Materialprüfung in Kernkraftwerken

04.12.2009

Am 18. und 19. November 2009 führte das Nuklearforum in Olten den Vertiefungskurs «Materialprüfung mechanischer Komponenten in Kernkraftwerken» durch, der von rund hundert Fachleuten aus dem In- und Ausland besucht wurde.

Mit dem Hinweis auf die dieses Jahr stattfindenden Betriebsjubiläen der Kernkraftwerke Beznau, Gösgen und Leibstadt zeigte Kursleiter Patrick Miazza zu Beginn der Veranstaltung die Aktualität des Themas auf. Nicht nur würden die Werke älter, sondern auch die Materialprüfverfahren und deren Qualifizierung seien einem steten Wandel unterworfen. Somit sei es höchste Zeit geworden, sich dem Thema der Materialprüfung in Kernkraftwerken vertieft zuzuwenden. Die Mechanismen der Werkstoffalterung und deren Überwachung standen denn auch im Zentrum des Einführungsreferats von Jens Heldt (Kernkraftwerk Leibstadt). Ergänzt wurde die Kurseinführung durch den Rückblick von Walter Neumann auf die vergangenen 50 Jahre der Entwicklung von zerstörungsfreien Prüfungen in Kernanlagen. Der einführende Themenblock wurde mit einem Referat von Friedrich Mohr (IntelligeNDT Systems & Services) abgeschlossen. Er stellte einzelne Prüfverfahren vor, wie etwa die visuelle, die Wirbelstrom- oder die Ultraschallprüfung, und zeigte deren Möglichkeiten und Grenzen auf. Durch die erste von vier Diskussionsrunden, die von den Kursteilnehmern rege genutzt wurden, führte anschliessend Johannes Bertsch (Paul Scherrer Institut).

Prüfsysteme müssen qualifiziert werden

Der zweite Kursteil unter der Leitung von Patrick Miazza war den gesetzlichen Anforderungen an die zerstörungsfreie Materialprüfung im nuklearen Bereich gewidmet. Tommy Zetterwall (Swedish Qualification Centre) sprach über die grundsätzliche Bedeutung der Qualifizierung von Prüfverfahren. Er stellte das European Network for Inspection Qualification (ENIQ) vor, dem die meisten Kernkraftwerksbetreiber Europas angeschlossen sind, sowie die von diesem Netzwerk entwickelte Methodologie und deren Umsetzung in Schweden. «Die Qualifizierung muss auf systematische Art und Weise zeigen, dass das Prüfsystem die von ihm erwartete Leistung unter Einsatzbedingungen erbringt», lautete die Definition von Martin Ryf (Eidgenössisches Nuklearsicherheitsinspektorat Ensi). Er erläuterte die Unterschiede zwischen dem schweizerischen und dem schwedischen Modell der Qualifizierung. Diese seien an sich wenig bedeutend, da beide Länder der ENIQ Methodik folgen. Er stellte die Ensi-Richtlinie B07 «Sicherheitstechnisch klassierte Behälter und Rohrleitungen: Qualifizierung der zerstörungsfreien Prüfungen» vor. «Durch die Verabschiedung der Richtlinie B07 im Oktober 2008 und die Gründung der Qualifizierungsstelle ist die Qualifizierung seit 2008 offiziell in die zerstörungsfreie Wiederholungsprüfung eingeführt», führte Ryf am Kurs aus. Die erwähnte Qualifizierungsstelle ist beim Schweizerischen Verein für technische Inspektionen (SVTI) angesiedelt und wurde von Klaus Dressler (SVTI) im Detail vorgestellt.

Roboter verfeinern und beschleunigen die Materialprüfung

Der zweite Kurstag war geprägt durch die von Andreas Pfeiffer (Kernkraftwerk Leibstadt) und Urs Weidmann (Kernkraftwerk Beznau) geleiteten Kurseinheiten über die aktuellen Entwicklungen bei den zerstörungsfreien Prüfmethoden für den nuklearen Bereich einerseits sowie den Sekundärkreislauf andererseits. Mika Kemppainen von der finnischen Trueflaw Ltd. erläuterte die zentrale Rolle von Testkörpern mit simulierten Materialfehlern bei der Evaluation von zerstörungsfreien Prüfverfahren. Neue Herstellungsverfahren für die Testkörper haben in den letzten Jahren zu einer grösseren Repräsentativität der künstlich erzeugten Schadensbilder geführt. Mit vielen Illustrationen und Filmsequenzen zeigte Angelika Debnar (Westinghouse Electric Germany) die neusten Technologien, die zur Prüfung der Reaktordruckgefässe eingesetzt werden. Für die Prüfung von Schweissnähten an der Innenseite der Druckbehälterwand stehen Prüfroboter zur Verfügung. Der von Westinghouse entwickelte «T-Manipulator» ist in der Lage, auch Schweissnähte zu erreichen, die beispielsweise durch Einbauten nicht direkt zugänglich sind. Unterwasser-Roboter erlauben auch, die Prüfung während der begrenzten Zeit der Revision durchzuführen und dabei die Auswirkungen auf andere Arbeiten an der Anlage so gering wie möglich zu halten (Bild 1).

^{Bild 1: Westinghouse Electric Germany}
Der Unterwasserroboter Midas VI von Westinghouse, der unter anderem im Block 2 des Kernkraftwerks Beznau zur Ultraschallprüfung von Schrauben am Reaktordruckgefäss eingesetzt wurde.

Prüftechnik wird laufend weiterentwickelt

Im Zentrum der Ausführungen von Klaus Leupoldt (Cegelec) standen fortschrittliche Systeme für die Ultraschallprüfung von Rohrleitungskomponenten des Primärkreises. Das von der Firma eingesetzte Prüfsystem kann im strahlungsarmen Bereich ausserhalb des Bioschutzschildes montiert werden. Ultraschallgerät und Prüfköpfe werden mittels eines eigens entwickelten Manipulatoren an die gewünschten Prüfstellen gebracht. Auf die Prüfung an Dampferzeugern ging Friedrich Mohr in seinem zweiten Kursreferat ein. Auch für diese Komponenten wurde die Prüftechnik laufend weiterentwickelt, um der begrenzten Zugänglichkeit insbesondere der Heizrohre gerecht zu werden und die Dosisbelastung bei der Montage des Prüfsystems zu verringern. Bernd Rabensteiner (Alstom Switzerland) gab einen Überblick über die von Alstom Power eingesetzten Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung an Dampfturbinenkomponenten. Über die Prüfung von Rohrleitungen sprach zum Schluss Wilhelm Kelb (Kontrolltechnik GmbH). Er gab eine Übersicht über die Wirkprinzipien elektromagnetischer Prüfverfahren und die zum Einsatz gelangenden Wirbelstromtechniken zur Prüfung von Wärmetauscherrohren (Bild 2).

^{Bild 2: Kontrolltechnik GmbH, Schwarmstedt}
Zwei Antriebseinheiten und Prüfkopf für die Prüfung an Rohrleitungen mittels Wirbelstromverfahren.

Wie Herbert Rust (Kernkraftwerk Beznau) zum Abschluss feststellen konnte, hat der diesjährige Kurs umfassend und zugleich vertiefend das Thema der Materialprüfungen in Kernkraftwerken aufgenommen und darüber hinaus einen Querblick auf die Herausforderungen in anderen Branchen gestattet (siehe Kasten).

Der Kursband «Materialprüfung mechanischer Komponenten in Kernkraftwerken» kann hier bestellt werden (173 S., CHF 150.–).