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11. Europäische Druckgerätetagung 01.Juli 2015

Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/Normen, z.B. EN 13445, AD 2000; ASME VIII Div. 2 und deren Einfluss auf den Betrieb

Quelle Internet www production deQuelle Internet, www.production.de

Michael KrämerTÜV SÜD Industrie Service GmbHMünchen

TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 1Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015

München

Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenStruktur

Entwicklung der standardisierten Ermüdungsbewertung für Druckgeräte in Deutschland / E (Hi t i ) / Europa (Historie)

Methoden der Ermüdungsbewertung nach unterschiedlichen Regelwerken / NormenAllgemeine Anforderungen Tabellarische Gegenüberstellung der Methodeng gPflichten des HerstellersHinweise für den Betreiber / den Betrieb

Pflichten des Betreibers Maßnahmen zum rechtzeitigen Erkennen der

Schädigung (Anrisses ) im Rahmen geeigneter Schädigung (Anrisses ) im Rahmen geeigneter Prüfintervalle

Z f


Zusammenfassung

Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenZiel meines Vortrages

Auf die Entwicklung der Ermüdungsbewertung bei

Motivation

Auf die Entwicklung der Ermüdungsbewertung bei Druckgeräten

Die unterschiedlichen Methoden der Ermüdungsbewertung und die Ergebnisinterpretation darstellen

Ergebnisinterpretation darstellen

Aufmerksam machen auf die S

Schnittstellenprobleme Hersteller – Betreiber

Auf Anforderung an den Betrieb (Ermüdung) Auf Anforderung an den Betrieb (Ermüdung)Maßnahmen zum rechtzeitigen Erkennen der Ermüdungsschädigung hinweisen




Methoden der Ermüdungsbewertung nach unterschiedlichen Regelwerken / NormenAllgemeine Anforderungen Tabellarische Gegenüberstellung der Methodeng gPflichten des HerstellersHerstellerhinweise für den Betreiber / den Betrieb



Z f


Zusammenfassung

Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenHistorie

HistorieStandardisierte Ermüdungsbewertung ffür Druckgeräte in Deutschland und Europa


Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenHistorie

Seit 2002 Anwendung unterschiedlicher Regelwerke und harmonisierte Normen

I k h b i D k ät

-Anforderung an die HerstellungErmüdungsberechnungPrüfintervalle zum Inverkehrbringen von DruckgerätenPrüfintervalle

bis 2002


Deutschland Europa



Methoden der Ermüdungsbewertung nach unterschiedlichen Regelwerken / NormenAllgemeine Anforderungen Tabellarische Gegenüberstellung der Methodeng gPflichten des HerstellersHinweise für den Betreiber / den Betrieb



Z f


Zusammenfassung

Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenAllgemeine Anforderungen

• 2 1) Druckgeräte sind unter Berücksichtigung aller für die Gewährleistung der Sicherheit der

-Anforderung an die Herstellung z.B. nach 97/23/EG

2.1) Druckgeräte sind unter Berücksichtigung aller für die Gewährleistung der Sicherheit der Geräte während ihrer gesamten Lebensdauer entscheidenden Faktoren fachgerecht zu entwerfen

• 2 2) Auslegung auf die erforderliche Belastbarkeit• 2.2) Auslegung auf die erforderliche Belastbarkeit2.2.1 Druckgeräte sind auf Belastungen auszulegen, die der beabsichtigten Verwendung und anderen nach vernünftigem Ermessen vorhersehbaren Betriebsbedingungen angemessen i d sind.

…- Korrosion und Erosion, Materialermüdung usw.; - …



Materialermüdung

Wi l i d D k ät Wie lange sind Druckgeräte im Einsatz?

Welche Erfahrungen liegen in Kombination mit der Kenntnis über die Betriebsweise vor?

Ermüdung ist bei wechselnder Belastung wechselnder Belastung ein zeitabhängiges Schädigungsverhalten !Wann ist die Lebensdauer des Druckgerätes erreicht?



Einflussfaktoren für Ermüdung bei DruckgerätenWerkstoff

Anzahl der Lastzyklen

Beanspruchungsniveau / Mittelspannung (Druck/Zug)p g p g ( g)Beanspruchungsrichtung

Imperfektionen / Formabweichungen

Makroskopische und Metallurgische Kerben (Schweißnaht)


Korrosionseinwirkung / Mediumeinfluss (z.B. Wasserstoff)

Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenTabellarische Gegenüberstellung

Kriterien für Ermüdungsbewertung nach:AD2000 S2 EN 13445-3 Abs. 18 ASME Sec. VIII Div. 2

Neu in Bearbeitung seit 2007Zul. Lastwechsel ohne Ermüdungsnachweis

1000 unter Beachtung der Kriterien nach S1

500 mit möglicher Erhöhung nach Teil 3 Abs. 5

Basierend auf den “Fatigue Analysis Screening” – Kriterien nach 5.5.2Erfahrung-Erfahrung

-Werkstoffe Rm< 552 Mpa (mit < 20% bzw. 15% full cycles)- einfache Lastwechselabschätzung (Screening Method B)(Screening Method B)

Ausfallwahr-scheinlichkeit

0,01 – 0,1%Kurven abgeleitet aus Versuchen mit Umrechnung von Bruch auf

0,14%Kurven abgeleitet aus Versuchen (EC, AD, ASME, BS5500)

?Best-Fit curve; Ermittelt aus Versuchsergebnissen (jedoch

Versagenskriterium technischen Anriss (Bruchmechanik)

mit Umrechnung von Bruch auf technischen Anriss (Bruchmechanik);- separate Versuche

teilweise geringe Anzahl von Versuchen, daher sehr ungenau) mit Versagen-Bruch-

Sicherheitengegen

10- technischen Anriss

10- technischen Anriss

20- gegen Bruch (Design-Curve)

B ü k i hti K bf i hl if d K bf i hl if d Ti d i


BerücksichtigungLebensdauererhöhendenMaßnahmen

Kerbfreies schleifen der Schweißnaht

Kerbfreies schleifen der Schweißnaht (zukünftig hammer peening)

Tic dressinghammer peening


Kriterien für Ermüdungsbewertung nach:

AD2000 S2 EN 13445-3 Abs. 18 ASME Sec. VIII Div. 2Neu in Bearbeitung seit 2007

Korrektur für überelastischer

enthalten enthalten enthalten

Beanspruchung und TemperarurBerechnungsmethode für ungeschweißte Bereiche

Kerbspannungskonzept Kerbspannungskonzept Kerbspannungskonzeptungeschweißte Bereiche

Berechnungsmethode für geschweißte Bereiche

-Strukturspannungskonzept -Strukturspannungskonzept -Kerbspannungskonzept-Strukturspannungskonzept

Beschreibung zur Ermittlung der Strukturspannungen

Allgemeine Beschreibung Allgemeine Beschreibung(zukünftig detaillierte Beschreibung für numerische Verfahren

Detaillierte Beschreibung für numerische Verfahren

gunterschiedlicher Methoden und z.T. analytischen Methoden)

Beschreibung zur Ermittlung der

Allgemeine BeschreibungKeine weitere Detaillierung

Allgemeine Beschreibung(für analytischen und numerische

Allgemeine Beschreibung(für analytischen und numerische


Ermittlung der Kerbspannungen

Keine weitere Detaillierung (für analytischen und numerische Verfahren)

(für analytischen und numerische Verfahren)


Kriterien für Ermüdungsbewertung nach:AD2000 S2 EN 13445-3 Abs. 18

N i B b i ASME Sec. VIII Div. 2

i 200Neu in Bearbeitung seit 2007PrüfbarkeitSchweißnähte

alle (Ausnahme für Doppelmantelkonstruktion)

alle (Ausnahme für Doppelmantelkonstruktion)

Nicht für alle Schweißnahtmöglichkeiten - Ausnahmen nach Table 5 12- Ausnahmen nach Table 5.12

Schweißnahtfaktoren v = 1,0(keine objektgebundene ZFP)

1,0; 0,85Prüfgruppe 1, 2, 3

1,0; 0,85 Based on Test category A, B, B, ...

Lastwechsel Nicht berücksichtigt Bei 0 85 eine Fatigue class nach Table 5 12 (Korrekturfaktoren Lastwechsel-Abminderung bei geringerem Schweißnahtfaktor bzw. ZFP

Nicht berücksichtigt Bei 0,85 eine Fatigue classschlechter

nach Table 5.12 (Korrekturfaktoren abhängig von ZFP, Prüfbarkeit, …)

ZFPZulässige ImperkektionenSchweißnaht

Unterscheidung ruhend / wechselnd - Für wechselnd EN ISO 5817

Unterscheidung ruhend / wechselnd - Für wechselnd EN ISO 5817

Keine Unterscheidung ruhend / wechselnd

Bewertungsgruppe B Bewertungsgruppe B (neu weitere Red. nach Fatigue-curve)

Zulässige Imperkektionen

nach HP 1Keine Unterscheidung ruhend /

nach EN 13445-4Unterscheidung ruhend /



ImperkektionenStruktur


Unterscheidung ruhend / wechselnd

wechselnd


Kriterien für Ermüdungsbewertung nach:

AD2000 S2 EN 13445-3 Abs. 18 ASME Sec. VIII Div. 2Neu in Bearbeitung seit 2007

Prüfumfang im Rahmen der Herstellung

Nach v = 1,0 und100 % alle ermüdungsrelevantenS (

nach v= 1,0 (PG1/2) u. v= 0,85 (PG 3) und 100 %

nach v= 1,0 (PG A/B) u. v= 0,85 (PG C) und

ö füStellen (hochbeanspruchten Bereiche)

100 % alle ermüdungsrelevanten Stellen (hochbeanspruchten Bereiche)

Höhere ZFP für wichtige ermüdungsrelevanten Stellen (hochbeanspruchten Bereiche)

Festlegung für den 50% LW 20% Keine FestlegungFestlegung für den Betrieb; Prüfintervall

50% LW 100% LW ZFP-Umfang

20%(Entwurf 50% / (75) / 100% / ... in 20% ...)

Keine Festlegungnach ASME Sec. VIII Div. 2(USER-Design-Specification, API’s, ...)

Experimentelle MethodeD f

Jah

JaEN 13445 3

Ja k lä t tDef. nach

detailliert beschriebene MethodeEN 13445-3Anhang T Detaillierte Methode

nur kurz erläutert

Beispiel:Längsnaht mit einseitiger Naht und Gegelnage(unbearbeitet)

ca. 65.000 LW ca. 170.000 LW >200.000 ?Abhängig von Methode und verwendeten Kerbfaktoren für Schweißnaht


( )- vereinfacht-

Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenHinweise für den Betreiber / den Betrieb (nach BetrSichV)

TRBS 2141-2

Hinweise für den Betreiber / den BetriebHinweise für den Betreiber / den Betrieb•Ausreichende Spezifikation der vorgesehenen Betriebsparapeter

•Spezifikation von Maßnahmen, die zur Umsetzung eines Inspektionskonzeptes zur Bewertung der Ermüdung bei wiederkehrenden Prüfungen dient:

Prüfgerechte Gestalt ng - Prüfgerechte Gestaltung, …- Nullzustandsmessung


Anforderungen gemäß Druckgeräterichtlinie 97/23/EGHinweise für den Betreiber / den Betrieb

Notwendige Angaben des Herstellers (z.B. in der Betriebsanleitung)

-hoch beanspruchte ermüdungsrelevanten Bereiche- die max. zul. Anzahl der Lastwechsel unter Berücksichtigung der geplanten Betriebsweise-Angaben über das Auslegungsregelwerk und deren def Ermüdung (Anriss)Angaben über das Auslegungsregelwerk und deren def. Ermüdung (Anriss)

ggf.-Art der geeigneten zerstörungsfreien Prüfung zur rechtzeitigen Erkennbarkeit eines Art der geeigneten zerstörungsfreien Prüfung zur rechtzeitigen Erkennbarkeit eines Anrisses

In besonderen Fällen Abstimmung mit Betreiber- bei zugelassenem lokalem Versagen (lokal bzw. leck vor Bruch)g g ( )-Ggf. alternative Maßnahmen zur rechtzeitigen Erkennung einer Schädigung / Teilschädigung







Z f


Zusammenfassung

Anforderungen gemäß BetriebssicherheitsverordnungPflichten des Betreibers

Auszug TRBS 1201-2

TRBS 1201-2

Bei Druckbehältern deren Sicherheit durch Wechselbeanspruchungen infolge Druck und/oder Temperaturschwankungen, beeinträchtigt wird, können verkürzte Prüffristenfür die innere Prüfung erforderlich sein.

Die Prüffrist kann auf Basis einer-Lastwechselanrisskurve oder -eines Ermüdungsnachweises der die betriebliche-eines Ermüdungsnachweises, der die betrieblicheBeanspruchung abbildet und eine Bewertung ermöglicht, ermittelt werden.

Sofern bei der Auslegung gegen Wechselbeanspruchung als Versagenskriterium der technische g g g g p g gAnriss zugrunde gelegt wurde, ist in der Regel spätestens bei Erreichen (?) der zulässigen Lastwechselzahl (unter Beachtung des der Festlegungen nach Auslegungsregelwerk) eine innere Prüfung durchzuführen.



Betreiber

Kriterien –Ermüdungsschädigung- in der Gefährdungsbeurteilung

•Prüfzeitpunkte zur Ermittlung des aktuellen Schädigungszustandes festlegen(unter Berücksichtigung des empfohlenen Prüfintervalls nach Auslegungsregelwerkes)

!•Art der zerstörungsfreien Prüfung zur Ermittlung des Schädigungszustandes•Weiterbetrieb von Anlagen ohne Anriss (Schädigung)B ü k i hti d M di i fl

!•Berücksichtigung des Medieneinflusses …•…



Kriterien für eine Prüfbarkeit während des BetriebesKenntnis über-hoch beanspruchten ermüdungsrelevanten Bereiche-max. zul. Anzahl der Lastwechsel unter Berücksichtigung der realen Betriebsweisemax. zul. Anzahl der Lastwechsel unter Berücksichtigung der realen Betriebsweise- Auslegungsregelwerk:

- Prüfbarkeit / ZugänglichkeitA t d i t tö f i P üf ht iti k A i-Art der geeigneten zerstörungsfreien Prüfung zum rechtzeitigen erkennen von Anrisses

-alternative Maßnahmen zur rechtzeitigen Erkennung einer Teilschädigung (z.B. Schallemissionsprüfung hohe Druckprüfung bruchmechanische Bewertung )


Schallemissionsprüfung, hohe Druckprüfung, bruchmechanische Bewertung, … )






Z f


Zusammenfassung

Zusammenfassung

B ib i d d hi h d ibili i Betreiber sind dahingehend zu sensibilisieren, dass Druckgerät für die Art der Betriebsweise richtig zu spezifizieren sind.

Für die Gefährdungsbeurteilung (zur Prüffristenermittlung) müssen

Regelwerk und die dort enthaltenen Randbedingungen (siehe Tabelle) der

Ermüdungsbewertung bekannt sein.g g

Der Hersteller muss die Prüfbarkeit der ermüdungsrelevanten Stellen am Druckgerät sicherstellen g g

(bzw. Prüfmethode festlegen) das angewendete Regelwerk angeben Lastwechselzahl und ermüdungsrelevante hochbeanspruchte Stellen mit g p

einem „Damagefaktor“ ab ca. 0,2 in der Betriebsanleitung angeben

Damit lassen sich die Prüfungen, bezogen auf die


Gefahren infolge Ermüdungsversagen vereinfachen!

Vielen Dank

Für Rückfragen / AnregungenMichael KrämerMichael Krämer TÜV SÜD Industrie Service GmbHAbteilung: IS-DDB-MUCTel.: 089 / 5791 - 1885


Tel.: 089 / 5791 1885E-Mail: [email protected]

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