit Laufrad, das Leitrad, die Wärmesperre, das Motorgehäuse mit Statoreinschub und Klemmkasten, das Axiallagergehäuse mit Axiallager und der Motorkühler wesentliche Baugruppen einer modernen KUP Typ LUV (B i l d 4 ). Das Pumpengehäuse wird an Saug und Druckstutzen in die Umwälzleitung des Kessels mittels Rundnähten eingebunden, der MotorPumpeneinschub durch Spannbolzen mit dem Gehäuse verbunden. Die Vorspannkraft wird bei der Montage durch thermische Längung der Bolzen, skalenteilig definiertem Verdrehwinkel der Spannmuttern und abschließendem Erkalten realisiert. Charakteristisch für diese Pumpenart sind die Wärmesperre zwischen Gehäuse und
MotorPumpeneinschub um den Wärmeübergang vom Gehäuse auf die Motorseite zu reduzieren sowie der stopfbuchslose Nassläufermotor.Im betriebsbereit eingebauten Zustand wird das KUP-Gehäuse bis an die Flanschunterseite sowie die Saug und Druckleitungen isoliert.
Reaktionen auf den Schadensfall
Im Anschluss an das Schadensereignis vom Mai 2014 war die eigentliche Schadensursache aufgrund der aus Sicherheitsgründen sehr eingeschränkten Zugänglichkeit zum Schadensort für längere Zeit unklar. Anschließend durchgeführte umfangreiche Untersuchungen des Betreibers [3] bestätigten die ursprüngliche Vermutung, dass sich der Schadensort im Umwälzsystem befand, wobei das Bersten der KUP die auslösende Schadensursache darstellte. Der die Havarie auslösende Bruch konnte dem Übergang vom Pumpenflansch zum Pumpengehäuse zugeordnet werden. Bild 3 zeigt eine Übersicht zum prinzipiellen Aufbau des betroffenen KUP-Gehäuses vom Typ LUV sowie die Lage des auslösenden Bruches für das Versagen.Alle weiteren Schäden u.a. an tragenden Strukturelementen wie Decken und Bühnen sowie an Rohrleitungen und weiteren Einrichtungen des Kessel und Maschinenhauses konnten als Sekundärschäden identifiziert werden.
Übergeordnete Maßnahmen auf VerbandsebeneWie im Anschluss an derartige größere Schadensereignisse üblich wurde das Thema vom VGB PowerTech e.V. als zuständigem europäischem Fachverband für die Strom und Wärmeerzeugung aufgenommen, federführend koordiniert und im Rahmen der Zuständigkeit bearbeitet.Als zeitnahe Reaktion auf den Schadensfall wurden vom VGB Mitte Juni 2014 erste Informationen in Form eines Newsletters sowie Mitte Juli 2014 eine konkrete, detaillierte Mitgliederinformation an die Mitgliedsunternehmen verteilt. Parallel hierzu wurden durch die nationalen und internationalen Serviceniederlassungen des KUP-Herstellers alle Kunden in entsprechender Weise informiert. Zu Anfang bestand die Hauptaufgabe des Verbandes vordergründig in der Koordinierung der Maßnahmen auf Betreiberseite und in der Zurverfügungstellung einer Kommunikationsplattform. Weiterhin wurde die
Laufrad
Pumpengehäuse
Leitrad
Kühler
Klemmkasten
Saugstutzen
Druckstutzen
Wärmesperre
Spannbolzen
Pumpengehäuse-entwässerung
Nassläufermotor(Stator)
Motorgehäuse
Axiallagergehäuse
Bild 4. Schematische Darstellung einer stopfbuchslosen Nassläufer Umwälzpumpe vom Typ LUV [2].
Arbeitskreis Arbeitskreis Arbeitskreis ArbeitskreisVerfahrenstechnik Datenerfassung Prüfumfang/-verfahren Berechnung und WKP- Betreiber - VGB - Betreiber - Betreiber - Hersteller - VGB- VGB - Betreiber - ZfP-Dienstleister - Berechnungsdienstleister/-institute
Arbeitsgruppe „AG Kesselumwälzsysteme“- VGB (Werkstofflabor und Berater)- Betreiber (Dong, EnBW, E.ON, ESKOM, Evonik, GOF Suez, GKM, KNG, KWM, RWE, Steag, Vattenfall, ... )- Serviceunternehmen für Anlagentechnik (E.ON Anlagenservice)- ZfP-Dienstleister - Hersteller - ZÜS
Arbeitspaket Kommunikation- VGB- Hersteller
ArbeitspaketUnterstützung/Beratung- VGB - Hersteller- ZfP-Dienstleister
ArbeitspaketBenachbarte Komponenten- VGB - Betreiber
ArbeitspaketReparaturvarianten- Hersteller- Betreiber
Bild 5. Übersicht zur Zusammensetzung und den Arbeitspaketen der VGB-Arbeitsgruppe „AG Kesselumwälzsysteme“.
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Informationsbeschaffung für die KUP und deren Schädigungsmechanismen sowie die Bereitstellung aktueller Informationen für betroffene Beteiligte – national und international – vorangetrieben. Hierzu wurde auf VGBVerbandsebene die Arbeitsgruppe „AG Kesselumwälzsysteme“ installiert. Mitglieder dieser Arbeitsgruppe waren bzw. sind neben Kraftwerksbetreibern und dem Hersteller der geschädigten KUP auch Prüfunternehmen für die zerstörungsfreie Prüfung der betroffenen Komponenten sowie Vertreter der zugelassenen Überwachungsstelle (ZÜS) gemäß deutscher Betriebssicherheitsverordnung. Die Zusammensetzung der VGB „AG Kesselumwälzsysteme“, deren Unterarbeitskreise und die zugeordneten Arbeitspakete sind B i l d 5 zu entnehmen.
Wie sich relativ früh erkennen ließ, handelte es sich bei der Schädigung des Pumpengehäuses für das Schadensereignis vom 12. Mai 2014 um keinen Einzelfall, insbesondere was bestimmte konstruktive Ausführungen der KUP des Typs LUV anbetraf. Aus diesem Grund fand im ersten Halbjahr im Anschluss an das Schadensereignis monatlich mindestens ein Arbeitskreistreffen statt, in welchem zu Anfang der Informationsaustausch und die Festlegung einer einheitlichen Vorgehensweise für die koordinierte Befundung potenziell betroffener KUP im Vordergrund standen. Die Festlegung dieser Vorgehensweise gestaltete sich schwierig, da sie zu einem Zeitpunkt erfolgen musste, zu dem die inzwischen vorliegenden Erkenntnisse hinsichtlich diverser Randbedingungen wie z.B. welche Pumpentypen sind konkret betroffen, was sind die Schadensursachen in Bezug auf die Komponente aber auch auf die Betriebsbedingungen etc. noch nicht einmal im Ansatz bekannt waren. Innerhalb der „AG Kesselumwälzsysteme“ gelang es mittels einer konstruktiven und intensiven Zusammenarbeit aller Beteiligten die auf einer Gefährdungsbewertung basierende weitere Vorgehensweise abzustimmen und festzulegen. Auf dieser Basis konnte den Betreibern ein Weg aufgezeigt werden, die in den Erzeugungsanlagen befindlichen KUP auf mögliche Schäden in einer Weise zu befunden, die einerseits den sicheren Betrieb der Anlagen und andererseits die gesicherte Erzeugung der elektrischen und thermischen Energie zum Ziel hatte. Anfang August 2014 wurde deshalb eine weitere Mitgliederinformation veröffentlicht. Hauptbestandteile dieser Information waren insbesondere eine Prioritätseinstufung in Betrieb befindlicher, unterschiedlicher konstruktiver Ausführungen von KUP des Typs LUV, ein Ablaufdiagramm zur Befundung und gegebenenfalls weiteren Behandlung dieser Pumpen sowie Empfehlungen zur Durchführung von zerstörungsfreien Prüfungen. Insgesamt wurden 4 Prioritätseinstufungen vorgenommen, wobei dem Pumpentyp: Kugelgehäuse
aus geschmiedetem Werkstoff WB36 mit vorhandener Handhabungsnut im Bereich des Gehäuseflansches die Prioritätsstufe I zugeordnet wurde. Bei der geborstenen KUP des Schadensereignisses handelte es sich genau um diese Ausführung. Abhängig vom jeweiligen konkreten Pumpentyp (Guss bzw. Schmiedeausführung, Kugel bzw. Ring oder Spiralgehäuse, Baujahr, etc.) und der damit einhergehenden Prioritätseinstufung wurden Empfehlungen zu Zeitpunkt, Ort und Verfahren geeigneter zerstörungsfreier Prüfungen ausgesprochen. Für KUP der Prioritätseinstufung I bedeutete dies im konkreten Fall: Sofortige Klärung und unverzügliche Einleitung notwendiger Maßnahmen (z.B. Untersuchungen). Für Gehäuse geringerer Prio-ritätseinstufungen ergaben sich deutlich abgeschwächte Vorgaben zur Durchführung erforderlicher Maßnahmen. So wurde z.B. für PrioIIIPumpen die Durchführung erforderlicher Maßnahmen innerhalb von 2 Jahren empfohlen. Hierbei ist zu beachten, dass der Betreiber mittels einer Gefährdungsbeurteilung die Prüffristen sowie Art und Umfang der Prüfungen seiner KUP zu ermitteln und dabei die empfohlenen Prüffristen ggf. anzupassen hat, z.B. in Abhängigkeit von Termin und Umfang vorausgegangener Prüfungen. Im Rahmen einer VGBInformationsveranstaltung am 19. September 2014 wurde umfassend zu den Themen Herstellung, aktuelle Erkenntnisse aus dem Schadensfall Mai 2014 sowie Prüfung und Reparatur von LUV-KUP berichtet. Auf internationaler Ebene fand im April 2015 eine Information innerhalb des VGB Workshops „Materials and Quality Assurance“ in Linkebeek/Belgien zum vorliegenden Kenntnisstand und den aktuellen Entwicklungen statt. Darüber hinaus wurden inzwischen zwei kleinere Forschungsvorhaben auf dem Gebiet der Versagensbeurteilung von KUP initiiert und teilweise bereits durchgeführt. Wesentliche Zielstellungen dieser Vorhaben, die zum einen über die VGBForschungsstiftung und zum anderen unter Beteiligung der Industrie stattfinden, sind spezifische Untersuchungen zu Versagensmechanismen, der Anwendung bruchmechanischer Berechnungsmethoden, der Ermittlung von dafür erforderlichen Werkstoffdaten – auch unter Medieneinfluss – sowie die Erarbeitung einer übergeordneten systematischen Herangehensweise zur Zustandsbewertung derartiger Komponenten.
Maßnahmen innerhalb der EnBWDa der Block A des Kraftwerks Rostock (KRO A) das Schwesterkraftwerk zu demjenigen Kraftwerk ist, in dem sich der Schaden der KUP ereignete, war insbesondere für die KUP von Rostock A hohe Sensibilität und sofortiger Untersuchungsbedarf geboten. Betrieben wird das Kraftwerk Rostock von der Kraftwerks und Netzgesellschaft mbH (KNG), Anteilseigner sind die EnBW AG
mit 50,4 % und die Rheinenergie AG mit 49,6 %. Zusätzlich wurden innerhalb des EnBWKraftwerksparks zwei weitere PrioI-KUP identischer Ausführung zur KUP Rostock A identifiziert: Block 7 des Kraftwerks Heilbronn (HLB 7) und Block 7 des Rheinhafendampfkraftwerks Karlsruhe (RDK 7). Da an weiteren Standorten neben Rostock, Heilbronn und Karlsruhe eine größere Anzahl weiterer KUP aller Prioritätseinstufungen vorhanden ist und einer Befundung zu unterziehen war, wurde die zentrale Technik der EnBW mit der übergeordneten koordinierenden Bearbeitung dieses Themas im eigenen Erzeugungspark und in den Erzeugungsanlagen der Beteiligungen eingebunden. Im Folgenden sollen für drei unterschiedliche KUP-Ausführungen die durchgeführten Untersuchungen, Maßnahmen und umgesetzten Reparaturen dargestellt werden. Die im Zuge dieser Schritte erhaltenen Befunde sowie daraus abgeleitete Maßnahmen werden in den nachfolgenden Abschnitten vorgestellt.
Kesselumwälzpumpen KRO A, RDK 7 und HLB 7Bei diesen KUP handelt es sich um nahezu baugleiche Ausführungen der Variante Kugelgehäuse geschmiedet mit Schweißnaht zwischen Gehäuseober und unterteil sowie Handhabungsnut, also KUP der Prioritätseinstufung I. Die Durchführung der Befundungsmaßnahmen an diesen KUP fand aufgrund der unmittelbaren zeitlichen Nähe zum Schadensereignis unter der Randbedingung statt, dass weder Informationen zur Schadenursache noch Empfehlungen zur Befundung vorlagen. Es konnte zu diesem Zeitpunkt nicht einmal ausgeschlossen werden, dass es sich möglicherweise um das aus der Literatur bekannte Werkstoffproblem des WB36 (Thema Werkstoffversprödung) handeln könnte [5 bis 11].Bereits Ende Mai 2014 wurden an der KUP von KRO A erste endoskopische Befundungen durch eine abgetrennte Entwässerungsleitung vorgenommen, mit dem Ergebnis visuell deutlich erkennbarer umlaufender Risse in der Handhabungsnut. Eine im gleichen Zeitraum durchgeführte konventionelle Ultraschall-Prüfung von der Außenoberfläche konnte die visuell erkennbaren Risse nicht detektieren. Rückwandechos, Spannbolzen und Wanddickenübergänge waren jedoch klar zu erkennen. Ergänzt wurden diese Prüfungen durch Gefügeabdrücke (Replica) und Härtemessungen an der Außenoberfläche. Aufgrund inzwischen vorliegender zusätzlicher Erkenntnisse wurden Ende Juni 2014 mechanisierte Phased-Array-Ultraschallprüfungen (mech. PA-UT) ebenfalls von der Außenoberfläche zur Risstiefenbestimmung durchgeführt. Hierbei ergaben sich Risstiefen bis zu 30 mm bei einer Wanddicke von 74 mm im Bereich der Handhabungsnut, was in letzter Konsequenz dazu führte, dass ein Weiterbetrieb der KUP
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unter den vorliegenden Bedingungen als nicht mehr verantwortbar bewertet wurde.Der Kraftwerksblock RDK 7 wurde aufgrund eines Stillstandes im Zeitraum Mai/Juni 2014 nicht betrieben. Deshalb konnte dessen KUP Mitte Juni 2014 im demontierten, d.h. geöffneten Zustand befundet und die Innenoberflächen des Kugelgehäuses mittels Farbeindringtechnik (PT-Prüfung) direkt untersucht werden. Die Gefügeabdrücke und Härtemessungen wurden ebenfalls an der Innenoberfläche durchgeführt. Auch hier waren umlaufende Risse im Bereich der Handhabungsnut bereits visuell erkennbar und konnten durch die PTPrüfung bestätigt werden. Eine im Anschluss durchgeführte mech. PA-UT-Prüfung ergab Risstiefen zwischen 25 und 50 mm bei einer Gesamtwanddicke von rund 65 mm. Wie bei den anderen KUP lagen die Risse ca. 15 mm neben der Werksschweißnaht, die den Flansch mit dem Kugelgehäuse verbindet. B i l d 6 zeigt die Ergebnisse der mech. PA-UT-Prüfung, aus denen sich der Verlauf, die Front und die Lage des umlaufenden, weit fortgeschrittenen Risses erkennen lassen. Die Ergebnisse der Replica und Härteuntersuchungen ergaben keine Auffälligkeiten. Die gravierenden umlaufenden Rissbefunde führten hingegen zur Entscheidung, auf eine Wiederinbetriebnahme der geschädigten KUP RDK 7 zu verzichten.Aufgrund der erheblichen Rissbefunde in den KUP der Kraftwerke KRO A und RDK 7 wurde die baugleiche KUP des Kraftwerkes HLB 7 unverzüglich außer Betrieb genommen und das Kraftwerk mit abgesperrter KUP vorübergehend weiterbetrieben. Im vorliegenden Fall war dies – allerdings mit Einschränkungen für den Kraftwerksbetrieb – möglich, da die KUP über vorhandene Armaturen in den Saug und Druckleitungen vom übrigen Kessel absperrbar
ist. Nachfolgend durchgeführte mech. PAUT-Prüfungen an der KUP HLB 7 ergaben auch hier umlaufende Rissbefunde in der Handhabungsnut, allerdings mit geringeren Risstiefen von bis zu 10 mm. Auch dieser Befund hatte zur Konsequenz, dass ein Weiterbetrieb der geschädigten KUP ausgeschlossen wurde. Als bemerkenswerter Sachverhalt für die KUP HLB 7 ist zu erwähnen, dass auch außerhalb der Handhabungsnut, in der sich üblicherweise die Risse befinden, eine Rissanzeige detektiert wurde. Diese Rissanzeige lag genau in einer konkaven Kante, die aus einem unstetigen Übergang der mechanischen Bearbeitung der Innenoberfläche herrührte.
Die Entscheidung, die geschädigten KUP der Anlagen KRO A, RDK 7 und HLB 7 nicht weiter zu betreiben hatte weitreichende Folgen für den Kraftwerksbetrieb. Kann wie im Fall HLB 7 die KUP nicht über Armaturen vom restlichen Dampfkessel abgesperrt werden, bleibt zur Vermeidung eines kompletten Erzeugungsausfalles der betroffenen Anlage nur die Möglichkeit die KUP von den zu- und abführenden Leitungen abzutrennen und die Leitungen mit geeigneten Böden zu verschließen. Diese Variante wurde für das Kraftwerk Rostock mit vergleichsweise hohem Aufwand umgesetzt, um zumindest während der Instandsetzungsphase der KUP einen, wenn auch eingeschränkten, Kraftwerksbetrieb aufrechterhalten zu können. Für die Instandsetzung erheblich rissbehafteter KUP-Gehäuse gibt es im Grundsatz zwei Optionen: Zum einen die komplette Neufertigung des KUP-Gehäuses, welche mit hohem Aufwand und damit langen Lieferzeiten und hohen Kosten verbunden ist. Alternativ existiert die Möglichkeit einer Teilinstandsetzung des KUP-Gehäuses durch Abtrennen des geschädigten und Anschweißen eines neuen geschmiedeten Flanschringes. Diese Variante ist we
niger aufwendig und somit schneller und günstiger. Im Vergleich zur kompletten Neufertigung des Gehäuses hat die Teilinstandsetzung lediglich den Nachteil, dass aufgrund der zu berücksichtigenden, insbesondere geometrischen, Randbedingungen nicht alle Optimierungsmöglichkeiten (Wegfall Handhabungsnut und Verbindungsschweißnaht Kugeloberteil/Flansch, etc.) realisierbar sind, wie dies bei einer kompletten Neufertigung der Fall ist. Im Vergleich zur ursprünglichen Ausführung der KUP hat die Teilinstandsetzung keine Nachteile. Sie kann bei Umsetzung der realisierbaren Optimierungen wie z.B. Vergrößern von Radien sogar eine im Vergleich zur bisherigen Konstruktion erhöhte rechnerische Lebensdauer im hoch beanspruchten Bereich des Flansches erzielen.
Am Standort Altbach/Deizisau werden im Heizkraftwerk HKW 1 eine LUV-KUP in der Ausführung eines gegossenen Ringgehäuses aus G17CrMoV5-10 und im Heizkraftwerk HKW 2 eine LUV-KUP in der Ausführung eines geschmiedeten Kugelgehäuses aus WB36 ohne Handhabungsnut betrieben. Beide KUP sind der Prioritätsstufe III zugeordnet und somit im Vergleich zu den KUP KRO A, RDK 7 und HLB 7 deutlich weniger kritisch zu bewerten. Allerdings haben die KUP dieser beiden Blöcke aufgrund ihres spezifischen Einsatzes als Mittellastblöcke vergleichsweise hohe Schaltspielzahlen und wurden deshalb ebenfalls einer zeitnahen Befundung unterzogen. An der geschmiedeten KUP HKW 2 wurden lediglich vereinzelte, kurze lineare Anzeigen detektiert und nach Vorgabe des Herstellers ausgeschliffen. Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang allerdings der Sachverhalt, dass die Rissbefunde deutlich erkennbar in Drehriefen und/oder Korrosionspittings starteten. Abschließend wurde an der KUP HKW 2 eine mech. PA-UT-Prüfung durchgeführt. Die Prüfung verlief befundfrei und erfolgte unter den Bedingungen einer Nullaufnahme.
Bei allen bisher im EnBWKraftwerkspark befundeten KUP handelte es sich um geschmiedete Ausführungen. Deshalb war die Prüfung der KUP HKW 1 als Gussvariante ein Novum, insbesondere im Hinblick auf die PA-UT-Prüfung. Im Gegensatz zum Schmiedewerkstoff sind im Gussmaterial gussspezifische zulässige Ungänzen nicht zu vermeiden, sowohl an der Oberfläche als auch im Volumen. Hieraus ergab sich im vorliegenden Fall die Notwendigkeit zusätzlich zur mech. PA-UT-Prüfung von außen eine konventionelle UT-Prüfung von der Innenoberfläche durchzuführen – zumindest bei der Erstprüfung. Es zeigte sich zudem, dass die Interpretation der im Guss naturgemäß vorhandenen Befunde deutlich schwieriger ist, als beim vergleichsweise befundarmen Schmiedematerial. Bei derartigen Anzeigen stellt sich dann typischerweise die Frage, ob es sich
Schweißnaht Bauteilaußenoberfläche
Handhabungsnut
Handhabungsnut
Entwässerung
Handhabungsnut
Verlauf Rissfront C-Scan-Darstellung
360o-Abwicklung
Rissanzeige
Restwanddicke
Innenkontur
Handhabungsnut
Spannbolzengewinde
Bild 6. Exemplarische Ergebnisse der mech. PA-UT-Prüfung und visuell erkennbare Anzeigen in der Handhabungsnut der KUP RDK 7
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Schäden an Kesselumwälzpumpen VGB PowerTech 4 l 2016
hierbei um herstellungs oder betriebsbedingte Befunde handelt. Auch für die KUP HKW 1 ergaben sich diese Fragestellungen und führten – da keine klaren Antworten gefunden werden konnten – letztendlich zur Notwendigkeit einer Nachprüfung innerhalb einer Jahresfrist. Zur Vermeidung dieser vergleichsweise kurzen Frist der wiederkehrenden Prüfung hätte alternativ über umfangreiche bruchmechanische Berechnungen und Bewertungen der sichere Betrieb der KUP nachgewiesen werden müssen. Dieser alternative Weg wurde im vorliegenden Fall aus Sicht des Betreibers aber als weniger zielführend bewertet und somit nicht beschritten.
Schadensanalyse
An den drei im Zuge der Schweißreparatur ausgetauschten Flanschringen aus den Kraftwerken RDK 7, KRO A und HLB 7 wurden in Zusammenarbeit mit der MPA Universität Stuttgart detaillierte Untersuchungen [12] mit folgender Zielstellung durchgeführt:
– Metallo- und fraktographische Untersuchungen zur Identifikation des Mechanismus der Rissentstehung und ausbreitung.
– Abgleich der tatsächlichen Risstiefe mit den Ergebnissen der mech. PA-UT Messungen.
– Aussage über das Werkstoffverhalten des betriebsbeanspruchten WB36 (mechanisch-technologische Kennwerte).
– Überprüfung der chemischen Zusammensetzung mittels optischer Emissionsspektroskopie (OES).
Aufgrund der zuerst für den Flanschring aus RDK 7 vorliegenden Ergebnisse konnte der Untersuchungsumfang an den zeitlich verzögert bereitstehenden Flanschringen aus KRO A und HLB 7 angepasst bzw. reduziert werden.
In einem ersten Schritt wurden die Brennschnittflächen an den Flanschringen mechanisch geglättet und Grate entfernt. Durch eine UT-Prüfung mittels Senkrechteinschallung von der Brennschnittfläche
aus wurde der Verlauf der Rissausbreitung über den Umfang bestimmt, siehe B i l d 7.
Für weitergehende Untersuchungen wurden die Flanschringe mit radialen Trennschnitten zerteilt, an den Schnittflächen wurden anschließend Oberflächenrissprüfungen mit dem Magnetpulververfahren (MT) durchgeführt. Exemplarische Ergebnisse dieser MTPrüfung am Flanschring der KUP aus RDK 7 sind ebenfalls in Bild 7 dargestellt.
Für die Betreiber von KUP ist die Möglichkeit einer zerstörungsfreien Prüfung – inclusive einer ggf. erforderlichen Größenbestimmung detektierter Risse – der als kritisch eingestuften Bauteilbereiche der KUP-Gehäuse ohne die Notwendigkeit der Demontage der MotorPumpeneinheit von entscheidender Bedeutung. Ziel der oben beschriebenen Risstiefenbestimmung durch UT-Senkrechteinschallung und MT-Prüfung war die Validierung der mittels mech. PA-UT-Prüfung von der Außenoberfläche des KUP-Gehäuses bestimmten Risskonfigurationen (Lage und Ausdehnung). In Bild 7 links sind die ermittelten Risstiefen der drei Untersuchungsmethoden für den Flanschring aus dem RDK 7 vergleichend dargestellt. Hier und bei den analog untersuchten Flanschringen aus KRO A und HLB 7 ist eine sehr gute Übereinstimmung der Ergebnisse festzuhalten. Mit der mech. PA-UT-Prüfung steht somit ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zur Verfügung, mit dem eventuell vorhandene Risse in KUP-Gehäusen von der Außenoberfläche sicher zu detektieren sind und eine Risstiefenbestimmung durchführbar ist.Zur Überprüfung der Werkstoffeigenschaften des betriebsbeanspruchten WB36 wurden Zug und Kerbschlagbiegeproben aus dem Flanschring RDK 7 entnommen. Ferner wurden sowohl Makrohärte als auch Kleinlasthärteprüfungen nach Vickers
ca. 60 mm
EntwässerungBrennschnittebene
Riss(schematisch)
UT konventionell(Senkrechteinschallungvon der Trennschnitt-ebene)
Entwässerung
UT konventionellMech. PA-UTOFR MT
270o 90o
180o
0o5o
Risstiefe(Projektion)
Bild 7. Ergebnisse der Risstiefenbestimmung mittels Senkrechteinschallung und exemplarische MT-Ergebnisse an radialen Trennschnitten [12]
Detail #4 (rot. 90o cw)poliert
OxidgefüllteNebenrisse
Detail #8 (rot. 90o cw)geätzt
BainitischeMikrostruktur
BainitischeMikrostruktur
Bainitische Mikrostruktur
2-phasigeOxidschicht
Detail #1 (rot. 90o cw)geätzt
Tran
skris
talli
n
Bild 8. Exemplarische Ergebnisse metallographischer Untersuchungen an radial angefertigten Schliffen [12].
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VGB PowerTech 4 l 2016 Schäden an Kesselumwälzpumpen
durchgeführt. Die an axial und tangential entnommenen Proben bei Raumtemperatur durchgeführten Zugversuche nach DIN EN ISO 6892-1 zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Anforderungen des VdTÜV-Werkstoffblatts 377/3 [13] an Schmiedestücken aus WB36. An sechs Kerbschlagbiegeproben mit Charpy-V-Kerb wurden bei Temperaturen zwischen –20 °C und +50 °C die verbrauchten Schlagenergien gemäß DIN EN ISO 1481 ermittelt.Generell liegen die ermittelten verbrauchten Schlagenergien sowohl bei 0 °C als auch bei +20 °C mit rd. 50 J bzw. rd. 80 J deutlich über den gemäß VdTÜVWerkstoffblatt [13] sowohl für die Längs- als auch für die Querrichtung des Stahls WB36 geforderten Mindestschlagenergien.Eine graphische Auswertung dieser Ergebnisse zeigt eine Übergangstemperatur des betriebsbeanspruchten Flanschringwerkstoffs zwischen der Hochlage bei ca. 150 J und der Tieflage bei ca. 50 J mit einem Mittelwert von rd. 100 J bei etwa +5 °C, die Bewertung des Zähbruchanteils von ca. 50 % (FATT 50) ergibt ebenfalls eine Übergangstemperatur von etwa +5 °C. Die chemische Zusammensetzung des Flanschrings wurde mittels optischer Emissionsspektroskopie (OES) an zwei Stellen analysiert. Auch bei dieser Untersuchung konnten keine erwähnenswerten Abweichungen zu den Vorgaben des VdTÜVWerkstoffblatts [13] festgestellt werden.Weiterhin wurden an dem abgetrennten Flanschring aus RDK 7 detaillierte metallo- und fraktographische Untersuchungen zur Identifikation des Mechanismus der Rissentstehung und ausbreitung durchgeführt.Im B i l d 8 sind einige Ergebnisse dieser Untersuchung exemplarisch dargestellt.
In der Übersicht ist der komplette Rissverlauf und sehr deutlich der lokale thermische Einfluss des Brennschnitts zu sehen. Auch der Wärmeeinfluss der ehemaligen Schweißung zwischen dem Flanschring und dem Pumpengehäuse ist sehr gut zu erkennen. Außer diesen thermisch beeinflussten Bereichen wird bei allen weiteren Untersuchungen das für diesen Werkstoff typische homogene, bainitische Vergütungsgefüge festgestellt. An der Bauteiloberfläche ist der Rissbeginn klaffend und mit Oxiden belegt. Bei höherer Vergrößerung wird sichtbar, dass der hier auf beiden Rissflanken jeweils rd. 100 µm bis 200 µm dicke Oxidbelag zweiphasig ist.
Dem Rissverlauf folgend wird das Klaffen des Risses naturgemäß immer geringer, die Oxidschichtdicken nehmen ab, es werden auch zunehmend mit Oxid gefüllte Nebenrisse gefunden. Vereinzelt kann insbesondere bei Nebenrissen interkristallines Risswachstum festgestellt werden, meistens erfolgte sowohl das Haupt als auch das Nebenrisswachstum hingegen transkristallin.
Im Zuge der Schadensanalyse wurde von der MPA Universität Stuttgart auch eine Vielzahl mikrofraktographischer Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskop (REM) an zuvor unter flüssigem Stickstoff aufgebrochenen Segmenten des Flanschrings RDK 7 durchgeführt.
Dabei wurden eindeutige Hinweise für ein zyklisches Risswachstum ausgehend von Korrosionsnarben in der Oberfläche der Handhabungsnut ermittelt, siehe B i l d 9 . Unter dem REM konnten Bruchlinien mit dazwischen befindlichen Bruchbahnen, ungefähr rd. 250 Rastlinien sowie nahe dem Übergang zum Laborbruch auch Schwingstreifen mit Abständen von rd. 2 µm nachgewiesen werden. Es ist allerdings mit gewisser Wahrscheinlichkeit
davon auszugehen, dass die zum Teil starke Oxidation sowie möglicherweise auch die nachfolgende Reinigung der im Labor freigelegten Rissflanken mittels elektrolytischen Verfahren (Endox) besonders die feinen und damit sehr empfindlichen zyklisch entstandenen Bruchmerkmale wie z.B. Schwingstreifen in vormals stark oxidierten Bereichen weitgehend entfernt hat, was sich erschwerend auf die Auswertung der Rastlinienzahl auswirkt.
An dieser Stelle muss erwähnt werden, dass in Rissbereichen kurz vor dem Laborbruch Schwingstreifen mit Abständen von lediglich ca. 2 µm ermittelt werden konnten, was Rückschlüsse auf die Rissfortschrittsgeschwindigkeit zulässt. Daher ist davon auszugehen, dass trotz der massiven Schädigung des KUP Gehäuses (hier für RDK 7, Risstiefen mit bis zu 75 % der Wanddicke) der zyklische Rissfortschritt stabil und mit sehr geringen Rissfortschrittsraten erfolgt ist. Diese Feststellung ist im Einklang mit den Untersuchungsergebnissen des Schadensereignisses vom 12. Mai 2014 und zumindest qualitativ vergleichbarer, bruchmechanischer Berechnungen, die im Unterarbeitskreis „Berechnung und WKP“ der VGB „AG Kesselumwälzsysteme“ vorgestellt wurden.
Schadensursache, daraus abgeleitete Erkenntnisse und weiteres Vorgehen
SchadensursacheAus den umfangreichen Untersuchungen der geschädigten KUP KRO A, RDK 7 [12] und HLB 7, sowie den zwischenzeitlich vorliegenden Erkenntnissen anderer Betreiber, insbesondere für das Schadensereignis vom 12. Mai 2014 [3], lassen sich als Schadensursache an den betroffenen KUP
Rissflanke
Entlastungsnut
REM6
REM5
REM4
REM3
REM2REM1
S1.2
bl.1
Laborbruch
Betriebsriss Betriebsriss
Laborbruch
Schwing-streifen
ca. 2μm
zyklisches Risswachstum
Bild 9. Exemplarische Ergebnisse mikrofraktographischen REM-Untersuchungen an aufgebrochenen Proben [12].
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Schäden an Kesselumwälzpumpen VGB PowerTech 4 l 2016
des Typs LUV nachfolgende wesentliche Sachverhalte zusammenfassen:
– Bei den festgestellten Schäden handelt es sich um Ermüdungsrisse.
– Der spannungstechnisch höchstbeanspruchte Bereich liegt in der Handhabungsnut – nicht wie im Rahmen der Auslegung der KUP angenommen am Ausschnitt des Druck bzw. Saugstutzens – und korrespondiert mit den Bereichen der festgestellten (An)risse.
– Die primäre Rissinitiierung kann vermutlich lokalen Effekten, z.B. geometrischen Unstetigkeiten wie Riefen oder Bearbeitungskanten aber auch Korrosionspittings, zugeordnet werden. Aufgrund der dort vorhandenen höheren Kerbspannung haben sich die ersten Anrisse gebildet. Die weitere Rissausbreitung erfolgte durch zyklische Betriebsbeanspruchung. Dieses Phänomen fand mit hoher Wahrscheinlichkeit annähernd zeitgleich über den gesamten Umfang verteilt statt, deshalb sind die Risse in den meisten Fällen nahezu umlaufend.
– Ein schwingfestigkeitsreduzierender Einfluss durch den Mechanismus der dehnungsinduzierten Risskorrosion kann nicht ausgeschlossen werden.
– Ein Einfluss der Schweißnaht bzw. der Schweißtechnologie sowie des Grundwerkstoffes auf den Schaden konnte nicht festgestellt werden.
– Es ist davon auszugehen, dass auch bei starker Schädigung des KUP Gehäuses (im Fall RDK 7 Risstiefen mit bis zu 75 % der Wanddicke) der zyklische Rissfortschritt stabil und mit sehr geringen Rissfortschrittsraten erfolgt ist.
– Beim Schadensereignis vom 12. Mai 2014 ist das letztendlich schlagartige Versagen des Pumpengehäuses auf den Übergang vom stabilen in den instabilen Rissfortschritt zurückzuführen.
Die Erkenntnisse aus diversen Untersuchungen, Schadensanalysen sowie ergänzender Berechnungen beim Hersteller, den Betreibern und auch Gutachtern zeigen eine gute Übereinstimmung.
Gewonnene ErkenntnisseAbgeleitet aus den Schadensursachen ergab sich eine Vielzahl neuer Erkenntnisse im Hinblick auf eine zukünftige bestmögliche Vermeidung vergleichbarer Schäden. So können bereits zum Zeitpunkt der Auslegung und Konstruktion eine Reihe von Verbesserungen umgesetzt werden. Der Verzicht auf die früher übliche Handhabungsnut zugunsten von sanften Übergängen mit möglichst großen Radien führt zu deutlich geringeren Bauteilbeanspruchungen, insbesondere in den hoch beanspruchten Bereichen. Zudem haben die Untersuchungen gezeigt, dass der regelwerksorientierte Ansatz der TRD, der die Innenkanten der Stutzenausschnitte als ermüdungsrelevante Stellen identifiziert, für die komplexe Geometrie des Pum
pengehäuses nicht ausreicht [3]. Nachrechnungen mit den heute zur Verfügung stehenden Methoden der Finite Elemente (FEM) zeigten, dass der Bereich der Handhabungsnut die hoch beanspruchte Stelle bei den geschädigten KUP der Prioritätsstufe I darstellte. Die Auslegung muss zusätzlich zur statischen auch die zyklische Absicherung beinhalten. In der Fertigung ist insbesondere der Realisierung einer geringen Rauigkeit und sanfter Übergänge an den Innenoberflächen große Bedeutung beizumessen. In hoch beanspruchten Bereichen sollten spannungserhöhende Einflüsse, wie z.B. Entwässerungsbohrungen vermieden werden. Bei der Neufertigung von KUP ist die Durchführung einer Nullaufnahme z.B. mittels mech. PA-UT nach letzter mechanischer Bearbeitung und finaler Wärmebehandlung zu empfehlen, da sich hierdurch Vorteile bei wiederkehrenden Prüfungen in der Zukunft ergeben.
Für die Befundung bereits in Betrieb befindlicher KUP lässt sich feststellen, dass eine visuelle Prüfung (z.B. Endoskopie durch geschnittene Entwässerungsleitung) erste Hinweise auf das Vorhandensein einer Schädigung liefern kann. Eine konventionelle UT-Prüfung ergab zumindest im Fall der KUP KRO A keine zufriedenstellenden Ergebnisse bei der zerstörungsfreien Befundung derart komplexer Geometrien. Mittels mech. PA-UT scheint es jedoch möglich vorhandene Risse zu detektieren und deren Ausdehnung (Länge, Tiefe) belastbar zu ermitteln. Durchgeführte Validierungen der auf diese Weise gemessenen Risstiefen bestätigen dies. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass es sich bei dem eingesetzten mech. PA-UT-Prüfverfahren um ein qualifiziertes Verfahren eines erfahrenen Prüfunternehmens handelt. Für die Erstprüfung betriebsbeanspruchter Schmiedegehäuse ist die mech. PA-UT-Prüfung von außen in der Regel ausreichend. Für die Erstprüfung von Gussgehäusen sollte hingegen zusätzlich zur mech. PA-UT von außen die KUP geöffnet und von innen geprüft werden. Für wiederkehrende Prüfungen bietet die mech. PA-UT von außen eine Alternative zum Öffnen und anschließenden Prüfen der KUP im demontierten Zustand. Dies kann auf Betreiberseite zu deutlichen Einsparungen bei Zeit und Kosten führen. Wie sich mehrfach gezeigt hat, ergeben standardmäßig angebrachte ∆TMessstellen im oberen Bereich des KUP-Gehäuses und die daraus gemäß TRD bzw. DIN EN berechneten Erschöpfungswerte keinen aussagekräftigen Hinweis auf den Schädigungszustand im Bereich der Handhabungsnut. Aus diesem Grund können bei Neufertigungen zusätzliche Temperaturmessstellen für eine bessere Beurteilung von Erschöpfungen bzw. zur Validierung begleitender Rechnungen hilfreich sein.
Für den Fall einer notwendigen Reparatur ist die Reparaturvariante abhängig vom Ziel, das mit der Reparatur verfolgt werden
soll, z.B. der zur Verfügung stehenden Zeit oder den technischen Anforderungen an die Ausführung. Als zeitsparende Variante für eine Reparatur hat sich der Austausch des geschädigten Werkstoffbereichs durch Einschweißen eines neuen Flanschrings erwiesen.
An dieser Stelle soll nicht unerwähnt bleiben, dass durch den betreiberübergreifenden Informationsaustausch im Rahmen der zügig nach dem Schadensereignis vom 12. Mai 2014 etablierten VGB „AG Kesselumwälzsysteme“ weiterer Schaden von der Branche abgewendet werden konnte. Ferner konnten durch die gute interdisziplinäre Zusammenarbeit von Hersteller, Betreiber, Prüffirmen und zugelassener Überwachungsstelle bei der Befundung und ggf. anschließender Reparatur der KUP der EnBW AG die Stillstandszeiten und somit die wirtschaftlichen Verluste auf ein Minimum begrenzt werden.
Weiteres Vorgehen, AusblickIm EnBWErzeugungspark wurden sämtliche KUP hoher Priorität (Prio I und II) nach dem Schadensereignis vom Mai 2014 zeitnah geprüft und wo notwendig repariert bzw. die Risse durch Ausschleifen entfernt. Im Anschluss wurden bzw. werden die KUP geringerer Priorität (III und IV) geprüft. Bisher ergaben sich diesbezüglich keine vergleichbar gravierenden Befunde wie bei den KUP KRO A, RDK 7 und HLB 7 – ein akuter Handlungsbedarf besteht nicht. Für das Kraftwerk HLB 7 wurden darüber hinaus weitere Komponenten im Umwälzkreislauf einer vertieften Betrachtung unterzogen sowie verfahrenstechnische Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, schädigungsrelevante Betriebszustände für die KUP zu identifizieren und ggf. zu minimieren. Schwerpunktmäßig wird hierbei das Warmhaltekonzept betrachtet. In diesem Zusammenhang sind weitere Untersuchungen/Berechnungen (CFD, FEM) zusammen mit dem KUP-Hersteller geplant.
Abhängig von der Art der KUP sowie weiteren Randbedingungen (Alter, Betriebsweise, Befundlage, etc.) wurden für die KUP der EnBW die Zeitpunkte für die wiederkehrenden Prüfungen in Abstimmung mit der ZÜS festgelegt. Hierbei sind die KUP als Teil der überwachungsbedürftigen Dampfkesselanlage definiert, was der generellen Sichtweise der VGBArbeitsgruppe „AG Kesselumwälzsysteme“ entspricht.
Quellen[ 1] Müller, T.: History of Boiler Recirculation
Pump Development and Actual Design – Recommendation for Inspections and Repairs; VGB Workshop Materials and Quality Assurance; April 2015; Linkebeek.
[ 2] Rheinwald, H.: Einfluss der flexiblen Fahr-weise von Kraftwerken auf die Konstruktion von Pumpen am Beispiel einer Kesselum-wälzpumpe, VDI Fachkonferenz Schäden
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VGB PowerTech 4 l 2016 Schäden an Kesselumwälzpumpen
in Pumpensystemen; Dezember 2015; München.
[ 3] Heyner, S.: Zusammenfassung der sicher-heitstechnischen Beurteilung nach §18(2) BetrSichV zum Schadensereignis vom 12.05.2014 im Kraftwerk Staudinger Block 5; https://www.eon.com/content/dam/eon-content-pool/eon/company-asset-finder/asset-profiles/staudinger-power-plant/BetrSich_Staudinger.pdf; November 2014.
[ 4] Bader, M., et al.: Analysis , assessment and processing of the recirculation pump casing damage in the power plant Staudinger Unit 5, VGB Workshop Materials and Quality Assurance, 2015, Linkebeek.
[ 5] Adamsky, F.-J., et al.: Schaden an einer EcoFallleitung eines 600MWBlocks bei der wiederkehrenden Wasserdruckprüfung; VGBKonferenz „Werkstoffe und Schweißtechnik im Kraftwerk 1991“; 1991; Essen.
[ 6] Rau, P., et al.: Schaden und Reparatur an einer Kesseltrommel aus 15 NiCuMoNb 5 (WSB 62); VGBKonferenz „Werkstoffe und Schweißtechnik im Kraftwerk 1991“; 1991; Essen.
[ 7] Jansky, J. et al.: Feedwater piping guillotine breaks at 340 °C operation temperature; Transactions of the 12th Int. Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology; Vol. F, pp. 207-2014; 1993; North-Holland.
[ 8] Adamsky, F.-J., et al.: Betriebserfahrungen mit dem warmfesten Werkstoff 15 NiCu-MoNb 5 in konventionellen Kraftwerksanla-gen; 22. MPA Seminar; 1996; Stuttgart.
[ 9] Roos, E. et. al.: Untersuchungen zur Bildung und Auflösung von Kupferausscheidun-gen im Werkstoff 15NiCuMoNb5 (WB 36) – Folgerungen für die sicherheitstechnische Bewertung; 2. Workshop „Kompetenzverbund Kerntechnik“; 2002; Köln.
[10] Altpeter, I., et al.: Kupferausscheidungen im Werkstoff 15 NiCuMoNb 5 (WB36): Werkstoffeigenschaften und Mikrostruktur, atomistische Simulation, ZfP mittels mikromagnetischer Prüfverfahren; 25. MPA Seminar; 1999; Stuttgart.
[11] Roos, E., et al.: Nachweise und Maßnah-men zur Betriebssicherheit des Werkstoffes WB36; 31. MPA Seminar; 2005; Stuttgart.
[12] MPA Universität Stuttgart: Bericht Nr.: 902 8703 000; Schadensuntersuchung des Flanschrings eines Kesselumwälzpumpen-gehäuses des Rheinhafendampfkraftwerks Karlsruhe (RDK); 2015; Stuttgart.
[13] VdTÜVWerkstoffblatt 377/3 (03.99); Schweißgeeigneter warmfester Baustahl 15NiCuMoNb5, WerkstoffNr. 1.6368; 1999; Essen. l
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