Zur Bewertung von Korrosionsschäden im Mantel eines Autoklaven

Seit mehr als einem Vierteljahrhundert führt die LES GmbH strukturmechanische Analysen an Autoklaven durch. Der Betreiber mehrerer von der LES GmbH analysierter Autoklaven stellte während einer Stilllegung zahlreiche Korrosionsschäden am Druckbehältermantel eines der Autoklaven fest und bat die LES GmbH um sofortige Unterstützung bei der Begutachtung dieser Schäden. Innerhalb der dreiwöchigen Inspektionsfrist musste entschieden werden, ob der Autoklav wieder in Betrieb genommen werden konnte. Angesichts der kurzen Bearbeitungszeit empfiehlt die LES GmbH die Durchführung einer Ultraschallprüfung (UT) des Behältermantels, um die korrodierten Bereiche gemäß dem in API 579 beschriebenen „Fitness for Service“-Konzept zu bewerten.

Diese Ultraschallprüfung identifizierte eine große Anzahl von Fehlern am Autoklavenmantel, deren Mindestwanddicken unter den gemäß ASME VIII/1 für stationäre Innendruck- und Stutzenbelastungen geschätzten Mindestwanddicken lagen.

Für Druckbehälter die nach ASME-Normen konstruiert und gefertigt wurden hat das American Petroleum Institute die Norm API 579 entwickelt. Die in dieser Norm beschriebenen Verfahren und die zugrunde liegenden Daten beziehen sich auf ASME-Spezifikationen und -werkstoffe und stehen im Einklang mit der Konstruktionsphilosophie des ASME code.

Die LES GmbH erstellte aus Zeitgründen für den Autoklave zunächst eine Bewertungen nach Level 1 und Level 2. Allerdings ist nach Auffassusng der LES GmbH das durch Eigengewicht, Innendruck, unterschiedliche thermische Ausdehnung und chemisches Aufquellen der Ziegelauskleidung verursachte Spannungsfeld sehr komplex. Bei der Bewertung der Gebrauchstauglichkeit des Autoklaven-Druckbehältermantels sollten daher zusätzlich auch folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Spannungen, die durch thermische und chemische Ausdehnung der Ziegelauskleidung verursacht werden
• die Nähe des Mangels zu einer Diskontinuität und
• äußere (Stutzen-)Belastungen, insbesondere an Rührwerksstutzen

Daher reicht nach Ansicht der LES GmbH eine Eignungsprüfung gemäß Level 1 und Level 2 nicht aus, um einen sicheren Betrieb des Autoklaven zu gewährleisten. Für Metallablagerungen in den an Stutzen angrenzenden Diskontinuitätszonen des Druckbehältermantels erstellten wir daher eine zusätzliche vereinfachte Level-3-Prüfung unter Verwendung der im Rahmen einer Finite-Elemente-Analyse berechneten Spannungen.

Eine anonymissierte, etwas vereinfachte, beispielhafte Bewertung der Stufe 3 wird in dem unter Angabe der Signatur LES-PBI-36-TDB01 hier kostenfrei erhältlichen Musterbericht vorgestellt. Die LES GmbH empfiehlt aber, zunächst eine Auslegungsberechnung gemäß der Design by Formula Method für

1. den Innendruck gemäß ASME VIII/1 und ASME VIII/2 mit höheren zulässigen Spannungswerten
2. Innendruck und Stutzenbelastungen gemäß ASME VIII/2 unter Verwendung der in WRC107/WRC297/PD5500 oder EN 13445-3 dargestellten Formeln für lokale Spannungsindizes, auch zur Plausibilitätsprüfung

Die „Fitness-for-Service“-Bewertung (FFS) der korrodierten Bereiche gemäß API 579 Level 1, Level2 und Level 3 ergab, dass alle Mängel akzeptabel sind. Trotz der vielen korrodierten Bereiche konnte der Autoklave nach wenigen Tagen wieder in Betrieb genommen werden.