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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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 2Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 3Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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 HerstellersHerstellerhinweise 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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 4Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Zusammenfassung
Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenHistorie
HistorieStandardisierte Ermüdungsbewertung ffür Druckgeräte in Deutschland und Europa
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 5Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 6Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Deutschland Europa
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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 7Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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.; - …
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 8Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenAllgemeine Anforderungen
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?
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 9Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenAllgemeine Anforderungen
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)
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 10Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 11Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
BerücksichtigungLebensdauererhöhendenMaßnahmen
Kerbfreies schleifen der Schweißnaht
Kerbfreies schleifen der Schweißnaht (zukünftig hammer peening)
Tic dressinghammer peening
Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenTabellarische Gegenüberstellung
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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 12Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Ermittlung der Kerbspannungen
Keine weitere Detaillierung (für analytischen und numerische Verfahren)
(für analytischen und numerische Verfahren)
Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenTabellarische Gegenüberstellung
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 /
Keine Unterscheidung ruhend / wechselnd
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 13Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
ImperkektionenStruktur
Keine Unterscheidung ruhend / wechselnd
Unterscheidung ruhend / wechselnd
wechselnd
Ermüdungsnachweise nach unterschiedlichen Regelwerken/NormenTabellarische Gegenüberstellung
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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 14Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
( )- 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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 15Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 16Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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 HerstellersHerstellerhinweise 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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 17Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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.
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 18Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Anforderungen gemäß BetriebssicherheitsverordnungPflichten des Betreibers
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 …•…
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 19Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Anforderungen gemäß BetriebssicherheitsverordnungPflichten des Betreibers
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 )
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 20Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Schallemissionsprüfung, hohe Druckprüfung, bruchmechanische Bewertung, … )
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 HerstellersHerstellerhinweise 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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 21Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
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
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 22Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Gefahren infolge Ermüdungsversagen vereinfachen!
Vielen Dank
Für Rückfragen / AnregungenMichael KrämerMichael Krämer TÜV SÜD Industrie Service GmbHAbteilung: IS-DDB-MUCTel.: 089 / 5791 - 1885
TÜV SÜD Industrie Service GmbH Folie 23Michael Krämer; TÜV SÜD Industrie Service03.07.2015
Tel.: 089 / 5791 1885E-Mail: michael.kraemer@tuev-sued.de
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