TRD 305 Ebene Wandungen, Verankerungen und Versteifungsträger

Transkript

1 TRD 305 Ebene Wandungen, Verankerungen und Versteifungsträger Vorgeschweißte ebene Böden ohne Entlastungsnut mit Entlastungsnut Folie 1

2 Herstellung der Böden die Schweißflanke wird unmittelbar an der Innenoberfläche des Bodens angearbeitet Halbzeug geschmiedet oder Blechronde Aufgabe der Entlastungsnut Verbesserung der Schweißbarkeit (Wurzellage) Prüfbarkeit der Schweißnaht Reduzierung der Randmomente im Schweißnahtbereich durch Verringerung der Wanddicke im Nutgrund Verringerung der Spannungsspitzen im Wurzelbereich durch einen gleichmäßigen Übergang vom Boden zum Zylinder Folie 2

3 Schadensereignisse (allgemein) Schadensbild: umlaufende Risse entlang der bodenseitigen WEZ (Bodenabriss) Rissverlauf von Innen nach Außen Anrisse in der bodenseitigen WEZ der Einschweißnaht des Besichtigungsstutzens Schadensmechanismus: Zeitstandschädigung Folie 3

4 Schadensereignisse Arzberg Hüls AG Nijmegen Weisweiler West Burton Schadenseintritt: Bezeichnung: Austrittssammler Austrittssammler HD-Verteiler Austrittssammler Austrittssammler Werkstoff: Sammler Boden X X 20 / 10 CrMo X 20 P 91 Druck (Auslegung): 215 bar 318,8 bar 212,5 bar 195 bar 160 bar Temperatur (Auslegung): 535 C 585 C 516 C 530 C 568 C Betriebszeit: h Bh h h h Temperatur: 555 C 540 C Sammler äø=250 x 52 äø=290 x 60 äø=406 x 36 äø=310 x 40 äø=242 x 33 Boden äø=366 x 64 äø=290 x 40 äø=406 x 90 äø=310 x 50 äø=242 x 60 Folie 4

5 Schaden: KW Arzberg Untersuchungsergebnisse (TÜV Bayern) gemessene maximale Betriebstemperatur bei Schwachlast von 555 C (Auslegungstemperatur: 535 C + 15 C Temperaturzuschlag nach TRD 300) untypische Gefügeausbildung des Bodengrundwerkstoffs => mangelhafte Wärmebehandlung / Herstellung abgeleitete Maßnahmen Nachrechnung der betroffenen Böden Gefügeuntersuchungen an Flachböden aus dem Werkstoff X20 Ultraschallprüfung (Prüfanweisung S001) der Anschlussnaht Wölbungsmessung Folie 5

6 Schaden: Hüls AG Untersuchungsergebnisse (Hüls AG) konstruktivbedingte Spannungsüberhöhung (Anschlussnaht) Überlagerung mit den Schweißeigenspannungen ungünstige Werkstoffeigenschaften in der WEZ abgeleitete Maßnahmen Konstruktionsänderung (Vorschweißende und Halbkugelboden) Verwendung eines weitgehend ausscheidungsfreien Werkstoffs Folie 6

7 Schaden: KW Nijmegen Untersuchungsergebnisse (KEMA) Schadensmechanismus: Zeitstandschädigung Schadensursache: betriebliche Übertemperatur (540 C statt 516 C) Boden 10CrMo9-10 Schweißgut 10CrMo9-10 Sammler X20CrMoV12-1 Boden Sammler Folie 7

8 Schaden: KW West Burton Untersuchungsergebnisse Schadensmechanismus: Zeitstandschädigung Schadensursache: nicht ordnungsgemäße Wärmebehandlung (um bis zu 35 HV geringere Härte in der bodenseitigen WEZ) Anforderungen an den Grundwerkstoff: 185 bis 230 HV Hinweis auf Rissgeschwindigkeit! Ultraschallprüfung vor Bh hatte keinen unzulässigen Befund ergeben 190 HV Sammler 150 bis 160 HV Boden Folie 8

9 Schadensfall: Weisweiler Hinweis auf Rissgeschwindigkeit! Ultraschallprüfung in 1993 ergaben keine registrierpflichtigen Anzeigen Zeitraum zwischen Schadenseintritt und letzter Prüfung: 6 Jahre (ca Bh) abgeleitete Maßnahmen für wiederkehrende Prüfungen: Püfintervalle zwischen 3 und 6 Jahren Hinweis: in Abhängigkeit des Ergebnisses der Nachrechnung (siehe FEM) Folie 9

10 Schadensfall: Weisweiler Wölbung abgeleitete Maßnahmen für wiederkehrende Prüfungen: Messung der Wölbung durch Anlegen eines Lineals Hinweis: Wölbung kann herstellungsbedingt bis zu 1mm betragen 3,5mm Messpunkte Quelle: Untersuchungsbericht des TÜV Rheinland Wölbung der beiden noch eingebauten Böden betrug 1,5 mm bzw. 2,0 mm Messebenen Folie 10

11 Schadensfall: Weisweiler Bruchflächenuntersuchung betriebsbedingte Bruchfläche abgeleitete Maßnahmen für wiederkehrende Prüfungen: Ultraschallprüfung auf Anrisse, die von innen nach außen verlaufen Hinweis: Anrisse bilden sich nicht an der Innenoberfläche (s. Metallografie) Rissausbreitungsrichtung Gewaltbruchfläche Quelle: Untersuchungsbericht des TÜV Rheinland Folie 11

12 Schadensfall: Weisweiler Oberflächenrissprüfung umlaufende bzw. unterbrochene Rissanzeigen auf dem gesamten Umfang in der bodenseitigen WEZ abgeleitete Maßnahmen für wiederkehrende Prüfungen: Oberflächenrissprüfung (OFR) des Stutzens auf Anrisse zwischen Einschweißnaht und Boden Hinweis: magnetische Streuflussverfahren (MT-Verfahren) ist zu bevorzugen OFR (MT-Verfahren) Quelle: Untersuchungsbericht des TÜV Rheinland Folie 12

13 Ebene Sammlerböden Schadensfall: Weisweiler Metallografische Untersuchung Zeitstandschädigung (Kriechporen / Mikrorisse) in der bodenseitigen WEZ Quelle: Untersuchungsbericht des TÜV Rheinland Folie 13

14 Schadensfall: Weisweiler Kein Hinweis auf mangelhafte Wärmebehandlung des Flachbodens für den Werkstoff X20 typische martensitische Lattenstruktur stellenweise etwas erhöhte Stickstoff- (0,045%) und Nickelgehalte* (0,71%) Quelle: Untersuchungsbericht des TÜV Rheinland Folie 14

15 Schadensfall: Weisweiler FEM-Berechnung / Metallografischer Befund Sammler Spannungsumlagerung durch Kriechverformung Boden größte Schädigungsdichte Stutzen Folie 15

16 Im VGB-Rundschreiben Nr. 06/98 (Nov. 1998) erfolgte die Information über den Abriss des Sammlerbodens im RWE-KW Weisweiler aller ordentlichen VGB-Mitglieder VGB-Arbeitsgruppe Flachböden 1. Sitzung: Sitzung: Sitzung: Sitzung: Sitzung: beteiligte Unternehmen RWE Power, Essen/Hamm BASF, Ludwigshafen TÜV Rheinland, Köln EON Engineering, Gelsenkirchen Infracor, Marl ELSAMPROJEKT, DK-Fredericia 6. Sitzung: Prüfempfehlung Folie 16

17 VGB-Rundschreiben Nr. 02/99 vom 31. März 1999 an alle ordentlichen VGB-Mitglieder Prüfempfehlung der VGB-Arbeitsgruppe 1. vorrangige Prüfung der Bauteile mit erhöhter Spannungsausnutzung und/oder mit hoher Betriebszeit (Ergebnisse der FEM-Berechnung sind zu berücksichtigen) 2. Ausmessen und Dokumentation der Wölbung 3. Ultraschallprüfung der Bodenanschlussnaht 4. Oberflächenrissprüfung der Einschweißnaht des Besichtigungsstutzens 5. Oberflächengefügeuntersuchung von Sammler und Boden zur Kontrolle eines ordnungsgemäßen Gefügezustandes (Wärmebehandlungszustand) Folie 17

18 Wiederkehrende Prüfungen (WKP) - Berechnung mittels elastisch-plastischer FEM (durch ELSAM PROJEKT) Erfassung der geometrischen und betrieblichen Daten der ebenen Böden bei Betriebstemperatur über 450 C aus warmfesten Stählen Kraftwerk Komponentenbezeichnung Zeichnungs-NR. Werkstoff Flachboden Werkstoff Sammler Betriebsdruck [bar] Betriebstemperatur [ C] Betriebszeit [h] Beispiel Schott- Eintrittsa. / Pos "a" 13CrMo44 13CrMo44 196,9 480/ Folie 18

19 Wiederkehrende Prüfungen (WKP) - Berechnung mittels elastisch-plastischer FEM (durch ELSAM PROJEKT) Erfassung der geometrischen Bauteildaten für die FEM-Berechnung rk dm S S1 S2 rk [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] schlechtere Eigenschaften WEZ => Zeitstandfestigkeit x 0,64! Folie 19

20 Wiederkehrende Prüfungen (WKP) - Berechnung mittels elastisch-plastischer FEM (durch ELSAM PROJEKT) Betriebszeit [h] Verbrauch Lebensdaueranteil [%] theor. Restlebensdauer [Bh] Die Auswahl der zu prüfenden Bauteile erfolgt durch Betreiber und Sachverständigen! Lebensdauerverbrauch = Betriebszeit / Lebensdauer (FEM) Folie 20

21 Wiederkehrende Prüfungen (WKP) / FEM-Nachrechnung Empfehlung der VGB-AG Flachböden : Die Prüfung der Bauteile erfolgt, wenn. Restlebensdauer kleiner als h (15Mo3; 13CrMo4-4; 10CrMo9-10) Restlebensdauer kleiner als h (X20CrMoV12-1) Böden aus 10CrMo9-10 an X20-Sammler unabhängig von der Restlebensdauer Anzahl der berechneten Flachböden: 334 (davon 154 mit Stutzen) theoretische Restlebensdauer Anzahl gesamt Bodenwerkstoff Mo 13 CrMo 10 CrMo 14 MoV X 20 kleiner 0 h h h h 5 5 Folie 21

22 Wiederkehrende Prüfungen (WKP) Aufgabe der Gefügeuntersuchung 1. Nachweis eines ordnungsgemäßen Gefügezustandes (Wärmebehandlung) 2. Ermittlung von Zeitstandschädigung Zeitstandschädigung im Bereich der Anschlussnaht ist der Gefügeuntersuchung nicht zugänglich! Boden Sammler Kriechporen Mikrorisse Makrorisse Zeitstandschädigung im Bereich der Einschweißnaht beginnt auf der zugänglichen Außenoberfläche! Besichtigungsstutzen Folie 22

23 Wiederkehrende Prüfungen (WKP) Prüfanweisung S001 aus dem Jahre 1992 (Modifizierung durch TÜV Rheinland 1999) Prüfköpfe: MB4F oder ähnliche (z.b. K4N) für die Senkrechteinschallung MWB 45 / 70 (2MHz / 4 MHz) Testkörper 1-3 Testkörper 4 S Einschallposition 1 Nut 1mm Einschallposition 2 d Folie 23

24 Wiederkehrende Prüfungen (WKP) Registriergrenzenermittlung am Testkörper S Bezugsechohöhe (modifizierte Prüfanweisung S001 : V RG = V Bodenwand Prüfling + V Nut 1mm V Bodenwand Testkörper + 12 db d AD HP 5/3 (KSR 3) S001 (KSR 1,5) Prüfkörper Prüfposition Bodenwand Prüfposition Nut Verstärkung Rechtecknut Verstärkung Rückwand Verstärkung Differenz 1 68 mm 64 mm 25 db 11 db 14 db 2 55 mm 54 mm 24 db 8 db 16 db 3 45 mm 42 mm 22 db 12 db 10 db Folie 24

25 Ebene Sammlerböden Prüfempfindlichkeit: AD HP 5/3 (KSR 3 mm) S001 (KSR 1,5 mm) Folie 25

26 Wiederkehrende Prüfungen (WKP) - Bewertung der US-Anzeigen (Stand 1999) Befunde Registriergrenze keine US-Anzeigen US-Anzeigen registrierpflichtige US-Anzeigen stichprobenweise WKP Überprüfung bei nächstem Kurzstillstand oder Revision Maßnahmen Reparatur / Austausch Folie 26

27 WKP-Ergebnisse: Thermoschockrisse Beispiel: ZÜ-Vorderwandaustrittssammler abgetrennter Flachboden Risslänge ca. 200mm Werkstoff: 16 CrMo 4 4 (Sammler und Boden) Berechnungsdruck: 59 bar Betriebstemperatur: 530 C Betriebsdauer: Bh Folie 27

28 WKP-Ergebnisse: Thermoschockrisse Beispiel: ZÜ-Vorderwandaustrittssammler Rissausläufer im Sammlergrundrohr Mulden nach dem rissfreien Ausschleifen Folie 28

29 WKP-Ergebnisse: Thermoschockrisse Thermoschock verursacht in der Regel immer mehrere Risse Folie 29

30 WKP-Ergebnisse: Thermoschockrisse Rissausgang 200 µm die zerstörende metallografische Untersuchung zeigt charakteristische Risskonfigurationen der Thermoschockrisse Rissauslauf 100 µm Folie 30

31 Ebene Sammlerböden WKP-Ergebnisse: Stutzeneinschweißnaht Bezeichnung: Werkstoff: Temperatur: Abmessung: ZÜ-Austrittssammler 10CrMo9-10 / 10CrMo C äø=323,9mm x 30mm (Sammler) äø=323,9mm x 40mm (Boden) Stutzen Boden Rissanzeigen Oberflächenrissprüfung (MT-Verfahren) Folie 31

32 Ebene Sammlerböden WKP-Ergebnisse: Stutzeneinschweißnaht Beispiel: ZÜ-Austrittssammler Oberflächengefügeuntersuchung (Replica) im Bereich der Rissanzeigen zeigt eine Zeitstandschädigung in Form von Poren und Mikrorissen Beurteilungsklasse: 4 gemäß VGB TW 507 Folie 32

33 WKP-Ergebnisse: Stutzeneinschweißnaht Nach dem Abtrennen des Stutzens und Abschleifen des Bereiches Beurteilungsklasse: 3b bis 4 gemäß VGB TW 507 Folie 33

34 WKP-Ergebnisse: DRK in der Entlastungsnut Dehnungsinduzierte Risskorrosion (DRK) ist bereits makroskopisch anhand der charakteristischen perlschnurartigen Ausbildung zu erkennen Folie 34

35 WKP-Ergebnisse: DRK in der Entlastungsnut charakteristische Risskonfiguration von DRK ausgekolkte Rissufer durch Stillstandskorrosion Folie 35

36 WKP-Ergebnisse: US-Prüfung Nr. X [mm] Y [mm] l [mm] b [mm] t [mm] [db] <10 < Y ± < < X = 0 mm X = 2600 mm <10 <10 < Ergebnis der Ultraschallprüfung gemäß Prüfanweisung S001 des abgetrennten Bodens <10 <10 < ±0 Folie 36

37 WKP-Ergebnisse: Herstellungsfehler - Lagen- und Flankenbindefehler in der Schweißnaht Folie 37

38 WKP-Ergebnisse: Herstellungsfehler - Lagen- und Flankenbindefehler offene Frage: Risserweiterung ausgehend von den Rissspitzen der Herstellungsfehler durch betriebliche Wechselbeanspruchung? ca. 50µm Folie 38

39 Ebene Sammlerböden WKP-Ergebnisse: Herstellungsfehler ca. 200µm - Schlackenzeilen / nichtmetallische Einschlüsse Folie 39

40 Ausblick (I): DDA-Information zur TRD 305, Fassung 8.96 S 2 l z S 1 In Abschnitt wird nach dem 2. Absatz ein neuer Absatz eingefügt: Der Abstand lz vom Nutgrund bis zur Schweißnaht Boden / Zylinderschale beträgt mindestens: lz 0,75 sb d B r K europäische Normen? S B Folie 40

41 Ausblick (II): Erfahrungsrückfluss aus der Prüfpraxis VGB-Arbeitsgruppe unter Einbeziehung der Sachverständigen Zusammenfassung der bisherigen WKP-Ergebnisse Auswertung durchgeführter Untersuchungen ausgebauter Böden Modifizierung der empfohlenen Prüfmethoden, insbesondere Ultraschall Modifizierung des empfohlenen Prüfkonzeptes (Prüfintervall / Nachrechnung) Folie 41