HD-Leitungen bis zu 700°C

ROHRE Die Forderungen der Kraftwerksbetreiber hinsichtlich Wirkungsgraden steigen stetig. Gefragt sind nicht nur neue Materialien, sondern auch neue Fertigungsverfahren. Der Essener EHR zeigt sich hier besonders innovativ.

18. August 2006

Nach Jahren der Stagnation im Kraftwerksneubau laufen die Investitionen an. Nahezu 13 Mrd. € wollen die deutschen Stromerzeuger bis 2012 für 20.000 MW Leistung bei den geplanten Neu- und Erweiterungsbauten investieren. Die gleichzeitige Errichtung von 22 Großprojekten setzt auch die Zulieferer und Dienstleister des Anlagenbaus unter Druck. Dabei haben Unternehmen, die sich mit dem Kraftwerksrohrleitungsbau beschäftigen, eine Kapazitätsanpassung hinter sich. Wer über die Arbeitsqualität hinaus eine breit angelegte Marktstrategie in den Bereichen Maintenance, Auslandsaktivitäten und Diversifikation umgesetzt hat, konnte sich behaupten.

„Die Zukunft wird immer besser, aber es wurde auch langsam Zeit“, sagt Ronald Diehl, Geschäftsführer der Essener Hochdruck-Rohrleitungsbau GmbH (EHR), dem nach eigenen Angaben zur Zeit größten Anbieter für Kraftwerks-HD-Rohrleitungssysteme in Europa, „weil wir die Anforderungen, die Betreiber an ihr Kraftwerk stellen, auf unsere Leistungen übertragen haben: Sicherheit, Zuverlässigkeit, Effizienz.“

Als Nachfolgegesellschaft des Mannesmann Anlagenbaus im Kraftwerksrohrleitungsbau hat der EHR über Jahrzehnte die Fertigungstechnologie für moderne Werkstoffe konsequent weiterentwickelt. Was andere Unternehmen outgesourct haben, hat der EHR mit einem Komplexitätsmanagement zu einem Vorteil ausgebaut. Von der Planung über die Vorfertigung und Montage bis zur Inbetriebnahme und dem Service kommt alles aus einer Hand.

1997 übernahm das Unternehmen das Fertigungswerk in Dortmund von der Mannesmann Anlagenbau AG (MAB). Damit verfügt der EHR über zwei eigene Fertigungsstätten - eine in Dortmund für den HD-Rohrleitungsbau und eine in Essen für die MD/ND-Systeme mit einer Gesamtkapazität von 330.000 Produktionsstunden pro Jahr. Für die Vorfertigung der HD-Systeme eines Kraftwerks kann man 25.000 bis 30.000 Fertigungsstunden ansetzen, so dass für die geplanten Kraftwerksneubauten unter Beachtung der angegebenen Realisierungszeiträume genügend Kapazität vorhanden ist.

Weniger Montagenähte

Mit der Einbindung der ganzen Leistungspalette der Werke in den Ablauf der Erstellung von HD-Rohrsystemen wird die Montage optimiert. Neben der Werks- Spoolfertigung mit der Herstellung von Biegungen, Formstücken und montagefertigen Rohrleitungsspools inklusive aller Anschweißteile und Schweißkanten, werden die Spools auf die Montagebedingungen und Rohrlängen optimiert. Das reduziert die Anzahl der Montagenähte erheblich. Für weitere deutliche Reduzierung der notwendigen Schweißnähte sorgt induktives Biegen in mehreren Ebenen. Die Schweißnahtherstellung im Werk verkürzt die Montagezeit und erhöht die Montageeffizienz. Mit der präzise geplanten und durchgeführten Vorfertigung wird der Ablauf optimiert und Qualität erzeugt. Der positive Effekt für den Investor ist eine Kostenreduzierung.

Komplexe Vorgänge zu synchronisieren, ist auch eine Kommunikationsaufgabe. Beim EHR sind alle technischen und kaufmännischen Mitarbeiter für die Gesamtsituation sensibilisiert. Dr. Thomas Gräb, verantwortlich für Werkstoff- und Schweißtechnik in Kraftwerken, bringt es auf den Punkt: „Je früher alle eingebunden werden, desto effektiver wird der Prozess.“ Dafür wurden die kommunikativen und organisatorischen Voraussetzungen geschaffen.

Durch Forderungen der Kraftwerksbetreiber, die Netto-Wirkungsgrade zu erhöhen, mussten Werkstoffe entwickelt werden, die Dampftemperaturen von über 600 ºC beherrschbar machen. Diese Steigerung ermöglichte die in den 80er-Jahren begonnene Entwicklung der martensitischen 9 % CrMoV-Stähle vom X10CrMoVNb91 (P91) zu den wolframhaltigen Varianten E911 und P92. Mit den erhöhten Dampfparametern sind Kraftwerks-Netto-Wirkungsgrade von mehr als 43 % bei Braunkohle und von mehr als 47 % bei Steinkohle realisierbar.

Eine Herausforderung für die Schweißtechnik ist die deutliche Erhöhung der Wanddicken im Hochdruckbereich für die aktuell projektierten Kraftwerke. Hierdurch wird der Einsatz wirtschaftlicher Schweißverfahren für die Montagearbeiten mit höchsten Anforderungen an die Qualität der Verbindungen notwendig.

Die Schweißzeit für eine Naht bei großen Durchmessern und Wandstärken beträgt beim E-Handschweißen bis zu drei Tage. Mögliche Fehler in der Schweißverbindung bergen ein hohes Terminrisiko. Der Einsatz des vollmechanisierten WIG-Orbital-Engspalt-Schweißverfahrens (vWIGp) bei der Montage und der damit verbundenen Herstellsicherheit der Schweißverbindungen hat einen deutlichen Vorteil bei der Einhaltung der Fertigstellungstermine.

Für das Schweißen von drehbaren Rundnähten ist, soweit es die Geometrie des Bauteils zulässt, der Einsatz des Unterpulver- Schweißverfahrens (UP) wirtschaftlich und qualitativ zu bevorzugen. Deshalb wurde beim EHR in den letzten 20 Jahren auch das automatische Stutzenschweißen unter Pulver entwickelt. Das UPSchweißen zeichnet sich durch eine bis zu zehnmal höhere Abschmelzleistung aus. Es erzielt damit eine höhere Produktivität bei einer äußerst hochwertigen Nahtgüte und wird vom EHR bei größeren Wanddicken auch als Engspaltverfahren eingesetzt. Dies steigert die Produktivität nochmals erheblich, weil das Volumen des eingebrachten Schweißgutes reduziert wird.

Die Wanddicken der Frischdampfleitungen in den geplanten Kraftwerksblöcken werden um die 100 mm betragen. Von den üblichen konventionellen zerstörungsfreien Volumen-Prüfverfahren kommt die Durchstrahlungsprüfung dafür nicht mehr in Frage. Die Ultraschallprüfung wird von der Normalprüfung auf die Tandemprüfung umgestellt. Dies ist speziell bei den geplanten Verbindungsnähten in Engspalttechnik mit steiler Schweißkante notwendig. Für die Justierung der Tandemköpfe werden speziell angefertigte Testkörper eingesetzt. Besondere Prüfungen erfordern besondere Maßnahmen, in diesem Fall müssen die Rahmenbedingungen der Ultraschall-Prüfung bereits beim Rohrleitungsdesign und bei der Montageplanung berücksichtigt werden.

Hoher Einsatz an Personal

Schon heute werden große Anstrengungen unternommen, die Kohlekraftwerke der Zukunft mit höheren Wirkungsgraden zu ermöglichen. Hierzu ist ein entsprechender Forschungs- und Entwicklungsaufwand erforderlich, an dem sich der EHR nicht nur finanziell, sondern auch mit hohem Einsatz von Personal und Know-how beteiligt. Nur so ist eine stetige Verbesserung der Fertigung und ein hoher Kenntnisstand sicherzustellen.

Für Kraftwerke mit über 50 % Wirkungsgrad wird die vielversprechende Legierung Incoloy 617 (mod) seit Mitte 2005 in einer Komponententestanlage COMTES 700 im E.on-Kraftwerk Scholven bei 700 °C getestet. Für dieses Projekt führte der EHR die Werksfertigung inkl. Biegen und Schweißen sowie Montageleistungen aus.

Als nächste Ziele auf dem Weg zum Referenzkraftwerk mit 700 °C Frischdampftemperatur finden Untersuchungen der Schweißtechnik von alternativen Nickelbasiswerkstoffen und zur Einsetzbarkeit produktiver Verfahren für die Herstellung und Weiterverarbeitung von Rohren und Schmiedeteilen statt. Zerstörungsfreie Prüfverfahren werden weiterentwickelt.

Der EHR setzt seinen Leitspruch „Qualität verbindet“ konsequent um. Seit Juli 2006 ist das Unternehmen Mitglied der Bilfinger Berger Gruppe und sieht mit diesem sicheren, kapitalstarken Hintergrund beste Voraussetzungen geschaffen, um den eingeschlagenen Weg erfolgreich weiterzugehen und die Position des EHR weltweit auszubauen.

Ronald Diehl, Dr. Thomas Gräb, EHR

Erschienen in Ausgabe: 08/2006