KOMPENSATOREN AUS
10CRMO9-10 UND INCOLOY 825
FÜR EIN KERNKRAFTWERK

In einem nordeuropäischen Kernkraftwerk wurden vier Kompensatoren mit Begrenzung aus 10CrMo9-10 und Incoloy 825 mit speziellen Schutzabdeckungen im Dampfabzapfsystem der Turbinen installiert.

 

PROBLEMATIK DES KUNDEN
Die Kompensatoren wurden als Ersatz alter, ausgedienter Kompensatoren benötigt. Der Kunde übermittelte die Zeichnungen der ursprünglichen Kompensatoren, da ein 1:1-Ersatz der Auslegung erforderlich war. Das Kernkraftwerk war mit der Lösung und dem Betrieb sehr zufrieden und wünschte daher den 1:1-Ersatz der ursprünglichen Kompensatoren. Entscheidend für das Kernkraftwerk waren möglichst geringe Belastungen, zumal ein Ende der Kompensatoren zur Aufnahme von Rohrleitungslasten dienen sollte. Daher suchte der Kunde einen im Nuklearbereich erfahrenen Hersteller, der eine 1:1-Lösung auslegen und fertigen konnte. Zudem benötigte das Kernkraftwerk eine CE-gekennzeichnete Lösung, um die Auslegung nicht erneut prüfen lassen zu müssen.

 

DIE LÖSUNG VON BELMAN – Kompensatoren aus 10CrMo9-10 und Incoloy 825
Anforderungsgemäß entwickelte Belman fachmännisch eine 1:1-Lösung und übermittelte diese dem Kunden zur Genehmigung. Die Konstruktion umfasst Kompensatoren mit Begrenzung und doppelten Bälgen zur Aufnahme bedeutender lateraler Bewegungen. Die hohe Fließgeschwindigkeit erfordert eine glatte Innenseite; daher wurde ein Innenleitrohr vorgesehen. Dieses dient auch dem Schutz der Bälge vor der hohen Fließgeschwindigkeit. Die Bälge bestehen aus Incoloy 825, während die Innenleitrohre und die Rohrenden aus 10CrMo9-10 gefertigt sind. Der Kompensator wird an einem Ende auf das Gegenrohr geschweißt, das ebenfalls aus 10CrMo9-10 besteht, während das andere Gegenrohr aus P265GH gefertigt ist. Das Medium ist Dampf, jedoch verlangte der Kunde, dass die Kompensatoren aus Incoloy 825 und 10CrMo9-10 bestehen. Derselbe Werkstoff wird für beide Enden verwendet, um einen dritten Werkstoff zu erübrigen, der ein neues Schweißverfahren erfordert hätte. 10CrMo9-10 ist ein Werkstoff mit hoher Streckgrenze bei hohen Temperaturen, der beim Schweißen eine spezielle Behandlung erfordert, einschließlich Vorwärmen und Nachbehandlung der Schweißnaht (PWHT).

Der Kunde forderte spezielle Abdeckungen, die während des Betriebs als Dauerlösung dienen und nicht nur als Transportschutz. Da die Bälge relativ dünn sind, werden sie sinnvollerweise während der Bauphase, des Betriebs und der Wartung vor äußeren Schäden geschützt. Die Abdeckungen dieser Kompensatoren sind also im Hinblick auf eine freie Bewegung ausgelegt.

 

Wozu die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT)?
Mit der Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) wird die Härte in den Schweißnähten des 10CrMo9-10 herabgesetzt. PWHT ist bei Stahlsorten wie 10CrMo9-10 (1.7380) unerlässlich, die häufig in Hochtemperatur- und Hochdruckanwendungen wie Kesseln, Wärmetauschern und Druckbehältern zum Einsatz kommen. Aus folgenden Gründen ist PWHT für 10CrMo9-10 notwendig:

1. Reduzierung von Restspannungen: 10CrMo9-10 wird häufig in hochbelasteten Umgebungen eingesetzt, und beim Schweißen entstehen wegen des schnellen Erhitzens und Abkühlens Restspannungen in den Wärmeeinflusszonen (WEZ). PWHT baut diese Spannungen ab und hilft, Verformungen, Risse und mögliche Ausfälle zu verhindern, insbesondere bei Anwendungen mit dicken Wandungen.
2. Verbesserung der Zähigkeit und Dehnbarkeit: Chrom-Molybdän-Stähle wie 10CrMo9-10 neigen zur Sprödigkeit nach dem Schweißen in der Wärmeeinflusszone, bedingt durch die martensitische Umwandlung, eine bei schnellem Abkühlen entstehende harte Mikrostruktur. PWHT verfeinert die Mikrostruktur, stellt die Dehnbarkeit und Zähigkeit in den Schweißbereichen wieder her und macht den Werkstoff weniger anfällig für Sprödbrüche.
3. Verringerung der Wasserstoffversprödung und Rissbildung: Beim Schweißen absorbierter Wasserstoff kann in legierten Stählen zu wasserstoffinduzierter Rissbildung (auch als Kaltrissbildung bekannt) führen. PWHT ermöglicht die Diffusion des Wasserstoffs aus den Schweißbereichen und reduziert damit die Anfälligkeit für verzögerte Rissbildung. Dies ist besonders wichtig bei Hochdruckanwendungen, bei denen ein Ausfall katastrophale Folgen haben könnte
4. Spannungsabbau bei erhöhten Temperaturen: In Hochtemperaturanwendungen muss 10CrMo9-10 unter Dauerbelastung seine strukturelle Integrität wahren. PWHT optimiert die Kriechfestigkeit des Werkstoffs – die Fähigkeit, bei erhöhten Temperaturen langfristiger Belastung standzuhalten – was entscheidend für eine lange Nutzungsdauer in Hochtemperaturumgebungen ist.
5. Verbesserte Korrosionsbeständigkeit: Zwar verfügen Chrom-Molybdän-Stähle über eine gute Oxidationsbeständigkeit, PWHT verbessert jedoch die Korrosionsbeständigkeit, indem es die Mikrostruktur des Werkstoffs stabilisiert. Dies ist besonders nützlich in Umgebungen, wo der Stahl korrosiven Stoffen ausgesetzt ist, da PWHT das Risiko lokaler Korrosion in den Schweißbereichen verringern kann.

Kurz gesagt ist das PWHT-Verfahren an 10CrMo9-10 (1.7380) für die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Schweißverbindung entscheidend. Es verbessert die Dehnbarkeit, reduziert Restspannungen, mindert das Risiko wasserstoffinduzierter Rissbildung und erhöht die Beständigkeit gegen Kriechen und Korrosion bei hohen Temperaturen.

 

Hohe Anforderungen an Qualitätssicherung und erweiterte Garantie
Angesichts der Art der Anwendung war die Qualitätssicherung von großer Bedeutung. Vor der Produktion wünschte der Kunde folgende Unterlagen zur Prüfung und Genehmigung: Zeichnungen, Stücklisten, ein Modell des Kompensators einschließlich Abdeckung als Step- oder Sat-Dateien (zur Sicherheit, dass für den Kompensator ausreichend Platz und Bewegungsfreiheit vorhanden sind), die Steifigkeitswerte der Kompensatoren und dergleichen. Nach der Genehmigung der Zeichnung und der zugehörigen Unterlagen fand eine Auftaktbesprechung statt und Belman begann mit der Produktion. Der Kunde wollte alle Schweißvorschriften prüfen und die Kompensatoren sollten CE-zertifiziert sein. Daneben wurden die Kompensatoren einer Druckprüfung, einem Eindringtest, einer Magnetprüfung, einer Röntgenprüfung, einer Ultraschallprüfung, einer Dichtheitsprüfung sowie einer Sichtprüfung unterzogen. Die gesamte Produktion, Prüfung, Qualitätssicherung und Dokumentation erfolgte gemäß 2014/68/EU und nationalen Normen, und die Kompensatoren erhielten die CE-Kennzeichnung.

Als Dokumentation wurden detaillierte Zeichnungen und Berechnungen bereitgestellt, um zukünftige Bestellungen weiterer Kompensatoren für diese Anwendung im Kernkraftwerk zu erleichtern.

 

Belman – unerreichte Experten bei Kompensatoren für Kernkraftwerke
Belman bringt unvergleichliches Fachwissen in der Konstruktion und Herstellung maßgefertigter Kompensatoren ein und hat weltweit über 900.000 Kompensatoren für verschiedene Anwendungen gefertigt. Belman hat jahrzehntelang weltweit Kernkraftwerksprojekte unterstützt, eine solide Erfolgsbilanz aufgebaut und umfangreiche Kenntnisse über die Bedürfnisse und Anforderungen der Kernenergiebranche erworben. Zu den vielen interessanten Projekten gehören Kompensatoren mit Mannloch für die Inneninspektion der Rohrleitung, die schnelle Lieferung eines dringend benötigten Auftrags für ein Kernkraftwerk und speziell ausgelegte Kompensatoren mit Nennweite 3000 und acht Metern Einbaulänge für ein Kernkraftwerk. Dies deckt vielerlei Auslegungen und Anforderungen ab, gehört für Belman jedoch zum Arbeitsalltag und macht uns zu einem Kompensatorhersteller mit beispielloser Fachkompetenz.