Ganzheitliches Prüfkonzept für Energieerzeugungsanlagen

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1 Ganzheitliches Prüfkonzept für Energieerzeugungsanlagen Dipl.-Ing. Christian Schrandt 1), Dr.-Ing. Gerhard Dreier 2), Dipl.-Ing. Dalibor Jerinic 1) 1) TÜV NORD SysTec GmbH & Co. KG 2) TÜV NORD Systems GmbH & Co. KG TÜV NORD Kraftwerkssymposium Duisburg, Folie: 1

2 Inhalt Einleitung TÜV NORD - Ganzheitliches Prüfkonzept Kraftwerke Konzeptmodule Bewertung von Lebensdauerüberwachungssystemen TÜV NORD COOP Online Kriechdehnungsmessung Rohrsystemstrukturanalyse Quantitative Akustische Emission (QAE) Zugelassene Überwachungsstelle (ZÜS) Zusammenfassung Folie: 2

3 Einleitung (1) Aktuelle und zukünftige Herausforderungen für den Kraftwerksbetrieb Erneuerbare Energien Dynamischere/ flexiblere Fahrweise Energiewende Änderung im Regelwerk Optimierte Prüffristenund Umfänge Steigende Lastwechselbeanspruchung Werkstoffermüdung Folie: 3

4 Einleitung (2) Historie Regelwerke: TRD (Dampfkessel) TRB (Druckbehälter) TRR (Rohrleitungen) Heutige Situation TRBS (Technische Regeln für Betriebssicherheit) ersetzen bisherige Regelwerke Neue Ermessens- und Gestaltungsspielräume für den Betreiber VGB-S-506 Beschreibung technischer Details Ziel: Gestaltung von Prüffristen- und umfängen Anwendung: Zustandsüberwachung/Prüfung von Dampfkesseln, Druckbehältern und Hochdruckleitungen Neues/flexibles ganzheitliches Prüfkonzept erforderlich Folie: 4

5 TÜV NORD - Ganzheitliches Prüfkonzept Kraftwerke Diagnostik im laufenden Betrieb Detaillierte Analyse (COOP) L D Ü HT-DMS QAE CFD XFEM Zustandsbewertung ZÜS Betreiber Sicherheitstechnische Bewertung ZFP Rohrsystemanalyse Prüffrist/- umfang Replika Diagnostik im Stillstand Folie: 5

6 Bewertung von Lebensdauerüberwachungssystemen (LDÜ) Bewertung der zu überwachenden Komponenten Überprüfung der anlagenbezogenen Konfiguration Erstellen von Vergleichsrechnungen Bauteildatei Prozessleitsystem Interface Lebensdauer- Programm T P ṁ Komponente D s Berechnung Erschöpfung TRD / EN Kriechen = f (P, T) Ermüdung = f (P, T, ΔT ) Folie: 6

7 Isolierung Isolierung Bewertung von Lebensdauerüberwachungssystemen Ermittlung der Wandtemperaturdifferenzen (gemessen/berechnet) D s T 1 T 2 Mögliche Fehlerquellen nicht exakt ermittelte Wandstärken der Bauteile Lage der Messstellen (systematischer Fehler) Fehlende Berücksichtigung der Restwand Unzureichender Wärmekontakt zwischen Thermoelement und Werkstoff D s T 1 T U Mögliche Fehlerquellen innerer Wärmeübergang (Fluid Wand) nicht ausreichend berücksichtigt α λ Werkstoff Berücksichtigung des zustandsorientierten Wärmetransportes über numerische Berechnung (COOP) Folie: 7

8 TÜV NORD COOP (1) Abbau von Konservativitäten DIN EN 12952, TRD 3XX Reihe Aufbau von Sicherheiten Reale Transienten Mustertransienten Ermittlung von Risslagen / Rissformen (XFEM-Analyse) Wärmeübergang Frischdampf-Rohrwand (Fluid-Struktur-Interaktion) Vorausberechnung des max. zulässigen Inspektionsintervalls (Schadenstoleranzanalyse) FEM (Temperatur-/ Spannungsanalyse) Intelligentes Prüfkonzept Cycle Optimized Operation of Power Plants Detaillierte Ermüdungsanalyse an einem Kreuzventil Folie: 8

9 Risstiefe TÜV NORD COOP (2) Vorgehensweise bei der Ermittlung von Inspektionsintervallen Bruch 1. Anriss postulieren φ Darstellung Risswachstum bei Primärbelastung 2. Max. Zyklenzahl ermitteln N 3. Festlegen von Inspektionsintervallen Folie: 9

10 TÜV NORD COOP- Validierung Validierung über ohmsche HT-Dehnungsmessungen Spannungsermittlung am Bauteil Mindestens 6 Monate Messzeit sinnvoll 100 Kaltstart Temperatur [ C] Spannung 2 T :00 6:00 12:00 18:00 0:00 21 Zeit [d] Installierte ohmsche HT-DMS und Thermoelemente an einem Kreuzventil Folie: 10

11 Online Kriechdehnungsmessung Ermittlung der Kriechdehnung über kapazitive HT-DMS Anwendungsfälle: Kritische Komponenten Maßnahme nach Erreichen von 1 % gemessener (bleibender) Dehnung Neue Werkstoffe Validierung von Kriechdehnungsansätzen Ergänzendes Instrument zur Zustandsbewertung mittels Gefügeabdruck Vorteile/Nachteile: + Temperaturstabil bis etwa 700 C + Langzeitstabil Hohe Investitionskosten Komponente mit kapazitiven Hochtemperatur- Dehnungsaufnehmern (HT-DMS) Folie: 11

12 Rohrsystemstrukturanalyse Berechnung und Bewertung von Rohrleitungen Statische/dynamische Belastungen, Druckstoß- und Temperaturbelastungen Restlebensdaueranalyse (e z, e w ) Optimierung von Halterungen Festigkeitsberechnung Einstellwerte für Konstant- und Federhänger Ermittlung von Komponentenanschlusslasten Ableiten von Inspektions- und Überwachungsmaßnahmen Durchgeführte Rohrsystemstrukturanalyse mit Rohr2 Folie: 12

13 Quantitative akustische Emission Erfassung und Analyse kontinuierlicher Schallemissionen Überwachung von Frischdampf- und Überhitzerleitungen Anwendungsfälle: Rohrleitungen mit hoher Betriebsdauer Abweichender Betrieb Einsatz neuer Werkstoffe Vorteile/Nachteile: + Fehlererkennung im Frühstadium + Aussage über Gefahrenpotential eines Fehlers unter realen P,T-Bedingungen + Kein Abisolieren und Einrüsten Fingerprints der Werkstoffe Anpassung der Prüfparameter Rohrleitung mit installiertem QAE-System Folie: 13

14 Zugelassene Überwachungsstelle (ZÜS) Zielstellung z.b. -Prüffristverlängerung -Änderung der Betriebsweise Betreiber: Antragstellung Sicherheitstechnische Bewertung ZÜS: Gutachterliche Äußerung Bescheid der Erlaubnisbehörde 13 BetrSichV TÜV NORD GPKW Auslegung Dokumentierte Qualität Herstellung WKP Betrieb Diagnostik im Stillstand Sichtprüfung Werkstoffprüfungen Funktionsprüfung Diagnostik im Betrieb Kriechen und Ermüdung Zusatzlasten Zustandsbewertung Statistische Methoden Probabilistische Methoden Numerische Analyse (COOP) Folie: 14

15 Zusammenfassung Energiewende stellt Kraftwerksbetreiber vor große Herausforderungen hinsichtlich der Flexibilisierung des Kraftwerksbetriebes Neue/gestiegene Belastungen Aktuelle Standards wie VGB-S-506 definieren Anforderungen an umfassende Zustandsüberwachung Zustandsorientierte Gestaltung von Prüffristen und -umfängen Mit dem GPKW liefert TÜV NORD eine Methodik zur Umsetzung des VGB Standards Realisierung eines flexibleren Anlagenbetriebes Optimierung von Prüffristen- und Umfängen Folie: 15

16 Vielen Dank! Ihre Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Schrandt Telefon: 040 / Dr.-Ing. Gerhard Dreier gdreier@tuev-nord.de Telefon: 040 / Dipl.-Ing. Axel Schulz aschulz@tuev-nord.de Telefon: 040 / Folie: 16