10CRMO9-10 UND INCOLOY 825
KOMPENSATOREN FÜR KERNKRAFTWERKE

In einem Kernkraftwerk in Nordeuropa wurden vier gebundene Kompensatoren aus 10CrMo9-10 und Incoloy 825 mit speziellen Schutzabdeckungen im Dampfabsaugsystem der Turbinen installiert.

KUNDENPROBLEM
Die Kompensatoren wurden benötigt, um einige alte Kompensatoren zu ersetzen, die das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hatten. Der Kunde leitete die Zeichnungen der ursprünglichen Kompensatoren weiter, da er einen 1:1-Ersatz des Designs benötigte. Das Kernkraftwerk war mit der Lösung und ihrer Funktionsweise sehr zufrieden und wollte daher den 1:1-Ersatz der ursprünglichen Kompensatoren. Für das Kernkraftwerk war es jedoch von entscheidender Bedeutung, dass die Belastungen so gering wie möglich waren, insbesondere da ein Ende der Kompensatoren verwendet werden würde, um Lasten aus dem Rohrleitungssystem zu tragen. Daher suchte der Kunde nach einem Hersteller, der Erfahrung im Nuklearsektor hatte und in der Lage war, eine 1:1-Lösung mit CE-Kennzeichnung zu entwerfen und herzustellen. Auf diese Weise konnte das Kernkraftwerk eine erneute Designbegutachtung vermeiden.

BELMAN SOLUTION – 10CrMo9-10 und Incoloy 825 Kompensatoren
Um diese Anforderungen zu erfüllen, hat Belman eine 1:1-Lösung entwickelt und dem Kunden zur Genehmigung vorgelegt. Die Konstruktion besteht aus verbundenen Kompensatoren mit doppeltem Balg, um größere seitliche Bewegungen aufzunehmen. Aufgrund der hohen Fließgeschwindigkeit war eine glatte Innenseite erforderlich; daher wurde eine Innenhülsenkonstruktion verwendet. Diese diente auch dazu, den Balg vor der hohen Fließgeschwindigkeit zu schützen. Der Balg besteht aus Incoloy 825, während die Innenhülsen und die Rohrenden aus 10CrMo9-10 bestehen, da der Kompensator an einem Ende auf das Gegenrohr geschweißt wird, das ebenfalls aus 10CrMo9-10 besteht, während das andere Gegenrohr aus P265GH besteht. Das Medium ist Dampf; der Kunde forderte jedoch, dass die Kompensatoren aus den Materialien Incoloy 825 und 10CrMo9-10 hergestellt werden. Das Material ist für beide Enden das gleiche, um das Hinzufügen eines dritten Materials zur Konstruktion und damit neue Schweißverfahren zu vermeiden. 10CrMo9-10 ist ein Material mit hoher Streckgrenze bei erhöhten Temperaturen, das beim Schweißen eine besondere Handhabung mit Vorwärmen und Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) erfordert.

Der Kunde forderte spezielle Abdeckungen, da diese während des Betriebs dauerhaft sein mussten und somit nicht nur zum Schutz während des Transports dienten. Da sie relativ dünn sind, kann es sinnvoll sein, die Bälge während des Anlagenbaus, des Betriebs, der Wartung usw. von außen vor Beschädigungen zu schützen. Natürlich sind die Abdeckungen dieser Kompensatoren so ausgelegt, dass die freie Bewegung des Kompensators möglich ist.

Warum eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT)?
Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) wird durchgeführt, um die Härte in den geschweißten Abschnitten des 10CrMo9-10 zu reduzieren. Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) ist für Stahlsorten wie 10CrMo9-10 (1.7380) unerlässlich, einen Chrom-Molybdän-Legierungsstahl, der häufig in Hochtemperatur- und Hochdruckanwendungen wie Kesseln, Wärmetauschern und Druckbehältern verwendet wird. Aus diesem Grund ist die PWHT für 10CrMo9-10 erforderlich:

1. Reduzierung von Eigenspannungen: 10CrMo9-10 wird häufig in Umgebungen mit hoher Beanspruchung verwendet. Beim Schweißen entstehen aufgrund der schnellen Erwärmung und Abkühlung Eigenspannungen in den Wärmeeinflusszonen (WEZ). PWHT baut diese Spannungen ab und hilft, Verformungen, Risse und mögliche Ausfälle zu verhindern, insbesondere bei dickwandigen Anwendungen.
2. Verbesserung von Zähigkeit und Duktilität: Chrom-Molybdän-Stähle wie 10CrMo9-10 neigen nach dem Schweißen dazu, in der Wärmeeinflusszone spröde zu werden. Grund dafür ist die martensitische Umwandlung, eine harte Mikrostruktur, die durch schnelles Abkühlen entsteht. PWHT verfeinert die Mikrostruktur, stellt Duktilität und Zähigkeit in den geschweißten Bereichen wieder her und macht das Material weniger anfällig für Sprödbrüche.
3. Reduzierung von Wasserstoffversprödung und Rissbildung: Beim Schweißen absorbierter Wasserstoff kann zu wasserstoffinduzierter Rissbildung (auch Kaltrissbildung genannt) in legiertem Stahl führen. PWHT ermöglicht es dem Wasserstoff, aus den geschweißten Bereichen zu diffundieren, wodurch die Anfälligkeit für verzögerte Rissbildung reduziert wird. Dies ist besonders wichtig bei Hochdruckanwendungen, bei denen ein Versagen katastrophale Folgen haben könnte.
4. Spannungsrelaxation bei erhöhten Temperaturen: Bei Hochtemperaturanwendungen muss 10CrMo9-10 seine strukturelle Integrität unter anhaltender Belastung beibehalten. PWHT stellt sicher, dass die Kriechfestigkeit des Materials – die Fähigkeit, anhaltender Belastung bei erhöhten Temperaturen standzuhalten – optimiert wird, was für eine langfristige Lebensdauer in Hochtemperaturumgebungen entscheidend ist.
5. Verbesserte Korrosionsbeständigkeit: Obwohl Chrom-Molybdän-Stähle eine gute Oxidationsbeständigkeit aufweisen, verbessert PWHT die Korrosionsbeständigkeit durch Stabilisierung der Mikrostruktur des Materials. Dies ist insbesondere in Umgebungen wertvoll, in denen der Stahl korrosiven Stoffen ausgesetzt ist, da PWHT das Risiko lokaler Korrosion in geschweißten Bereichen verringern kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Durchführung von PWHT bei 10CrMo9-10 (1.7380) entscheidend ist, um die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Schweißverbindung sicherzustellen. Es verbessert die Duktilität, reduziert Restspannungen, verringert das Risiko wasserstoffbedingter Risse und erhöht die Beständigkeit gegen Kriechen und Korrosion bei hohen Temperaturen.

Hohe Ansprüche an Qualitätssicherung und erweiterte Gewährleistung
Aufgrund der Art der Anwendung war die Qualitätssicherung sehr wichtig. Vor der Produktion forderte der Kunde Folgendes zur Überprüfung und Genehmigung: Zeichnungen, Stücklisten, ein Modell der Dehnungsfuge einschließlich Abdeckung als Step- oder Sat-Dateien, um sicherzustellen, dass auf der Dehnungsfuge ausreichend Platz und Bewegungsfreiheit vorhanden ist, die Steifigkeitswerte der Dehnungsfugen usw. Nachdem die Zeichnung und die zugehörigen Dokumente genehmigt worden waren, fand ein Kick-off-Meeting statt und Belman begann mit der Produktion. Der Kunde forderte die Überprüfung aller WPSs und dass die Dehnungsfugen das CE-Zeichen erhielten. Darüber hinaus wurden die Dehnungsfugen einem Drucktest, einem Eindringtest, einem Magnettest, einem Röntgentest, einem Ultraschalltest, einem Dichtheitstest und einer Sichtprüfung unterzogen. Die gesamte Produktion, Prüfung, Qualitätssicherung und Dokumentation erfolgte gemäß 2014/68/EU und nationalen Normen und die Dehnungsfugen erhielten das CE-Zeichen.

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

Belman – beispiellose Fachkompetenz bei Kompensatoren für Kernkraftwerke
Belman verfügt über beispiellose Fachkompetenz bei der Entwicklung und Herstellung kundenspezifischer Kompensatoren und hat bereits über 900.000 Kompensatoren für verschiedene Anwendungen weltweit hergestellt. Über Jahrzehnte hinweg hat Belman weltweit Kernkraftwerksprojekte unterstützt und sich dabei eine solide Erfolgsbilanz und umfassende Branchenkenntnisse über die Bedürfnisse und Anforderungen des Nuklearsektors aufgebaut. Zu den vielen interessanten Projekten zählen Kompensatoren mit einem Schacht für die interne Inspektion der Rohrleitung, Eillieferungen für ein Kernkraftwerk mit dringendem Bedarf und einige speziell entwickelte DN 3000-Kompensatoren mit einer Einbaulänge von 8 Metern für ein Kernkraftwerk. Dies deckt eine große Vielfalt an Designs und Anforderungen ab, ist für Belman jedoch Alltagsarbeit, was uns zum Kompensatorhersteller mit beispielloser Fachkompetenz macht.