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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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Schäden an Kesselumwälzpumpen VGB PowerTech 4 l 2016

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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Schäden an Kesselumwälzpumpen VGB PowerTech 4 l 2016

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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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

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Bild 8. Exemplarische Ergebnisse metallographischer Untersuchungen an radial angefertigten Schliffen [12].

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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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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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