Kraftwerksrohrleitungen - Regelwerke und Praxis

 

Unrundheit, Ovalität und Zusatzlasten

 

Dr.-Ing. Robert Gillessen,
Beratender Ingenieur im Anlagenbau /Aachen 

 

Bei bestimmten physikalische Konstellationen wird jeder Stahl und auch Beton = Stein zerbrechen und ist keine Frage des Werkstoffes. Solche Fälle sind Ansammlungen von Kondensat, welches nicht ordnungsgemäß abgeführt wird in verschiedenen Betriebszuständen. Es hilft kein Hinrechnen mit Ansätzen von Unrundheit, Ovalität und zusätzlichen Lasten.

 

Bei den zusätzlichen Lasten werden meist die äußeren Lasten gemeint, die nach angelsächsischer Theorie zumindest in „primär oder sekundär“ unterteilt werden müssen, was in unseren Deutschen Regeln nie so deutlich gesagt wird aber im Prinzip mit den Grundlagen abgedeckt ist. Führen Sie sich einmal die Kräfte vor Augen, die beim Biegeprozeß erforderlich sind und das bei erheblich höheren Temperaturen, dann kommen Sie leicht zu dem Schluß, das halten unsere Gebäude nicht aus, wenn auch zugegebener Maßen die Hebelarme im Gebäude größer werden können. Sicher gilt auch hier, keine Regel ohne Ausnahmen.

An Hand der Gliederung:

¨       Einführung und Grundlagen

¨       Auslegung der Bauteile nach Regelwerke, DIN, TRD u. a.

¨       Zusätzliche Lasten nach DIN, FDBR und ASME (KTA)

¨       Auswirkungen im Betrieb und Lebensdauerbeurteilung

¨       Schlußfolgerung und Empfehlung

möchte ich eine Übersicht über diese Problematik geben und abschließend einige Empfehlungen formulieren.

 

1           Einführung und Grundlagen

Beginnen wir auch hier mit den Unrundheiten und der Ovalität.

 

1.1         Unrundheit (Ovalität)

Hierbei setze ich die Ovalität bereits bewußt in Klammern, denn die meisten Rohre und Biegungen sind in Praxis weniger oval und schon gar nicht elliptisch, wie es der Berechnungsansatz vor sieht. Die Praktiker (Hersteller) wollen dies vielleicht nicht so offenlegen, denn trotz mehrfacher Rückfragen hat mir dies niemand bestätigen wollen. Aber machen Sie sich selber einmal Gedanken dazu und folgen Sie meinen Ausführungen.

In der Literatur fand ich Veröffentlichungen aus dem Anfang der 60iger Jahre, die beim VGB veröffentlicht wurden und wovon eine die Grundlage einer Werksnorm bei Babcock ist. Es sind sicher kleinere Abmessungen, eher „tube“ als „pipe“, um die amerikanische Unterscheidung zu nutzen. Diese Untersuchungen [1] sind Basis meiner Überlegungen und ich glaube man braucht zur Übertragung nicht unbedingt Groß-Bauteil-Versuche.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Das Bild 1 zeigt daraus eine echte Ovalität von 35,6 % mit den typischen Schäden an der Innenseite, d. h. keine Zeitstandschäden! Diese Form entspricht angenähert dem damals entwickelten mathematischen Ansatz zur Berechnung dieser zusätzlichen Beanspruchungen, aber immer unter der Voraussetzung der wirkende Innendruck ist in der Lage das Rohr „rund“ zu drücken.

Nach Einteilung des ASME – Code [2] sind diese Spannungen als „sekundär“ ein zu stufen, was zunächst nicht ganz einsichtig, da Innendruck doch als „primär“ gilt. Nur runder als rund schafft es auch ein höherer Druck nicht und im Zeitstandbereich relaxiert diese Spannung aus, wenn auch nicht ganz heraus. Deshalb zeigen die Versuche seinerzeit auch nur geringere Zeitstandschäden an der äußere Oberfläche, sondern vornehmlich Wechselschäden an der inneren Oberfläche.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Das weitere Beispiel der in Bild 2, welches den typischen Querschnitt einer Sand- (Füllung-) Biegung zeigt, zumindest kann man sich das so vorstellen. Hier trifft das gleiche zu, die Anrisse sind Lastwechselrisse, wie es dort nachzulesen ist. Die MPA – Stuttgart machte zu der Zeit Versuche [3+4] an oval gepreßte Rohren für besondere Anwendungen und kam zu ähnlichen Ergebnissen einer geringen Gefährdung.

Die heutigen Biegungen, sollten sowohl nach TRD [5] und AD [6] eher die Form gemäß Bild 3 haben. Die gezeichnete, theoretische Abweichung sollte nach den dortigen Festlegungen erreicht werden, auch dazu bekam ich leider aus der Fertigung keine Bestätigung. Alle Beteuerungen der heutigen „Rohrbieger“ mit Induktiv-Biegemaschinen, lassen dies aber voraussetzen. Sie sehen, wie der geometrische Mittelpunkt der Bohrung zwar nach außen (hier nach links) wandert, der Schwerpunkt, wenn auch nicht im gleichen Maße, sich nach rechts verlagert. Dies hat eine Veränderung des Trägheits- und Widerstandsmomentes zur Folge. Der Faktor (k) formuliert die Veränderung des Widerstandsmomentes gegenüber dem konzentrischen Rohr, in der folgen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


den Tabelle 1, Bild 4 in Folie (7) ist der Kehrwert ganz rechts aufgelistet. Die oberen Zeilen zeigen nur geringen Einfluß durch diese Veränderung und ist sicher durch die, in Praxis ermittelten Faktoren aus dem ASME – Code [2], mit abgedeckt. Die letzten Zeilen sind rein theoretisch, würde die letzte Zeile doch bedeuten, die Wanddicke im Extrados ist Null (= 0!) und für die Praxis nicht verwendbar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Zusätzliche Lasten

Die zusätzlichen Lasten, die im Prinzip nur schätzungsweise bekannt sind, trotz Berechnung können die Ergebnisse nicht besser sein als die Vorgaben, Randbedingungen und Annahmen, die zur Berechnung erforderlich sind. Dies sind aber im Grunde nur die Schnittlasten, sprich äußere Lasten. Die eigentlichen „innere Lasten“ sind damit nicht erfaßt, auf die ich hiermit besonders aufmerksam machen möchte. Die Aufteilung dieser Lasten in „primär“ und „sekundär“ ist aber bereits dazu erforderlich, denn die Berechnungsmethode und Faktoren sind dem ASME – Code [2] entlehnt und diese Regeln sollten deshalb genau befolgt werden, sonst wird aus unserer Anlage ein Schiff was nicht mehr schwimmt!

 

1.2         Hinweise

Was aber sagen unsere Regelwerke zu dieser Problematik und wie sind diese zu interpretieren? Hier wird es schwierig, wie so immer wenn man so etwas tut, spricht jeder von etwas Anderem. Deshalb möchte ich im folgenden zunächst auf diese Regeln eingehen, wenn Sie auch alle glauben, dies sei „kalter Kaffee“
d. h. hinreichend bekannt. Ich glaube hingegen, die Ersteller der Regelwerke haben in gewisser Hinsicht weiter gedacht und im Grunde wie die angelsächsische Überlegung bedacht, ohne dies genau zu beschreiben.

Abschließend will ich dann versuchen einen Anstoß zu geben für weitere Schritte der Vereinbarung zwischen Hersteller, Überwacher und Betreiber.

 

2      Auslegung der Bauteile nach Regelwerke

Hier will ich mit der einfachsten Regel, der DIN 2413, Teil 1 und Teil 2  [7] beginnen, obwohl die Ergebnisse sich heute nur noch unwesentlich unterscheiden in der Auslegung bei gleichen Daten natürlich.

 

2.1 Deutsche Industrie Norm, DIN 2413 Teil 1 und Teil 2

Die Regel gilt im Grunde nur für Rohre aus Stahl, also keine Rohrleitung, obwohl bezüglich des Druckstoßes Aussagen getroffen werden. Ein Druckstoß ist aber abhängig von der Leitungsführung, was zu bedenken ist. Nun hier werden für gerade Rohre und im Teil 2 für Bogen Formeln für die Auslegung festgelegt, die in drei Gruppen (I bis III) unterteilt sind. I steht für vorwiegend ruhend Beanspruchung und III für schwellende Beanspruchung, beides bis 120° C, II gilt für ruhende Beanspruchung über 120° C, nochmals unterteilt nach Durchmesserverhältnisse da / di .

Die Auslegung erfolgt, wie im Grunde bei allen Regeln nur auf Innendruck und die verwendeten zulässigen Spannungen werden bei den deutschen Regel in Abhängigkeit von der Betriebs- bzw. Auslegungstemperatur gebildet. Die Angelsachsen geben diese in Abhängigkeit von der Temperatur fest vor, d. h. in vergleichbarer Form. Trotzdem kommt es im Allgemeinen zu dickwandigeren Bauteilabmessungen nach
ASME, was für das Anfahrverhalten aber von Nachteil ist.

Da diese DIN aber im Gegensatz zu TRD und AD für sich alleine steht und für alle Rohrleitungen gelten soll, sind hier Abminderungen für schwellende Beanspruchungen gemacht. Dies gilt besonders für Unrundheit bzw. Ovalität, aber es wird keine Berechnungsformel vorgegeben im Gegensatz zur TGL. Diese Abminderungen beginnen bei 2 %, diese Grenze ist identisch mit der in TRD - und AD – Regeln, welche dort eigentlich nicht überschritten werden darf.

Bei neuerlichen Veröffentlichungen hat man den Eindruck, als wolle man die Methode der TGL für alle Anwendungen und vor allem für die Auslegung gültig machen, was dann zur Folge hätte, noch größere Sicherheiten zu erhalten und die Erschöpfung von >800 % und mehr, ohne Schäden erreicht würden.

 

2.1         Technische Regel Dampfkessel, TRD 300

Bei der Auslegung nach TRD [5] werden Voraussetzungen zu Grunde gelegt, die in den zugehörenden Regelungen für Werkstoffe, Herstellung und Prüfung festgelegt sind. So ist hier die Unrundheit in TRD 201 = Herstellung mit 1 % bei ungeglühtem Material bis max. 2 % bei normalgeglüht oder vergütet Trommeln nur für Längsnaht geschweißten Halbzeugen limitiert. Bei kleinen Wanddicken < 1 % vom Dm und nahtlosen Zylindern verzichtet man ganz auf diese Einschränkung!

Für die Berechnung ist nur auf Wechselerschöpfung ein Unrundheitsfaktor f0 zu berücksichtigen, nach TRD 301 Anlage 1, also nur bei der Nachrechnung. Eine Besonderheit dieser Regel ist allerdings in der zulässigen Temperaturdifferenz und Temperatur-Änderungs-Geschwindigkeit zu finden, welches in der dortigen Darstellung so manchem Betreiber Schwierigkeiten bereitet. Auch wenn dies quasistationär gerechnet werden kann, bereitet das nicht nur diesen alleine Schwierigkeiten. Zum besseren Verständnis habe ich Bild 4 eingefügt und möchte dies daran erläutern. Wie gesagt quasistationär berechnet bzw. betrachte ist das eine Geometriekonstante, d. h. von der Form des Bauteils abhängig und abgesehen von der Unterscheidung Ferrit oder Austenit kaum vom Werkstoff abhängig. So ist die Schädigung rein vom Gradient der Erwärmung abhängig. Selbst bei gleichem Δt, wie hier dargestellt, ist das Δϑ erheblich unterschiedlich und für die Schädigung verantwortlich. Dies zu kontrollieren und ab zu sichern bedeutet einen nicht zu geringen Aufwand beim Betrieb einer solchen Anlage.

 

2.2         Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter, AD oder Technische Regel Behälter, TRB

Für die Berechnung gilt hier ähnliches, die Unrundheit wird in HP 1 eingegrenzt, unterschieden für inneren oder äußeren Überdruck. Der Maximalwert bei dünnwandigen Bauteilen, unabhängig wie hergestellt liegt bei 2 % für Innendruck und 1,5 % bei Außendruck. Ein Nachweis wird aber nur für plastische Verformungen bei Außendruck in AD-B 6 gefordert, d. h. für den Stabilitätsnachweis.

Zusätzlich werden hier im Regelteil „AD-S“ Nachweise für die Wechselbeanspruchungen jeglicher Belastungen gefordert, also nicht nur auf Grund der Temperaturänderung, aber nirgends speziell für Unrundheiten. Dafür findet man aber umfangreiche Anweisungen für örtliche Lasteinleitungen, angelehnt an den British Standard BS [8] und Spannungsbewertungen nach ASME [9].

Sie finden auch hier den Verweis auf die eingangs erwähnte Literatur, ohne jegliche Konsequenz für die Auslegung noch Nachrechnung in diesem Regelwerk.

 

2.3         Amerikanischer und Britischer Standard, ASME und BS

Die bereits erwähnten und zitierten angelsächsischen Regeln verfahren nicht wesentlich anders und legen nach dem primären Berechnungsüberdruck aus. Lediglich sind die Sicherheitsfaktoren in den zulässigen Werkstoffkennwerten in Abhängigkeit von der Einsatztemperatur versteckt, was gewisse Vorteile des Kochbuches aber auch Nachteile beinhalten.

Große Vorteile bieten diese Regeln für den Rohrleitungsbau durch die seit Jahren bestehende Regelung „ANSI B 31.1“ [2], die faktisch in KTA [10] und FDBR-Richtlinie [11] übernommen wurden. Allerdings kommt es hier zu einer Vermischung der angelsächsischen und deutschen Philosophie, die zu erheblichen Fehleinschätzungen führt, sind aber derzeit die einzigen gültigen Hilfsmittel für den Rohrleitungskonstrukteur und sind als Nachrechnungen bzw. Abschätzungen zu betrachten.

Allgemein werden die Bauteile dickwandiger nach Auslegung zumindest nach ASME, was aber für die Anfahrgeschwindigkeit Nachteile hat, wie bereits ausgeführt.

 

2.4         Kerntechnische Regeln, KTA

Die Kerntechnischen Regeln will ich nur der vollständigkeitshalber erwähnen, sind sie doch politisch verpönt. Es ist technisch zwar nicht richtig, denn es sind die einzigen zusammenhängenden Regeln, die einigermaßen aufeinander abgestimmt sind, in deutscher Sprache. Für die Auslegung wird aber auf die Regeln AD und TRD verwiesen, für die immer noch Anwendungsregeln für zusätzliche Lasten in Vorbereitung sind. Daher rührt sicherlich das große Dilemma bei der Diskussion dieser Lasten und wie sie zu berücksichtigen sind. Es wäre aber sehr überheblich, diesem mit dem Hinweis auf eine bessere Verfügbarkeit in Deutschen Anlagen dies ab zu tun.

 

3           Zusätzliche Lasten nach DIN, FDBR und ASME (KTA)

Zu diesem Thema herrscht eine babylonische Sprachverwirrung und jeder versteht etwas anderes darunter, je nachdem aus welchem Blickwinkel er dies betrachtet.

 

3.1         DIN – Hinweise

Die DIN [12] unterscheidet nur für den Stahlbau solche Lasten und sind auf H, HZ und HS beschränkt.

¨       H  = Hauptlasten, planmäßig auftretende äußere Lasten und Einwirkungen, die nicht nur kurzzeitig auftreten.

¨       HZ = Haupt- und Zusatzlasten, alle übrigen bei der planmäßigen Nutzung auftretenden Lasten und Einwirkungen

¨       HS = Hauptlasten, die mit Sonderlasten und gegebenenfalls auch Zusatzlasten wirken.

Dies sind aber allesamt sogenannte Primärlasten nach ASME und stehen in keinem Zusammenhang mit diesen Unterscheidungen. Deshalb ist es auch schwierig sich mit den Stahlbaustatikern zu verständigen und kommt teilweise zu unlösbaren Konfrontationen.

 

3.2         FDBR – Richtlinie

Diese Regel zur Berechnung von Kraftwerksrohrleitungen [11] ist an und für sich die jüngste und ist erstellt worden „für eine Vergleichbarkeit der Rechenergebnisse, für eine bessere Verständigung und eindeutige Interpretation“, wie es im Vorwort heißt. Böswillig könnte man das auch anders interpretieren, denn es ist im wesentlichen eine Übersetzung des ASME / ANSI B 31.1 von 1983 [2] mit einige verschärfende Bedingungen und Ergänzungen (z. B. für Kugelformstücke) auf unsere Belange zugeschnitten.

Die Auslegung entspricht der nach DIN, TRD oder AD unter Vernachlässigung der Bedingungen des amerikanischen Codes von gewissen Übergangsradien! Die bisherigen, schon langzeitigen Erfahrungen zeigen aber, daß man dies ungestraft tun kann.

In dieser Regel werden die Lasten aufgeteilt wie das amerikanische Regelwerk es fordert in Haupt- und Zusatzprimärlasten, sowie in Sekundär- und Halterungslasten, damit wird eine gewisse Eindeutschung erzwungen, wenn man so will. Diese werden dann in H, Z und S eingeteilt, die zu den Lastfällen nach DIN [12] H, HZ und HS zusammengefaßt sind. Wenn sie sich dies genauer ansehen werden einige doppelt bezeichnet wie Erdbeben und Randpunktverschiebung, die nicht so eindeutig und erstere für unseren Raum weniger von Bedeutung sind. Der vorhin besonders herausgestellte Temperaturgradient ist aber nicht zu geordnet und somit auch nicht abgedeckt.

Es folgen die sogenannten Stützbedingungen, dort unter Abschnitt 7 aufgelistet. Hier werden wohl die häufigsten Fehler gemacht, da die praktische Ausführung nicht der theoretischen Annahme entspricht. Erst in Kapitel 8 folgt die Definition der Lastfälle unter den acht Unterpunkten ist nur einer über die Betriebslastfälle allerdings mit 11 Unterpunkten die bei Vollast, Teillast und Stillstand alles abdecken sollen. Ich will an dieser Stelle darauf nicht näher eingehen, welche Gefahren darin bestehen.

Die Systemanalyse erfolgt, wenn sie verlangt wird fast ausnahmslos mit Programmen, die Rohrleitung wird mit wenigen Ausnahmen als Balken abgebildet. Eine Lösung nach FDBR ist allerdings nur mit „ROHR 2“ [14] möglich, ohne für diesen Vertreiber Reklame zu machen, damit auch die Idealisierung von den in Deutschland als Besonderheit verwendeten Kugelformstücken, was häufig nicht bedacht wird. Sicher kann man hier die Frage stellen, ob dies so wichtig und richtig, aber auch hier gilt die lange positive Erfahrung.

Letzter Hinweis in dieser Sache sollte auf dem dortigen Abschnitt 12 erfolgen, in dem die Standard- und zusätzlichen Berechnungen, sowie die IST- Statik aufgeführt werden. Die IST- Statik ist dort nur empfohlen, aber im Rahmen der Euphorie in Sachen Lebensdauer unumgänglich anzusehen.

 

3.3         ASME- und BS- Folgerungen

Diese beiden angelsächsischen Regelwerke sind Ausgangspunkt für die Erstellung der FDBR – Richtlinie gewesen, weisen aber weitere Detaillierungen und Besonderheiten auf, die in der KTA zum Teil enthalten. Diese Technologie ist inzwischen politisch verpönt und wird nur zur Vollständigkeit aufgeführt. Hilft aber sicher manchem Anwender zu einer akzeptablen Lösung, auch und vor allem in Bezug der Lasten und Lastfälle und deren Abgrenzungen.

 

3.4         KTA – Hinweise

Wie bereits gesagt, erfolgt hier eine detaillierte Lastfalleinteilung mit Zuordnung der Spannungsabgrenzungen. Vor allen die Einteilung der Betriebslastfälle in Bestimmungsmäßigen Betrieb, Sonder- und Störfälle, zeigt diese Regel andere Schwerpunkte auf. Damit ebenso bessere Handhabung, auch wenn so, als „Kerntechnik verseucht“ heute abgeschrieben.

 

4           Auswirkungen im Betrieb und Lebensdauerbeurteilung

Die Auswirkungen möchte ich natürlich an Beispielen erläutern, die ich aus Vorfällen der letzten Jahre entnehmen will.

 

4.1         Betrieb

Hilfreich sind Schadensfälle die veröffentlicht wurden, so ist Bild 5 auf einer VGB-Fachtagung [13] gezeigt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


worden. Es ist mit Sicherheit nicht an zu nehmen, daß dieser Schaden bei normalem, Bestimmungsmäßigen Betrieb erfolgt ist, um an dem vorherigen anknüpfen zu können. Andere Beispiele, die nicht veröffentlicht wurden, kann ich nur prinzipiell darstellen. So das Beispiel eines Überströmsammles Bild 6 aus einer Anlage, die naß angefahren wird. Das dargestellte Kondensat ist nicht zu entwässern und für eine gewisse Zeit beim Anfahren zumindest vorhanden. Welche Zustände sonst noch wirken, bleibt offen und wird nicht kontrolliert. Dies ist eine kritische Situation, wie ebenfalls vor einigen Jahren im GKM festgestellt und veröffentlicht [14] wurde. Das Bild 7 zeigt die Beanspruchung eines Rohrquerschnittes aus dieser Veröffentlichung, die nicht zu spontanem Versagen führte.

Es handelt sich hier um den gefürchteten Ratcheting Prozeß, die von der Häufigkeit des Vorganges abhängt. Hier zu folgern, es hat 30 Jahre gehalten, also wird dies auch weitere Jahre halten bei verändertem Betrieb, wäre sträflicher Leichtsinn.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Da dies aber nicht so leicht einsichtig, weil in den Regeln bewußt ausgeklammert und zyklisch = betrieblich abgesichert werden muß. Weist zumindest der ASME – Code unmißverständlich darauf hin und ist vielen auch über den Weg gekommen mit dem berüchtigten 3Sm – Kriterium. In Bild 8 erfolgt prinzipiell die Aufteilung des ungleichmäßigen Temperaturverlaufs über den Durchmesser. Es ist zu erkennen, der gleichmäßige Anteil, der das Rohr nur verlängert. Der linear veränderliche Teil biegt das Rohr, soweit dies möglich und die innere Kraft wird so groß, das selbst einbetonierte Rohre sich verformen würde im Gegensatz zu den äußeren Lasten. Kritisch wird der nicht lineare Rest, der für bleibende Verformungen sorgt, die auf dem ersten Blick nicht erklärbar sind. Was an der Spitze da unten geschieht, die noch harmlos dargestellt ist, will ich im Bild 9 erläutern.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


In Bild 9 wird der Dehnungsverlauf von Teilbereichen prinzipiell dargestellt. Der kleinere Teil des Querschnittes (links) überschreitet deutlich die Streckgrenze und plastiziert, während der größere Teil dies womöglich gar nicht erreicht. So kommt es zu der gefürchteten schrittweise Deformation des betroffenen Bereiches bis zum Schaden = Ratcheting. Dies um so mehr an Übergängen Böden, Reduzierungen und auch T-Stücken, wie am gezeigten Schadensbild (Bild 5) zu erkennen. Dies hat wenig mit dem Werkstoff zu tun und ebenso nichts mit Ovalität oder sonstige Ausgangsformen, wie aus den Messungen im GKM zu folgern. Auch der erhoffte „Notanker“ zusätzliche Lasten hilft nichts, insbesondere die sogenannten äußern Lasten, wie aufgelistet. Es sind Innere Lasten dafür verantwortlich, die in den Regeln nicht zugeordnet, um nicht vergessen zu sagen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Um nun aber einen Anhaltswert zu erhalten, wurde im Zusammenhang mit einem andern Schaden, der sicherlich nicht so spektakulär wie eingangs gezeigt war. Aber mindesten sehr unangenehm für den Hersteller, den ich seinerzeit vertreten habe und eine Untersuchung am System durchgeführt habe. Das Ergebnis will ich mit den beiden folgenden Bildern vorstellen und für diesen jetzigen Zweck auswerten. Das Bild 10 zeigt einen Ausschnitt von dem Rohrleitungssystem, eingeweihte werden dies viel geschmähte System gleich erkennen. Es wurde das System mit den üblichen Betriebslasten nach FDBR-Richtlinie in grüner Farbe geplottet. Rot ist ein Sonderfall durch Temperaturschichtung dargestellt, deutlich ist dabei die wohl bekannte Bananenkrümmung

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 zu erkennen. Die daraus resultierenden Spannungen sind im folgenden Bild 11 aufgeführt, es sind die Spalten 3 bis 6, für normale Temperatur / Sonderfall / Eigengewicht / Innendruck, in dieser Reihenfolge. In Spalte 1 ist die gemessene bzw. angenommene Temperaturdifferenz aufgelistet und dazu die mit FEM berechneten zugehörigen Spannung im geraden Rohr. Sie erkennen deutlich die Bedeutung solcher Beanspruchungen und brauche ich nicht zu unterstreichen 137 >>18,4 N/mm2.

Ich glaube diese Zahlen sprechen für sich und ich brauche das übrige nicht weiter zu erklären, die eine andere Zielrichtung hatten.

 

4.2         Lebensdauer

Die vorher aufgezeigte Beanspruchung ist eine zyklische = Ermüdungsbeanspruchung, die wir mangels einer besseren Lösung zum Erschöpfungsgrad zur Bewertung zusammen fassen. Wenn wir uns aber die Einflußfaktoren auf die Lebensdauer anschauen, was ich mit Bild 12 abschließend tun möchte, ist die dargestellte Gefahr nicht abgedeckt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Vielleicht ist der große Balken der Zeitstandfestigkeit ein Grund dafür, das in Deutschland ein übergroßer Schwerpunkt im Werkstoffbereich gelegt wurde und alles andere zu vergessen?

 

 

5           Schlußfolgerungen und Empfehlungen

Die neu aufgeflammte Diskussion über die Ovalität ist nach den Recherchen wohl kaum notwendig und unter den dort aufgezeigten Bedingungen nicht erfolgversprechend. Auch die Systemauslegung, sofern sie sorgfältig und richtig gemacht ist, auf dem richtigen Weg. Allerdings sollte uns dies nicht verleiten, die bekannten Probleme von Anfahr-, Abfahr- und anderen Schieflagen mit dem Bestimmungsmäßigen Betrieb abgedeckt seien. Hier sollte mehr Sorgfalt von Hersteller und Betreiber erwartet werden, als sogenannte „Sachkundige“! Die Ableitung des Kondensats wird im Rahmen dieser Selbstsicherheit zunehmend weniger beachtet. In Anbetracht des zunehmenden Kostendruckes finden mehr und mehr Profiteure mit Ausführungsforen die nicht den VGB Empfehlungen [16] entsprechen, weil die Betreiber und Besteller dies nicht erkennen. So sind z. B. ebene Böden in warmgehenden Leitungen eher eine Verschlimmbesserung über 250° C, wie kragenförmige Verstärkungen auch. Diese sind zwar kostengünstiger aber damit keineswegs immer preiswerten, sondern nur billiger im wahrsten Sinne des Wortes.

 

6           Internationaler Vergleich der Regel­werke und Tagungen

Mit den weiteren Folien erlauben sie mir einen Vergleich der deutschen Aktivitäten ohne jegliche Bewertung zwischen den amerikanischen Regeln [17] und Aktivitäten zu unseren in Deutschland. Diese Hinweise sollten nicht leichtfertig oder gar überheblich mit der Feststellung der besseren Verfügbarkeiten vom Tisch gefegt werden, wie ich es bereits vernommen habe. Möchte damit einen Anstoß geben hier eine entsprechende Weichenstellung zu beeinflussen.

 

7           Schrifttum:

[1]       E. Ulrich, Babcock – Oberhausen (DBS 31-Teil 3). Sonderdruck aus Mitteilungen der VGB, Februar 1960. Über die Festigkeit von Rohrbogen mit elliptischen Querschnitten bei Innendruck und zusätzlicher Auffederung.

[2]       ASME, Boiler and Pressure Vessel Code, Sekt. III, Div. 1 Subsect. NB. The American Society of Mechanical Engineers, New York

[3]       Ch. Doltsinis, MPA, Material Prüfungsanstalt Stuttgart. Ein numerisches Verfahren zur Ermittlung der Ovalisierungseinflüsse in Rohrleitungen aus Versuchsergebnissen. Forschung im Ingenieurwesen, Bd. 51 (1985) Nr. 1

[4]       J. Jekerle, SHG-Schack GmbH, Kassel. Spannungsanalyse an einem flachovalen Rohr unter Innendruck.

[5]       TRD, Technische Regel für Dampfkessel, Taschenbuch-Ausgabe 1995 aus Carl Heymanns
Verlag KG, Köln und Beuth Verlag GmbH, Berlin

[6]       AD-Merkblätter, Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter, Technische Regel für Druckbehälter,
Taschenbuch-Ausgabe 1995 aus Carl Heymanns Verlag KG, Köln und Beuth Verlag GmbH, Berlin

[7]       DIN, Deutsches Institut für Normung e. V., Rohre aus Stahl nach DIN 2313 Teil 1 und Teil 2,
Ausgabe 10.93

[8]       BS = British-Standards Institution. Design and construction of ferrows piping and Specifications for unfired fusion welded pressure vessels.

[9]       W. C. Kroenke, Classification of Finite Element Stresses According to ASME Section III Stress Categories, Babcock & Wilcox, Akran, Ohio / USA (1971)

[10]     KTA = Kerntechnischer Ausschuß, KTA 3101.2 Komponenten des Primärkreislaufes von LWR, Teil 2 = Auslegung, Konstruktion und Berechnung

[11]     FDBR-Richtlinie, Berechnung von Kraftwerksrohrleitungen (01.1987) 2. Ausgabe, Vulkan-Verlag, Essen 1993 des Fachverband Dampfkessel-, Behälter- und Rohrleitungsbau e. V., Düsseldorf

[12]     DIN, Deutsches Institut für Normung e. V., Stahlbau DIN 17000 Teil 1 bis 5, Ausgabe

[13]     VGB – Fachtagung am 10.11.1998 in Essen, Beitrag V4, Thermische Wechselermüdung ... von B. Hahn, et. al., Mannesmann Demag AG und B. Kempkes, PreußenElektra Engineering.

[14]     VGB Kraftwerkstechnik 64 (1984, Heft 10). Verlagerungen von Heißdampfrohrleitungen, H. Welter, GKM und B. Pfau, IVD der UNI Stuttgart

[15]     Rohrsystem-Berechnung-Programm „ROHR 2“, Beratungs- und Programmierdienst „SIGMA“ Dortmund

[16]     Richtlinie VGB-R 509 L, Wiederkehrende Prüfungen an Rohrleitungen in fossilbefeuerten Wärmekraftwerken, 1. Ausgabe 1984, VGB-Kraftwerkstechnik GmbH, Essen

[17]     ASME-Code Case N 47, Class 1 Components in Elevated Temperature Service. ASME, New York, 1994