VGB-Workshop "Zustandsüberwachung und Prüfung von Dampfkesseln, Druckbehältern und Rohrleitungen"

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1 VGB-Workshop "Zustandsüberwachung und Prüfung von Dampfkesseln, Druckbehältern und Rohrleitungen" Statistische Datenerfassung und -auswertung Jörg Bareiß, EnBW Kraftwerke AG, Stuttgart EnBW Kraftwerke AG KWG TQO, Bar Energie braucht Impulse

2 VGB-Richtlinie 506 Statistische Datenerfassung und -auswertung VGB-R 506 Bausteine der Zustandsüberwachung Zustandsbewertung Statistische Methode Umsetzung Datenbasis und Aufarbeitung Klassifizierung von Schäden Prüfplanung unter Einbeziehung weiterer Zustandsindikatoren Zusammenfassung 2

3 Struktur und Inhalt der Richtlinie VGB-R 506 Bausteine der Zustandsüberwachung Zustandswissen Dampfkesselanlage / Leitungen unter innerem Überdruck Auslegung Dokumentierte Qualität Diagnostik Stillstand Diagnostik online Zustandsbewertung (Expertenmethoden) Beschaffenheit DIN EN DIN EN DIN EN DIN EN TRB, TRD, TRR, etc. Aufbau: VGB-R 171 Herstellung: VGB-R 501 H VGB-R 507 H VGB-R 508 H VGB-R 510 H Betrieb: wkp/zfp Instandhaltung Schäden äp, ip, DP Sichtprüfungen ZfP (VGB-R 509 L) äp, ip, DP (BetrSichV 15) Funktion gem. TRBS 1201 Regelwerk: DIN EN TRD 301/508 Zusatzbeanspr.: -Kräfte -Verschiebungen - Dehnungen - Temperaturschieflagen - 2-Phasen- Strömung -... Statistische Methoden Probabilistische Methoden Expertengestützte Methoden (detaillierte inelastische Analyse) 3

4 Bausteine der Zustandsüberwachung Zustandsbewertung Statistische Methode Ziel der statistischen Methode für eine bestehende Anlage: die Erfassung des Ist-Zustands der Komponenten bzw. der Anlage und die Festlegung von differenzierten Maßnahmen, deren Wirksamkeit mittels wiederkehrender Prüfungen und konsequenter Analyse der Betriebserfahrung nachgewiesen wurde. Bild-Quelle: Lüdenbach, VGB PowerTech e.v. Bild-Quelle: MPA Stuttgart 4

5 Bausteine der Zustandsüberwachung Zustandsbewertung Statistische Methode Basis für die Zustandsbewertung bilden folgende anlagenspezifischen Datenquellen: Auslegungsberechnungen Dokumentierte Qualität aus Herstellung, Montage und Instandhaltung Aufzeichnungen zustandsrelevanter Betriebs-/Prozessdaten Ergebnisse aus wiederkehrenden Prüfungen (Sichtprüfungen, zerstörungsfreie Prüfungen) sowie Nachrechnungen, z.b. zur Erschöpfung Auswertungen von Schäden und anderer Erfahrungsberichte 5

6 Bausteine der Zustandsüberwachung Zustandsbewertung Statistische Methode Die Daten der wiederkehrenden Prüfungen sind derart aufzubereiten, dass Art und Umfang aller Prüfungen als auch Art der Befunde/Schäden und deren Häufigkeit system- bzw. komponentenspezifisch vorliegen. Ergebnis der Auswertung ist eine strukturierte Klassifizierung der Systeme/Komponenten nach Schadensanfälligkeit aber: Anwendungsgrenzen sind zu beachten! Um eine ausreichende Absicherung der statistischen Auswertung der wiederkehrenden Prüfungen an den Systemen zu erhalten, sind bei der Bewertung einer bestehenden Anlage mindestens die Daten der letzten drei Revisionen zu betrachten. 6

7 Zustandsbewertung - Statistische Methode Beschreibung der Datenbasis Prüfberichte über: wkp (Innere Besichtigungen, ZfP) Schadensnachuntersuchungen Berechnungen (u.a. TRD 508) werden bzgl. Prüfarten, Prüfumfänge und Prüfergebnis ausgewertet mit dem Ziel zu identifizieren, welche und wie viele Systeme von Befunden betroffen sind 7

8 Zustandsbewertung - Statistische Methode Beschreibung der Datenbasis Block A Block A Block B Inbetriebnahme Auswerte-Zeitraum Block B LBF 16% LCC 1% Anzahl wkp an Systemen L & H Anzahl der geprüften Bauteile LCC 5% LCM 4% LCP 1% HA 25% LBB 23% HA 41% LBF 23% HC 1% LAA 1% LAB 3% LAD 1% LBA 14% LAD 2% LAB 2% LAA 1% LBC 7% LBB 7% LBA 15% LAE 7% 8

9 Zustandsbewertung - Statistische Methode Aufbereitung der Datenbasis ZfP-Maßnahmen Prüfbericht Bauteile mit KKS-Nr. Werkstoff, Abmessungen Prüfumfänge & Befunde/Schäden 9

10 10 Zustandsbewertung - Statistische Methode Aufbereitung der Datenbasis Block A Block B System L System H Befunde Schäden System L System H Befunde Schäden

11 Bausteine der Zustandsüberwachung Zustandsbewertung - Statistische Methode In einem zweiten Schritt sind die Befunde/Schäden hinsichtlich ihrer Ursache (auslegungs-, fertigungs- oder betriebsbedingt) zu bewerten und deren Gefährdungspotential und Verfügbarkeitsrelevanz zu ermitteln, mit dem Ziel, die störungsanfälligen Systeme/Komponenten zu identifizieren bzw. die Systeme hinsichtlich ihrer Relevanz für die Anlagensicherheit und Verfügbarkeit zu klassifizieren. Zusammen mit den vorliegenden Berechnungen und Aufzeichnungen zustandsrelevanter Betriebs-/Prozessdaten lässt sich ableiten, in welchen Zeitabständen welche Systeme bestimmten Prüfmaßnahmen zu unterziehen sind. Zudem kann der Inspektions- und Prüfaufwand derart optimiert werden, dass er dort betrieben wird, wo Sicherheit und Wirtschaftlichkeit dies erfordern. 11

12 Systemische Auswertung im Wasser-Dampfkreislauf Prüfung/wkP ohne/mit Befund (B) bzw. Schaden (S) 12

13 Auswertung von Inspektionen/Prüfbefunden Bewertungsprozess Anlagenscharfe Zustandsbewertung berücksichtigt neben den Zustandsindikatoren aus den Inspektionen auch relevante Einflussgrößen/Indikatoren aus Auslegung/Herstellung Betriebs-/Prozessdatenweise ggf. Auswertungen von Schäden ggf. Erfahrungsberichte vergleichbarer Anlagen und identifiziert Systeme/Komponenten bei denen nach technischem Ermessen Befunde/Schäden nicht zu erwarten sind bzw. die als schadenstolerant (keine Relevanz für Gefährdung und Verfügbarkeit) bezeichnet werden können 13

14 Auswertung von Inspektionen/Prüfbefunden Bewertungsprozess - Klassifizierung (Beispiel) Befund? Relevanz? (LBC, HAC, HAD) ja hoch - - Optimierung - Reparaturkonzepte -Reserveteile 2 (LBB) - Konzentration/ Sensibilisierung -IP (VT, ZfP) - Monitoring&Diagnose ja gering 7 3 (HAJ) 14 (LBF) nein hoch Prüferleichterung - Stichproben - Verlängerte Prüfzyklen - Reduzierte Prüfumfänge nein gering Konsequenz (Reparatur-/Austauschkosten, Produktionsausfall, ) 14

15 Zustandsbewertung - Statistische Methode Klassifizierung von Schäden Jeder Befund und jeder Schaden ist einzeln zu bewerten bzgl. Verfügbarkeit Sicherheit Beispiel Block A für Schäden Nr. 1-4: Leckagen an den Heizflächenberohrungen des ECO (HAC) und des Verdampfers (HAD) infolge von Wanddickenabzehrungen. Bei einer Leckage an diesen Systemen strahlt der Dampf ins Kesselinnere, wodurch keine Gefährdung von Personal besteht. Somit sind diese Schäden als relevant für die Verfügbarkeit der Anlage zu bewerten. 15

16 16 Zustandsbewertung - Statistische Methode Einbeziehung weiterer Zustandsindikatoren UE4 AUSTR-SAMMLER UE4 AUSTR-SAMMLER T-STCK FD/HD-UML 1 T-STCK FD/HD-UML 2 T-STCK FD/HD-UML 3 T-STCK FD/HD-UML 4 KESSELSCHIEBER 1 KESSELSCHIEBER 2 KESSELSCHIEBER 3 KESSELSCHIEBER 4 KUGELFORMSTUECK 1/2 KUGELFORMSTUECK 3/4 T-STCK 1/2 V HD-TRB T-STCK 3/4 V HD-TRB T-ST HD-UML 4/KZUE 1 T-ST HD-UML 3/KZUE 2 ZUE1-AUSTR-SAMMLER ZUE1-AUSTR-SAMMLER ZUE1-AUSTR-SAMMLER ZUE1-AUSTR-SAMMLER ZUE2-AUSTR-SAMMLER ZUE2-AUSTR-SAMMLER ZUE2 AUSTR-SAMMLER ZUE2-AUSTR-SAMMLER HZUE-DRPRO-VERSCHL 1 HZUE-DRPRO-VERSCHL 2 HZUE-DRPRO-VERSCHL 3 HZUE-DRPRO-VERSCHL 4 KUGELFORMSTUECK HZUE KUGELFORMSTUECK HZUE T-STCK HZUE/MD-UML T-STCK HZUE/MD-UML Lebensdauerberechnug Block B Gesamterschöpfung Lastwechselerschöpfung Lebensdauernachrechung (TRD 301/508 bzw. DIN EN Gesamt- und Lastwechselerschöpfung in [%], Block B / Stand Dez 2008 MISCHSTUECK VOR ECO OBERER FALLROHRKOPF ZYKLON 1 LINKS ZYKLON 2 RECHTS ZYKLON 3 LINKS ZYKLON 4 RECHTS KESSELFLASCHE T-STUECK VOR KUP SAUGSCHIEBER V KUP KUGELGEHAEUSE KUP UE1-AUSTR-SAMMLER UE1-AUSTR-SAMMLER UE1-AUSTR-SAMMLER UE1-AUSTR-SAMMLER UE2-AUSTR-SAMMLER UE2-AUSTR-SAMMLER UE2-AUSTR-SAMMLER UE2-AUSTR-SAMMLER UE3-EINTR-SAMMLER UE3-EINTR-SAMMLER UE3-EINTR-SAMMLER UE3-EINTR-SAMMLER UE3-AUSTR-SAMMLER UE3-AUSTR-SAMMLER UE3-AUSTR-SAMMLER UE3 AUSTR-SAMMLER UE4-EINTR-SAMMLER UE4-EINTR-SAMMLER UE4-EINTR-SAMMLER UE4-EINTR-SAMMLER UE4-AUSTR-SAMMLER UE4-AUSTR-SAMMLER

17 Zustandsbewertung - Statistische Methode Einbeziehung weiterer Zustandsindikatoren B5: UT-Befund Registrierpfl. Anzeigen können belassen werden Prognose Zeitstanderschöpfung 18 Betrachtung TRD-Bauteile mit Prognose Zeitstanderschöpfung und Ableitung von Prüfungen am Beispiel Replica (R) für Block A. Zeitstanderschöpfung e z [% ] Betrieb mit +5K Dampftemp.! LBA20EQ800 LBA11EQ800 LBA12EQ800 HAH41EQ800 HAH42EQ800 LBA11EQ800 LBA12EQ800 LBA20EQ800 LBA20EQ810 HAJ21EQ800 HAJ22EQ800 LBB20EQ800 LBB20EQ810 17

18 Prüferfahrung Auswertezeitraum bis 2009 & Ausblick bis end-of-life für Wasser-Dampfkreislauf unter Angabe Prüfverfahren (MT,UT,Endoskopie...) VGB-R509 Warmstreckgrenzenbereich VGB-R509 Zeitstandbereich VGB-R509 Einspritzkühler TRD 508 / DIN EN Prüfung nach Expertenbeurteilung Empfehlungen der ZÜS 18

19 Zustandsüberwachung Fazit Die VGB-Richtlinie VGB-R 506 zur Zustandsbewertung unterstützt den Betreiber bei der Nutzung des neuen Gestaltungsraumes und beschreibt hierzu Möglichkeiten und Verfahren der Zustandsüberwachung Der vorgeschlagene Weg ermöglicht die Flexibilisierung der Prüfgestaltung ( Stichprobenprüfung, Einsatz geeigneter gleichwertiger Verfahren, verlängerte Prüfzeiten ) zur Ermittlung des sicherheitstechnischen Zustandes einer Anlage i.s. der TRD 506 Abschnitt 3.3 Die hierzu bei VGB in der Diskussion befindlichen Konzepte zur Zustandsbewertung wie z.b. die vorgestellte Statistische Methode besitzen das Potenzial die heutigen Anforderungen aus der BetrSichV zu erfüllen und werden darüber hinaus auch der Anforderung an die Verfügbarkeit gerecht Die bisherigen Anwendungen der vorgeschlagenen Expertenwerkzeuge haben gezeigt, dass durch die Einbeziehung und konsequente Analyse der Betriebserfahrung eine Konzentration der Zustandsüberwachung auf ausgewählte Bauteile/Systeme möglich ist 21