Qualitätsstatus von Komponenten

Um den Qualitätsstatus eines Kernkraftwerkes beurteilen zu können, muss man die Qualität seiner sicherheitstechnisch wichtigen Komponenten beurteilen. Die Anforderungen an die Komponenten wurden bei der Planung (Auslegung) festgelegt und durch die Spezifikationen hinsichtlich Konstruktion, Bau und Prüfung umgesetzt. Gleiches gilt für Reparaturen und Ertüchtigungsmaßnahmen, die womöglich in der Folgezeit durchgeführt wurden.

Dokumentation

Die technische Dokumentation der Komponenten sowie die Nachweisführung von den Bewertungen bis hin zur Einhaltung der Vorgaben zu wiederkehrenden Prüfungen sind meist in verschiedenen Abteilungen und in vielfältigen Ablagen verteilt. Mit unserem Konzept der geschlossen Darstellung des Qualitätsstatus der Komponenten fassen wir den Ist-Zustand inklusive aller Nachweise und Stellungnahmen systematisch zusammen. Dabei werden Änderungen von Anforderungen und Regelwerken genau so berücksichtigt wie Änderungen an den betrachteten Komponenten oder Änderungen des technischen und wissenschaftlichen Kenntnisstandes.

Vorteil

Diese Vorgehensweise kann die Diskussionen mit Gutachtern und Behörden deutlich reduzieren, da die Antworten auf alle Detailfragen schnell gegeben werden können. Besonders nach aufgetretenen Ereignissen hilft dies erheblich dabei, Stillstandszeiten minimal zu halten.

Inhalt

Ein vollständiger Qualitätsstatus umfasst die folgenden 6 Themenkreise:

  1. Vorhandene Ausführung
  2. Relevante Belastungen
  3. Spannungsanalyse
  4. Ermüdungsanalyse
  5. Bruchmechanische Analyse
  6. Betriebsüberwachung

Die "Ist-Qualität" ist gegeben, wenn die aktuell gültigen Anforderungen in allen Punkten erfüllt oder übertroffen werden.

Nachfolgend werden die Inhalte der 6 Themenkreise im Einzelnen erklärt.

1. Vorhandene Ausführung

Mit der Beschreibung der Vorhandenen Ausführung soll ein Überblick über die vorliegende Komponente geschaffen werden. Dazu gehört insbesondere eine Beschreibungen der konstruktiven Merkmale. Des Weiteren werden die verwendeten Werkstoffe sowie die Schweißverfahren dargestellt. Die bei der Errichtung bzw. den Reparaturen und Ertüchtigungen angewendeten Qualitätssicherungen, die mit den verwendeten Spezifikationen einhergehen, werden mit den aktuellen Anforderungen verglichen.

Darüber hinaus werden auch die bisher an der Komponente durchgeführten Wiederkehrenden Prüfungen dargestellt. Auch dies im Hinblick auf die Forderungen des aktuellen Regelwerkes.

Die Beschreibung der Vorhanden Ausführung ist die Basis für die nachfolgenden Schritte.

2. Relevante Belastungen

Im Schritt Relevante Belastungen werden die die an der Komponente bisher tatsächlich aufgetretenen Belastungen sowie die möglichen Belastungen aufgezeigt.

Die bisher aufgetretenen Belastungen unterscheiden sich üblicherweise von den bei der Konstruktion veranschlagten Belastungen. Durch vorliegende betriebliche Messungen und/oder zusätzliche Überwachungsmessungen kann eine realistische Anzahl und die Geschwindigkeit von Transienten ermittelt werden.

Weiterhin werden die möglichen Belastungen aus postulierten Lastfällen zusammengestellt. Daraus werden abdeckende Belastungen für die einzelnen Belastungsstufen ermittelt. Dazu gehören auch die Angaben, in welchen Quellen die die Sonderlasten wie Druckstöße und Erdbebenbelastungen ausgewiesen wurden.

3. Spannungsanalyse

In der Spannungsanalyse werden die Ergebnisse der vorliegenden und falls notwendig ergänzenden Berechnungen zusammenfassend dargestellt.

Die Ergebnisse aus

  • Dimensionierungsberechnungen aus der Auslegung
  • Nachträglichen Dimensionierungsberechnungen nach KTA
  • Rohrleitungsberechnungen
  • Standsicherheitsnachweisen
  • Flanschberechnungen nach KTA oder DIN EN 1591-1 und
  • Finite Elemente Berechnungen

werden bezüglich der notwendigen Spannungsabsicherung der Komponente dargestellt und bewertet.

Darüber hinaus werden die notwendigen Angaben für die Schritte

  • Ermüdungsanalyse
  • Bruchmechanische Analyse
  • Betriebsüberwachung.

bereitgestellt. Sofern erforderlich werden

  • Belastungen
  • Schnittlasten und
  • Beschleunigungen

extrahiert und für weitergehende Untersuchungen zur Verfügung gestellt.

4. Ermüdungsanalyse

Die KTA Regeln fordern zur Vermeidung eines Versagens infolge Ermüdung bei wechselnder Beanspruchung die Durchführung einer Ermüdungsanalyse in Abhängigkeit von der Komponentenart. Aufgrund der Ergebnisse der bisherigen Arbeitsschritte sind die geometrischen Verhältnisse, die zu betrachteten Werkstoffe und die abzusichernden Druckschwingbreiten, Temperaturunterschiede und Lastspannungsschwingbreiten nach Höhe und Lastspielzahl bekannt.

Mit diesen Informationen stehen die wichtigsten Parameter für die Ermüdungsanalyse zur Verfügung. Üblicherweise reichen die vereinfachten Verfahren, wie sie in den Regelwerken angegeben werden, für die Nachweisführung aus.

Für Komponenten an denen Medien unterschiedlicher Betriebstemperaturen zusammen geführt werden, können zusätzliche Untersuchungen und Nachweisverfahren notwendig werden. Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung mit Messungen und Berechnungen an solchen Bauteilen sind wir mit diesen Fragestellungen bestens vertraut.

Des Weiteren ist in den letzten Jahren die Fragestellung des Mediums- bzw. Umgebungseinflusses aufgekommen. Auf der Grundlage von gemessenen Daten aus der Betriebsüberwachung ermitteln wir realistische Korrekturfaktoren zur Berücksichtigung dieses Einflusses nach NUREG CR-6909.

5. Bruchmechanische Analyse

Bei der Bruchmechanische Analyse wird überprüft, ob im Nachweisumfang eine Rissinitiierung aufgrund von betrieblichen und von Störfalllasten möglich ist. Weiterhin wird untersucht, ob ein Versagen eines Bauteils mit postuliertem Riss auszuschließen ist. Darüber hinaus wird geprüft, ob ein Risswachstum zu unterstellen ist und wenn ja, ob es zwischen zwei zerstörungsfreien Prüfungen zu einer Risserweiterung kommen kann, welche die Integrität in Frage stellen könnte.

Für diese Untersuchungen stehen Berechnungsprogramme (einschließlich der Software XPipe zur Anwendung der R6-Methode) sowie umfangreiche bruchmechanische Kennwerte zur Verfügung.

6. Betriebsüberwachung

Mit den Auswertungen von Schritt 1 bis 5 stehen alle Informationen zur Verfügung, die zur Beurteilung der Komponente notwendig sind. Die relevanten Schädigungsmechanismen können benannt werden, und es kann daher überprüft werden, ob die bisherigen Überwachungsmaßnahmen ausreichend waren oder zusätzliche Maßnahmen notwendig sind.

Die Überwachungsmaßnahmen unterteilen sich grundsätzlich in die

  • Überwachung der möglichen Ursachen und
  • Kontrolle der Folgen von möglichen Schädigungsmechanismen.

Die höchste Priorität bei der Absicherung des Betriebs hat die Überwachung der möglichen Ursachen einer betrieblichen Schädigung. Um eine genaue Kenntnis der betrieblichen Belastungen zu haben, sollten diese mit Hilfe von betriebsbegleitenden Messungen überwacht werden.

Die Kontrolle der Folgen von möglichen Schädigungsmechanismen erfolgt im Wesentlichen mit zerstörungsfreien Prüfungen. Auf Basis der Bewertungen aus Spannungs- und Ermüdungsanalysen in Verbindung mit dem aktuellen Kenntnisstand und den Vorgaben der Regelwerke können die zu überwachenden Bereiche und die Prüfzyklen festgelegt werden.