Automatisierte Überwachung in Heißdampfleitungen
Die meisten Rohre, die in Kraftwerken überhitzten Wasserdampf transportieren, bestehen aus zeitstandfestem verstärktem ferritischen Stahl (creep strength-enhanced ferritic, CSEF). Wie bei vielen Materialien üblich, wird die Wärmeeinflusszone (WEZ, Bereich neben der Schweißnaht, die nicht schmilzt, sondern Gefügeänderungen erfährt) deutlich geschwächt. WEZ-Ausfälle sind eine große Herausforderung, und obwohl Pipelines periodisch auf Fehler untersucht werden, können Fehler bei der Defektgrößenschätzung katastrophale Folgen haben. Die EU finanziert das Projekt HOTPHASEDARRAY(öffnet in neuem Fenster) (High temperature pipe structural health monitoring system utilising phased array probes on TOFD configuration), um ein Ultraschall SHM-System zur Lösung des Problems zu entwickeln. Das Ultraschallsystem PA-TOFD (Phased-array time-of-flight diffraction) wird auf dem Feld einsetzbar und in der Lage sein, die Messung der zeitlichen Entwicklung von Defekten in überhitzten Rohren aus Edelstahl des Grads P91 durchzuführen. Genaue Messung der Größe und seiner Veränderung in der Zeit wird die Unsicherheit bei den Servicezeitvorhersagen und dem geplanten Austausch von Rohren reduzieren. Dies wiederum wird katastrophale Ausfälle minimieren und das Vertrauen in die Funktionssicherheit von Wärmekraftwerken und Kernenergie erhöhen. Zu Beginn entwickelte das Konsortium sowohl die Hardware als auch die Signalverarbeitungssoftware, die benötigt wird, um das PA-TOFD-System zu realisieren. Die Wissenschaftler haben die erforderliche Messtechnik entwickelt und die wesentlichen Eingabeparameter, Sondenmerkmale und Prüftechnik definiert. Die Projektpartner optimierten außerdem das endgültige piezoelektrische Sondendesign. Auf der Seite der Signalverarbeitung haben die Forscher die grafische Benutzerschnittstelle geschaffen und Filterung und Mittelungsverfahren ausgewertet, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Das HOTPHASEDARRAY-System wird vollständig automatisiert, ferngesteuerte und permanent auf Hochtemperaturrohre für SHM im Betrieb montiert werden. Es ist das erste System, das automatisierte Tests unter Betriebsbedingungen ermöglicht, um die Rissentwicklung über die Zeit genau und konsistent zu messen. Darüber hinaus reduziert die permanente Installation des Systems die benötigten menschlichen Eingriffe nach der Installation und seine hohe Empfindlichkeit ermöglicht es, kleinere Mängel im frühen Stadium mit 99,5% Genauigkeit zu erkennen. Es wird auch anderen Branchen, die Rohre unter Hochtemperaturbedingungen verwenden, wie etwa Chemieverarbeitung, Raffinerien und fossilen Brennstoffe und Solarkraftwerke, zugutekommen.
Schlüsselbegriffe
Heißdampf, Strukturüberwachung, Wärmeeinflusszone, HOTPHASEDARRAY, TOFD