Untersuchungen zum langzeitigen Betriebsverhalten von Rohren und Schmiedeteilen aus Legierungen für zukünftige hocheffiziente Kraftwerke (725 HWT GKM)

Projektnummer 321

Im Rahmen dieses Vorhabens wird eine Versuchsanlage errichtet, die insbesondere zur Beurteilung des Erschöpfungszustands sicherheits- und betriebsrelevanter Bauteile geeignet ist. Zur Ermittlung des Sicherheitsabstands zum Versagen sollen zudem die aus parallel laufenden Forschungsprojekten (COORETEC, MARCKO700) gewonnenen und noch zu erwartenden Kenntnisse über die zeitliche Schädigungsentwicklung, sowie damit verbundene Kennwerte und Stoffgesetze, im Feldversuch validiert werden.

Die für den Einbau in einem Kraftwerk der Großkraftwerke Mannheim AG konzipierte Anlage besteht aus einer im Kessel liegenden Überhitzer-Teststrecke mit Temperaturen bis zu 725 °C sowie den außerhalb des Kessels liegenden Teilen zweier Turbinen- und Zeitstand-Teststrecken bei 630 und 725 °C. Der Untersuchungsschwerpunkt liegt bei einer Temperatur von 725 °C. Allerdings können die 630°C-Strecken einen wichtigen Beitrag leisten, da ein besseres Verständnis des Verhaltens von Stählen bei 630 °C die Minimierung der Verwendung teurer Nickelbasis-Materialien erlaubt:

  • In der Überhitzer-Teststrecke wird die Metalltemperatur der eingesetzten Werkstoffe gemessen, um deren Einfluss auf das Korrosions- und das dampfseitige Oxidationsverhalten zu beurteilen. Die Strecke ist auf 200.000 h ausgelegt. Am Ende der Laufzeit sollen Proben entnommen werden.
  • In den Zeitstandstrecken sind Rohrabschnitte eingebaut, die eine Beanspruchung aus dem Innendruck erfahren, die nach 50.000 h zum Bruch führen soll. Die Wandstärke wird an diese Zielsetzung angepasst. Über eine entsprechende Instrumentierung und Berechnung wird der Ausbau vor Versagen sichergestellt. Der Betrieb wird durch parallele bzw. vorlaufende Zeitstandproben begleitet. Gegen Ende des Vorhabens werden Teile entnommen und einer metallografischen Untersuchung unterzogen.
  • Die Turbinen-Teststrecken bestehen aus je einem Rohr größeren Durchmessers, in dem Plättchen aus Turbinen- und Kesselwerkstoffen dem Dampfstrom ausgesetzt sind. Die Dampfturbinenwerkstoffe sollen hinsichtlich ihrer Oxidationsbeständigkeit untersucht werden. Ein Wechsel von Probematerial während des Betriebes ist geplant.

Die Palette der eingesetzten Werkstoffe (einschließlich Beschichtungen) reicht von ferritischen Werkstoffen bis zu Nickelbasislegierungen (T24, T92, VM12, Tempaloy AA1 SB, NF709, NF709R, HR3C, DMV310N, Tempaloy A3, Sanicro25, Mod. HR6W, S304H SB, DMV304HCU SB, Alloy617 mod., Alloy 740, XA704 Mod. SAVE12, Sumitomo New 18/8 Stainless Steel, Sumitomo New Ni Alloy, P92, FB2, CB2, St17/13W, Beschichtungen auf 9 %Cr-Stählen und Ni-Basislegierungen).

Darüber hinaus werden Armaturen sowohl auf Dichtigkeit nach innen und außen als auch auf Gängigkeit der Bauteile unter dem Aspekt der Verfügbarkeit untersucht. Insbesondere bei der HDU ist die Ermittlung des Erosionsverhaltens des Alloy 617 bei einer gegenüber konventionellen HDU höheren Dampfgeschwindigkeit von Interesse.

Im Rahmen des Vorhabens sollen Instandhaltungs- und Prüfstrategien für das 700°C-Kraftwerk entwickelt werden.

Das Projekt wird von 2008 bis 2015 unter einer vierköpfigen Projektleitung durchgeführt:

  • Großkraftwerk Mannheim AG (verantwortlich: Klaus Metzger),
  • Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart (verantwortlich: Prof. Dr. Karl Maile),
  • Alstom Power Systems GmbH (verantwortlich: Dr. Qiurong Chen),
  • EnBW Kraftwerke AG (verantwortlich: Dr. Jörg M. Bareiß).

Weitere an den Projektarbeiten beteiligte Unternehmen sind ABB AG, Bopp & Reuther Sicherheits- und Regelarmaturen GmbH, Burgmann Industries GmbH & Co. KG, BHR Hochdruck-Rohrleitungsbau GmbH, KSB AG, Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mannheim GmbH, TÜV SÜD Industrie Service GmbH und Welland & Tuxhorn AG.

Das Vorhaben wird unter der Fördernummer 0327799 maßgeblich vom deutschen Bundeswirtschaftsministerium mitfinanziert. Die Industriemittel werden im Wesentlichen über Eigenleistungen aufgebracht. An der Finanzierung beteiligen sich GKM, EnBW, MVV, Kraftanlagen München und VGB.

Die Anbindung der Projektarbeiten an den VGB wird einerseits durch die Mitgliedschaft des Vorsitzenden des VGB-Fachausschusses Werkstoffe und Qualitätssicherung in der vierköpfigen Projektleitung gewährleistet. Darüber hinaus unterstützt die VGB-Geschäftsstelle die Projektleitung in der Durchführung von Workshops und bei Veröffentlichungen.

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