Standpunkt / 19.11.2013

Maile: Mit dünneren Rohrwänden werden Kraftwerke flexibler

Professor Karl Maile, stellvertretender Direktor der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart (MPA Stuttgart), leitet die wissenschaftliche Begleitforschung an den Hochtemperatur Werkstoff Teststrecken (HWT I und II) am Grosskraftwerk Mannheim. Über die Bedeutung der laufenden Werkstoffentwicklung für die Flexibilität und die Effizienz von Kraftwerken sprach er im Interview.

Professor Karl Maile, stellvertretender Direktor und Leiter des Fachbereiches Baukonstruktionen an der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart, leitet die Forschung an den Hochtemperatur Werkstoff Teststrecken (HWT I und II) am Grosskraftwerk Mannheim. Foto: MPA Stuttgart

KraftwerkForschung.info: Was haben Sie über die hochtemperaturfesten Stähle an der Hochtemperatur Werkstoff Teststrecke am Grosskraftwerk Mannheim herausgefunden?

Maile: Wir haben untersucht, wie die Materialien sich unter den realen Bedingungen der Praxis verhalten. Dabei haben sie sich nicht schlechter verhalten, als von uns mit Berechnungen und Laborversuche prognostiziert wurden. Die Werkstoffe haben auch in der Praxis eine gute Zeitstandfestigkeit gezeigt. Der Erkenntnisgewinn besteht darin, dass wir die Werkstoffe unter den genannten Praxisbedingungen qualifiziert haben. Wir können die damit die Kennwerte und Verhalten aus den Laborversuchen bestätigen.

Auch bei der Verarbeitung der Materialien haben wir Praxiserfahrung gesammelt. Das Schweißen beeinflusst über die eingebrachte Wärme in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung das Werkstoff- und Bauteilverhalten. Denn beim Schweißen entsteht eine Wärmeeinflusszone mit anderer Mikrostruktur sowie besonderen Spannungszuständen. Unsere Projektpartner haben den Prozess optimiert und die anschließende Wärmebehandlung so modifiziert, dass die positiven Eigenschaften der Werkstoffe auch beim Schweißen erhalten beleiben.

Mit der Teststrecke konnten wir zeigen, dass wir bei den entwickelten Schweißverfahren die Gefahr der Bildung von Rissen weitgehend ausschließen können. Eine optimale Festigkeit der Schweißverbindung kann damit gewährleistet werden.

KraftwerkForschung.info: Was ergab die Inspizierung der Teststrecke im Mai 2013?

Maile: Wir haben damals die Teststrecke abgefahren, das heißt Druck und Wärme herausgenommen, um zu untersuchen, ob schon eine Schädigung der Bauteile vorliegt beziehungsweise erkennbar ist. Die zerstörungsfreien Prüfverfahren für Nickel-Basis-Legierungen weisen für diese Werkstoffe und Bauteile noch ein Verbesserungspotenzial auf. Über Ultraschalluntersuchungen und endoskopische Untersuchungen haben wir relativ aufwendig geprüft, ob schon Risse detektierbar sind. Bis dato sind an den Rohren und Formstücken keine Anrisse gefunden worden. Das entspricht unseren Erwartungen, die wir uns durch begleitende numerische Berechnungen gebildet haben.

KraftwerkForschung.info: Müssen Sie die Teststrecke länger laufen lassen, um belastbare Ergebnisse über die Lebensdauer der Bauteile zu bekommen?
Maile:
Wir sind bisher rund 1.700 Lastwechsel gefahren. Damit haben wir die von uns berechnete kritische Zahl von 2.000 bis 2.500 Lastwechseln noch nicht erreicht.

KraftwerkForschung.info: Wann werden Sie diese überschreiten?

Maile: Wir werden noch in diesem Jahr über 2.000 Lastwechsel erreichen. Wir haben berechnet, dass ab dieser kritischen Zahl Schädigungen auftreten können. Das bedeutet, dass eine Anrissbildung auftreten kann. Unsere Berechnungen sind aber auch mit einer Unsicherheit behaftet. Wir wollen in jedem Fall verhindern, dass die Teststrecke unvorhergesehen durch eine Schädigung abgefahren werden muss, da diese den Kraftwerksprozess behindern. Dies erreichen wir durch die Überwachung und die weitere Optimierung der rechnerischen Vorhersagen zur Anrissbildung. Durch die Validierung der Berechnungsverfahren wird es möglich sein, die Sicherheit unserer Rechnung zu prüfen.

Aktuell geförderte Projekte:

Projektleitung

Grosskraftwerk Mannheim (GKM)

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68199 Mannheim

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Fax: +49(0)621-8 684410

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Wissenschaftliche Projekleitung

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Professor Karl Maile, stellvertretender Direktor der MPA Stuttgart

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