Reparatur von Schiebersitzdichtflächen AVARIS: Innovatives Reparaturverfahren für Sitzdichtflächen in Absperrarmaturen und Rückschlagklappen Karl-Heinz Herzing, Ulf Breitenberger und Armin Grieser Abstract AVARIS: An innovative procedure to repair seal seats surfaces in gate and check valves AREVA Valve Repair in situ AVARIS in short is an innovative procedure for valve repair developed by AREVA. AVARIS repairs valve bodies of gate and check valves right in the assembled primary or secondary circuit piping system of nuclear power plants or in conventional power plants. Valves repaired with AVARIS correspond to their original condition in terms of sealing function. AVARIS is of high interest in the worldwide maintenance market, as it saves the plant operators time and money. If valves in the primary circuit are retrofitted, this avoids, in addition, complex and expensive nuclear transports. The new process meets the quality requirements of German and international authorities. An international patent application has already been filed. In its pilot application at a German nuclear power plant, AVARIS successfully repaired two gate valves in the main condensate and feedwater system. There are already follow-up orders for AVARIS in several nuclear power plants in 2011. Autoren Dipl.-Ing. Karl-Heinz Herzing Dipl.-Wirtsch.-Ing. Ulf Breitenberger AREVA NP GmbH Erlangen/Deutschland Dipl.-Ing. Armin Grieser E.ON Kernkraft GmbH Essenbach/Deutschland Einleitung AREVA Valve Repair in situ kurz AVARIS ist ein von AREVA entwickeltes innovatives Verfahren zur Reparatur von Armaturen in situ, das heißt im eingebauten Zustand. Mit dieser neuartigen Spezialtechnik können die Gehäusedichtsitze von Absperrschiebern und Rückschlagklappen vor Ort im Kraftwerk bearbeitet und wieder ertüchtigt werden, und zwar in allen Einbaulagen. AVARIS wurde bereits weltweit zum Patent angemeldet. Dieser Beitrag behandelt zunächst kurz die Verschleißursachen und -ausprägungen von Absperrschiebern und Rückschlagklappen in Kernkraftwerken und konventionellen Kraftwerken. Danach werden Möglichkeiten aufgezeigt, mit denen die Dichtfunktion wieder hergestellt werden kann. Anschließend wird AVARIS das neue Verfahren zur Armaturensanierung vorgestellt. Methode und eingesetzte Technik werden beschrieben und die Arbeitsschritte skizziert. Abschließend wird über die Erstanwendung von AVARIS in einem deutschen Kernkraftwerk berichtet. Absperrschieber und Rückschlagklappen und ihre Verschleißursachen Absperrschieber und Rückschlagklappen (B i l d 1 ) sind wichtige Komponenten in einem Rohrleitungssystem. Von ihrer Funktion und Dichtheit hängt die Sicherheit des Systems und sogar der kompletten Anlage ab. Sie werden dort eingesetzt, wo hohe Mediumdurchsätze mit geringen Reibungsverlusten erwünscht sind. Absperrschieber werden, je nach Druck- und Temperaturbereich, in zwei Grundformen unterteilt: Parallel- und Keilplattenschieber. Beim Parallelplattenschieber liegen die Sitzdichtflächen zur Rohrleitungsachse vertikal. Beim Keilplattenschieber dagegen ist der Winkel kleiner 90. Durch das Öffnen und Schließen der Absperrarmatur, in Kombination mit der im Betrieb vorhandenen Flächenpressung, treten an den Sitzdichtflächen der Armaturengehäuse im Lauf der Zeit Verschleißerscheinungen auf (B i l d 2 ). Auch Systemparameter wie Druck, Art des Durchflussmediums und Temperatur spielen eine wichtige Rolle. Mit zunehmender Abnutzung können die (oftmals auch als Panzerung bezeichneten) Sitzdichtflächen die Dichtfunktion der Armatur nicht mehr gewährleisten. Verschleiß an Panzerungen tritt hauptsächlich in drei Ausprägungsformen auf: Riefenbildung aufgrund zu geringer Oberflächenhärte der Restpanzerung Rissbildung durch Spannungen Ausbrüche oder vollständiger Abtrag der Panzerung. Möglichkeiten zum Wiederherstellen der Dichtfunktion In der Vergangenheit wurden beschädigte Sitzdichtflächen abgeschliffen, um sie auf diese Weise wieder zu ertüchtigen und die Planität erneut herzustellen. Jeder Abschleifvorgang mindert jedoch die Dicke der Restpanzerung. Zuletzt verschwindet die Restpanzerung völlig, und Teile des Grundmaterials werden abgetragen. Da das Grundmaterial der Armatur eine deutlich geringere Härte als der Panzerungswerkstoff aufweist, ist die Dichtfunktion der Armatur nicht mehr gewährleistet. Das Schleifen von Sitzdichtflächen ist demnach eine Maßnahme, die nur kurzfristig zum Erfolg führt. Einseitige Abnutzung eines beispielsweise schrägen Dichtsitzes kann durch Schleifen nicht ausgeglichen werden. Bisher muss das Gehäuse einer Armatur, dessen Dichtsitz verschlissen ist, aus dem Rohrleitungssystem herausgetrennt werden. Danach gibt es zwei Möglichkeiten: ein Austausch des Gehäuses gegen ein neues, zum Original baugleiches Gehäuse oder eine Sanierung außerhalb des Kraftwerks (ex situ) und anschließender Wiedereinbau. Das Heraustrennen aus dem Rohrleitungssystem ist aufgrund des Einsatzes von Spezialmaschinen aufwändig und kann zudem durch die Einbaulage der Armatur erschwert werden: Störkanten verhindern möglicherweise den Ausbau. Wird das herausgeschnittene, 54 VGB PowerTech 5/2011 >>> VGB DIGITAL <<<
Reparatur von Schiebersitzdichtflächen Umsetzungsaufwand. Ein weiterer Punkt: Viele Armaturenhersteller aus den Zeiten der Kraftwerkserrichtung sind heute nicht mehr als Lieferant für den Betreiber verfügbar. Das bedeutet, dass sich zum einen die neuen Gehäuse hinsichtlich ihrer Charakteristika wie Geometrie, Gewicht und Materialien von den bereits eingesetzten Gehäusen unterscheiden. Erhöhte Wanddicken bei den neuen Gehäusen resultieren aus verschärften Sicherheitsanforderungen, die aus aktuellen Richtlinien abgeleitet sind. Änderungsanträge sowie die notwendige Neuauslegung des Gesamtsystems bedingen einen hohen Zeitund Ressourcenaufwand und verursachen somit bedeutende Kosten. Zum anderen betragen die Lieferzeiten für Neu-Armaturen oftmals ein bis zwei Jahre. Ein Austausch ist demnach nur über eine rigide und frühzeitige Revisionsplanung und nicht ad hoc möglich. Neuentwicklung AVARIS als flexible Lösung Bild 1. Absperrschieber (links) und Rückschlagklappe (rechts). Die Sitzdichtflächen sind jeweils rot markiert. verschlissene Armaturengehäuse außerhalb des Kraftwerks in den Werkstätten des Lieferanten ertüchtigt, werden Transportvorgänge erforderlich. Diese sind bei kontaminierten Gehäusen aus dem Primärkreislauf von Kernkraftwerken oftmals mit einem sehr hohen Aufwand verbunden. Beide Optionen Ertüchtigen eines verschlissenen Armaturengehäuses außerhalb des Kraftwerks oder Ersetzen erfordern zudem einen vergleichsweise hohen Planungs- und Bild 2. Blick von oben durch den Armaturenhals auf die Gehäusedichtsitze (links). Die Dichtsitze sind jeweils rot markiert. Schadensbild am Dichtsitz eines Absperrschiebers aufgrund von Verschleiß (rechts). Als Alternative zum Tausch des Armaturengehäuses und zum Heraustrennen aus dem Rohrleitungssystem hat AREVA das Armaturengehäuse-Sanierungsverfahren AVARIS entwickelt und zum Patent angemeldet. Das Verfahren ertüchtigt Gehäuse von Absperrschiebern und Rückschlagklappen im eingebauten Zustand und kann auch an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden. Beim Wiederherstellen der Dichtfunktion mit AVARIS werden die Sitzdichtflächen also direkt im Rohrleitungssystem im Kraftwerk ertüchtigt. Wesentliche Schritte der Sanierung sind das Abdrehen der verschlissenen Flächen, das Auftragschweißen der neuen Panzerung und das Plandrehen der aufgepanzerten Sitzdichtflächen (B i l d 3 ). Zum Finishing, das heißt zur finalen Verbesserung der Oberflächengüte, wird ein Schleifvorgang durchgeführt. Ergebnis des Sanierungsvorgangs: Die Armatur erreicht den Originalzustand gemäß technischer Zeichnung wieder. Das bedeutet, ein auf diese Weise sanierter Schieber ist hinsichtlich Dichtfunktion und Verschleißfestigkeit einem neuen Absperrschieber ebenbürtig. Durch Aufbringen des neuen Panzerungswerkstoffs kann eine Vickers-Härte zwischen 340 und 400 HV errreicht werden. Dadurch werden Standzeiten und Verschleißverhalten an den Dichtsitzen deutlich verbessert. Die Sitzdichtflächen sind in den meisten Fällen über die Gehäuseöffnung zugänglich, die vertikal zur Mittelebene der Armatur liegt. Aus diesem Grund müssen die Spezialmaschinen eine Kraft- und Bewegungsumleitung um 90 leisten. Im Fall von Keilplattenschiebern sind die Maschinen entsprechend der Neigungswinkel adaptierbar. Die AVARIS-Module decken Nominal- Rohrinnendurchmesser von 200 bis 1000 mm ab. Es kann bei Systemdrücken im Nieder- (bis 40 bar) und Mitteldruckbereich (40 bis 100 bar) gearbeitet werden. Die Spezialmaschinen haben geringere Abmessungen als der Aufsatz des Armaturenoberteils im eingebauten Zustand. Sie können daher über die Gehäuseöffnung ein- und ausgebaut und folglich unabhängig von der Einbausituation eingesetzt werden. VGB PowerTech 5/2011 55 >>> VGB DIGITAL <<<
Reparatur von Schiebersitzdichtflächen speisewassersystem wurden ertüchtigt mit großem Erfolg. Die Erwartungen des Betreibers E.ON in Bezug auf Technik und Flexibilität wurden erfüllt. Ein wesentlicher Vorteil dieser neuen Vorgehensweise bestand darin, dass der komplizierte und aufwändige Austausch von Armaturengehäusen für den Kraftwerksbetreiber entfiel. Und der Planungsvorlauf in Isar-2 war kurz: Aufwändiges Engineering und die Neuauslegung des Gesamtsystems, wie es beim Gehäusetausch nötig gewesen wäre, fanden nicht statt. Durch die Ertüchtigung mit AVARIS wurden somit Kosten eingespart, verglichen mit den sonstigen Alternativen. Ein weiteres Plus: Die sanierten Absperrschieber waren hinterher neuwertig. Für das Jahr 2011 gab es daher bereits Folgeaufträge für die Armaturen-Sanierung mit AVARIS. Ertüchtigungen an Sitzdichtflächen sind in Kernkraftwerken von E.ON, RWE, VENE und EnBW geplant. Bild 3. AVARIS Dreh- und Schweißtechnik. Arbeitsschritte bei einer Sanierung mit AVARIS 1. Demontage. Um Zugang zu den Gehäusesitzdichtflächen zu erhalten und eine Generalinspektion der Armatur vorzunehmen, müssen die Armatureneinbauten entfernt werden. 2. Befundaufnahme und Analyse. Mittels Spezialmesseinrichtung wird eine weitgehende Befundaufnahme vorgenommen. Der derzeitige Zustand des Gehäuses wird in einem digitalen, sehr exakten 3-D-Modell abgebildet. Zusätzlich wird die Härte ermittelt, außerdem die Dicken der Restpanzerung über einen Lackabdruck. Anhand einer Farbeindringprüfung werden Risse oder Einschlüsse an der Sitzdichtfläche festgestellt. Alle über die Armatur gewonnenen Daten werden analysiert, um Maßnahmen für eine Ertüchtigung ableiten zu können. 3. Erarbeiten eines spezifischen Ertüchtigungskonzepts. Dieses berücksichtigt auch spezifische Kundenanforderungen, wie die aktuelle Gehäusegeometrie (Ist-Zustand) beizubehalten und nicht die original ab Werk gelieferte wiederherzustellen (gemäß technischer Zeichnung). 4. Umsetzen des Konzepts. Über die Gehäuseöffnung wird die Spannvorrichtung der Schweiß- und Drehmaschine installiert. An 56 ihr wird zunächst die mobile Drehmaschine befestigt, mit der die Sitzdichtfläche des Gehäuses bearbeitet wird. Nach Abdrehen der Restpanzerung wird eine erneute Farbeindringprüfung vorgenommen. Anschließend wird die neue Panzerung durch WIG-Auftragschweißen (WIG: Wolfram Inert Gas) in mehreren Lagen nach den Vorgaben des mit der Qualitätssicherung abgestimmten Schweißplans aufgebracht. Mit einer Spezialdrehmaschine wird die Panzerung auf Fertigmaß abgedreht. Um eine hohe Oberflächengüte zu erhalten, wird die Sitzdichtfläche mit einer hochtourigen Spezialschleifmaschine endbearbeitet. 5. Bearbeiten der Dichtplatten. Die Dichtplatten werden nach Kundenwunsch entweder ertüchtigt oder ausgetauscht und dann in das ertüchtigte Gehäuse eingepasst. 6. Überholen der Armatureneinbauten und Remontage. Die Armatur wird generalüberholt, das heißt, Verschleißteile werden ausgetauscht. Pilotanwendung im Kernkraftwerksblock Isar-2 Im Juli 2010 kam AVARIS erstmals im Rahmen eines Pilotprojekts im deutschen Kernkraftwerksblock Isar-2 zum Einsatz: Zwei Absperrschieber im Kondensat- und Haupt Zusammenfassung AREVA bietet ein innovatives Verfahren: AVARIS. Mit dieser Spezialtechnik können Absperrschiebergehäuse und Rückschlagklappen im eingebauten Zustand im Kraftwerk saniert werden. Für den Instandhaltungsmarkt weltweit bedeutet dies einen hohen Nutzen, denn es werden Ersparnisse bei Zeit, Aufwand und Kosten erreicht. Das neue Sanierungsverfahren eignet sich für Armaturen im Primär- und Sekundärkreis von Kernkraftwerken, aber auch für konventionelle Kraftwerke. Werden Armaturen im Primärkreislauf saniert, entfallen zudem aufwändige und teure Nukleartransporte. Das Verfahren erfüllt die Qualitätsvorgaben der deutschen und internationalen Behörden. Eine mit AVARIS ertüchtigte Armatur entspricht hinsichtlich ihrer Dichtfunktion einer Original-Armatur. Bei der Pilotanwendung in einem deutschen Kernkraftwerk wurde die neue Technik erfolgreich an zwei Absperrschiebern des Hauptkondensat- und des Speisewassersystems eingesetzt. Folgeaufträge in Kernkraftwerken für das Jahr 2011 zeigen, dass die Armaturensanierung mit AVARIS auf einem guten Weg ist, sich als zuverlässiges und flexibles Verfahren in Kraftwerken weltweit zu etablieren. >>> VGB DIGITAL <<< VGB PowerTech 5/2011
VGB PowerTech U 1+4_PT7-07.qxd 18.07.2007 10:07 Uhr Seite 1 Innovative Technologien für die Wasserbehandlung Für jede Anwendung die passende Lösung Volume 87/2007 ISSN 1435-3199 K 43600 Volume 87/2007 ISSN 1435-3199 K 43600 Volume 85/2005 ISSN 1435-3199 K 43600 Jede Zusammenarbeit ThyssenKrupp Xervon GmbH An der Landwehr 2 45883 Gelsenkirchen Telefon 0209 9454-0 Telefax 0209 9454-390 www.thyssenkruppxervon.de Mit neuer Technologie: filmbildende Amine für die Kesselwasserbehandlung Wir bieten eine umfassende Produktpalette für Unser vielfältiges Angebot an Produkten und alle Probleme rund ums Wasser und liefern maßgeschneiderte Lösungen, die perfekt auf Ihre nisches Know-how und einen umfassenden Ausrüstungen, ergänzt durch fundiertes tech- speziellen Prozesse abgestimmt sind: Kundenservice, deckt unterschiedliche Aufbereitung von Zusatzwasser, Kühl- und Prozesswasser, Kesselwasser, Wasser für Heizungs- Branchen Kraftwerke, Stahlindustrie, Raffinerien Anwendungsgebiete ab, zum Beispiel in den anlagen, Swimming-Pools oder Membranfiltrationsanlagen, Trinkwasser und Abwasser. Industrie, Lebensmittel- und Getränkeindustrie, und petrochemische Industrie, chemische Anlagenmanagement. hat mal klein angefangen. In der Instandhaltung von Kraftwerken hat ThyssenKrupp Xervon über 30 Jahre Erfahrung. Ob Basisdienstleistungen wie Gerüstbau, Isolierung und technische Reinigung, komplexe Aufgaben wie Engineering, Modernisierung und Feuerungstechnik oder komplette, speziell für Ihren Bedarf zusammengestellte Dienstleistungspakete. Wir beweisen Ihnen gern unsere Leistungsfähigkeit im Kleinen wie im Großen. Kontaktieren Sie uns: xervon@thyssenkrupp.com P3-ferrofos, P3-ferrolix, P3-cetamine, P3-ferrocid, P3-ferrolin, P3-ferrofloc, P3-ferrocryl, P3-osmotech, P3-ferrosolf, P3-ferrocor, P3-ferroflame Henkel KGaA, TI Water Treatment Henkelstraße 67 40191 Düsseldorf, Germany Phone +49 211 7979190 Fax +49 211 7982262 Email: water.treatment@henkel.com www.henkel-water.com ThyssenKrupp Xervon Powering Plant Performance IGEN!* I N I N G W E LT W E I T rt zum Einsatz, wo es auf Zuverlässigkeit So liefern BAUER Hochdruckkompresnergie, um die Schaufeln und Stellräder ungsverhältnissen anzupassen. Dadurch en gleichmäßig laufen und die Generaeiderte Problemlösung im Bereich der g suchen und sich dabei keine Komprouns kennenlernen. www.bauer-kompressoren.de Please copy >>> fill in and return by mail or fax rkraft ThyssenKrupp Focus: Safety at Work Clean Coal Technologies International Activities Biomass-fired Power Plant with Circulating Fluidised Bed Operation Experiences from Offshore Wind Farms Damage Analysis of Evaporator Tubes, Fax +49 89 7 80 49-167, info@bauer-kompressoren.de Focus: Furnaces, Steam Generators and Steam Turbines Optimisation of Operating Cost through CDM and JI Performance of a 900 MW Supercritical Steam Turbine Developments of Fluidised Bed Gasification Explosion Protection in the Case of Hard-coal Volume 85/2005 ISSN 1435-3199 K 43600 Schwerpunktthema: Erneuerbare Energien Hydrogen Pathways and Scenarios Kopswerk II Prevailing Conditions and Design Arklow Bank Offshore Wind Park The EU-Water Framework Directive Volume 85/2005 ISSN 1435-3199 K 43600 Flue Gas Heat Recovery at Torrevaldaliga Nord Schwerpunktthema: Kernenergie 2004: Operating Results of Nuclear Power Plants European Power Plant Technology for the Global Market Water Treatment in Power Plant Applications Distributed Generation and System Operation Topic: Hydro-power Neue Wege in der Prozessleit- und Informationstechnik Development of the Oxidation Layer on a Steam Turbine Vane Live-cycle Monitoring/ Condition Evaluation Hg-Rückhaltung im SCR-Katalysatorbett Schwerpunktthema: Instandhaltung in Kraftwerken Further Developments in Coal-Fired Power Plant Technology Hydro Power in a Competitive Market Thermal Utilisation of Waste in a Power Plant Material Developments for High Capacity Power Plants Volume 83/2003 ISSN 1435-3199 K 43600 Yes, I would like order a subscription of VGB PowerTech. The current price is Euro 275. plus postage and VAT. Unless terminated with a notice period of one month to the end of the year, this subscription will be extended for a further year in each case. Name, First Name Street Postal Code City Country Phone/Fax Return by fax or mail or in business envelope with window to VGB PowerTech Service GmbH Fax No. +49 201 8128-302 Date 1st Signature Cancellation: This order may be cancelled within 14 days. A notice must be sent to to VGB PowerTech Service GmbH within this period. The deadline will be observed by due mailing. I agree to the terms with my 2nd signature. Date 2nd Signature
VGB PowerTech The generation of electricity and the disposal of heat is in all parts of the world a central topic of technology, economy, politics and daily live. Experts are responsible for the construction and operation of power plants, their development and monitoring as well as for various tasks in connection with service and management. The technical journal VGB PowerTech is a competent and internationally accepted publication for power plant engineering. It appears annually with 11 bilingual issues (German/English). VGB PowerTech informs with technical/scientific papers and up-to-date news on all important questions of electricity- and heat generation. Topics: development, planning, construction and operation of power plants under special consideration of Operation and plant safety, Economic efficiency, Environmental compatibility, Research and development and application of new technologies, Competitiveness of different technologies and Legal aspects. VGB PowerTech appears with VGB PowerTech Service GmbH, publishing house of technical-scientific publications., the European technical association, is the publisher. Your contact at VGB PowerTech Service GmbH, Gregor Scharpey, Phone: +49 201 8128-271, E-Mail: mark@vgb.org VGB PowerTech Service GmbH P.O. Box 10 39 32 45039 Essen ALLEMAGNE PT
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