Mobile Härteprüfung
Durch Erhöhung der Dampftemperatur auf 725 °C verbessert sich der Wirkungsgrad der Kohleverstromung wesentlich. Dementsprechend können Emissionen reduziert, Ressourcen eingespart und der Aufwand bei der CO2-Abscheidung verringert werden. Das hierzu initiierte FE-Verbundprojekt wird durch Mittel der Industrie und der öffentlichen Hand unter dem Förderkennzeichen 03ET 2017 und 03ET 2017B des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie finanziert.
Übergeordnetes Ziel des Verbundprojekts mit 30 industriellen und institutionellen Projektpartnern ist die qualitative und quantitative Ermittlung und Beschreibung des Verformungs- und Versagensverhaltens von dickwandigen Bauteilen und deren Schweißverbindungen aus Nickellegierungen für Hochtemperaturanlagen unter vorwiegend instationärer Beanspruchung. Folgende Teilziele wurden ausgewiesen:
- Aufbau einer Teststrecke mit dickwandigen Bauteilen aus Nickellegierungen
- betriebliche Erprobung mit vorgegebenen betriebsnahen Belastungsbedingungen
- numerische Simulation des Bauteilverhaltens unter vorwiegend zyklischer Fahrweise mit thermischer Ermüdung sowie bei Überlagerung von primären Kriechbeanspruchungen durch den Innendruck mit sekundären äußeren Lasten
- Validierung der Simulation mit den Messergebnissen der Teststrecke
- Erarbeitung von Empfehlungen zur Herstellung, Auslegung und Betrieb einer Anlage wie das zukünftige „700°C-Kraftwerk“.
Die HWT-II-Versuchsanlage wurde im Kessel 17 des Blocks 6 des Großkraftwerks Mannheim instal-liert, wo Dampf von 530 auf 725 °C aufgeheizt und in die Teststrecke eingespeist wird. Durch einen Bypass ist sichergestellt, dass die Teststrecke bei einer eventuellen Betriebsstörung außer Betrieb genommen werden kann, ohne den Blockbetrieb zu unterbrechen. Im Endüberhitzer werden temperaturabhängig austenitischer Stahl (DMV310) und Nickellegierungen (A263, A617B) eingesetzt, die neben der thermo-mechanischen Belastung einer Beanspruchung aus Korrosion und Oxidation ausgesetzt sind. Der erste Abschnitt des dickwandigen Rohrleitungsbereiches aus A617B und A263 beinhaltet Rohrbiegungen und Rundnähte mit einem äußeren Durchmesser von etwa 220 mm und einer Wandstärke von 50 mm. Hier wird die Überlagerung der Kriechspannung aus dem Innendruck mit gezielt veränderbaren äußeren Zusatzkräften untersucht. Der anschließende dickwandige Rohrleitungsbereich aus A617B wird einer thermischen Wechselbeanspruchung zwischen 400°C und 720°C ausgesetzt. Hier sind Rohrbiegungen, ein Abzweigformstück und Regeleinrichtungen sowie ein sammlerähnliches Strukturbauteil aus A617B und A263 mit Schweißverbindungen zu Überströmleitungen (Kesselrohre) aus A740 und A617B integriert. Die Versuchsstrecke ist aufwändig instrumentiert, um die notwendigen Informationen über Bauteilreaktionen bereitstellen zu können.
Nach dem Projektstart in 2011 wurde die Teststrecke nach Installation in dem engen Zeitfenster einer Revisionsphase des Kessels erfolgreich im September dieses Jahres in Betrieb genommen. Das Projektende ist planmäßig für Ende 2014 angesetzt. Dem Projektpartner SLV Mannheim kam im Zuge des Aufbaus der Teststrecke die Aufgabe der zerstörungsfreien Prüfung der über 200 Schweißnähte mittels Sicht-, Farbeindring- und im Besonderen Röntgen- und mobiler Härteprüfung (s. Foto) zu. Unterstützt wurde sie von Prüfern der SLV Berlin-Brandenburg und der SLV Saarbrücken, so dass während der Montagephase für die Röntgenprüfung ständig eine Prüfaufsicht und zwei Prüfteams mit jeweils zwei Prüfern im Anschluss an die Schweißarbeiten in der Nachtschicht zum Einsatz kamen.