Energie hochfahren
Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen
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Kernenergie und Edelstahl Rostfrei gehen weiter Hand in Hand
Von Carroll McCormick
Nickel Magazine, Juli 2006 -- Besorgnisse über die globale Erwärmung und steigende Ölpreise haben dazu geführt, dass das Interesse an Kernenergie wieder so hoch ist wie in den siebziger Jahren. Die Erwartung, dass die Nachfrage nach nickelhaltigen Legierungen, die wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit und Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen geschätzt werden, ebenfalls steigt, überrascht deshalb nicht.
Patrick Moore, Mitbegründer von Greenpeace, und der Wissenschaftler und Umweltschützer James Lovelock unterstützen die Kernenergie als Energiequelle mit geringem Verschmutzungsgrad, die solange genutzt werden soll, bis Energie aus der Kernfusion verfügbar ist. „Ich betrachte die Kernenergie nicht als Allheilmittel, aber als wesentlichen Teil einer Palette von Energiequellen,“ schreibt Lovelock in seinem Bestseller The Revenge of Gaia: Why the Earth is Fighting Back – and How We Can Still Save Humanity (Allen Lane, U.K., 2006). Er fügt hinzu, dass „sofort neue Kernkraftwerke gebaut werden sollten.“
Moore, Mitvorsitzender der vor kurzem gegründeten „Clean and Safe Energy Coalition“ (Koalition für saubere und sichere Energie), meint, dass gerade die Kernenergie möglicherweise die Energiequelle ist, die unseren Planeten vor katastrophalen Klimaänderungen retten kann.
Die Uranerzeuger sind weltweit schon bereit, die Nachfrage zu decken. „Wir sehen eine Neugeburt der Kernenergie, angetrieben durch das Umweltschutzargument, Emissionen verringern zu müssen,“ meint Alice Wong, Vice-president für „Investor Relations and Corporate Communications“ bei der in Kanada ansässigen Firma Cameco, dem weltweit größten Hersteller von Uranoxid („gelber Kuchen“).
In China sind 5 Kernkraftwerke im Bau, 6 sind geplant und 19 sind nach Angaben der World Nuclear Association vorgeschlagen. In China sollen bis 2020 nach Wunsch der nationalen führenden Gruppe für Unabhängigkeit in der Kernenergieentwicklung (National Leading Group for Nuclear Power Self-Reliance Development) Kapazitäten im Umfang von 40 GW verfügbar sein und Kernkraftwerke für weitere 18 GW im Bau sein. Dies bedeutet 30 neue Kernkraftwerke in den nächsten 15 Jahren, wodurch China zum weltweit führenden Land beim Kernenergiewachstum würde.
Die Firma Westinghouse Electric, die Reaktoren konstruiert und Bauteile aus Edelstahl Rostfrei und Nickellegierungen dafür herstellt, hat nach Aussagen von Scott Shaw, dem für Kernkraftwerke zuständigen Kommunikationsberater des Unternehmens, konkurrenzfähige Angebote für vier neue Anlagen in China eingereicht.
Südkorea hatte weltweit das größte Bauprogramm für Kernkraftwerke. Chris Hoffman, angestellter Metallurgie-Ingenieur bei Westinghouse, meint: „Seit etwa 1998 ist Südkorea unser Hauptkunde, für den wir Reaktorbehälter, interne Komponenten, Antriebsmechanismen für Steuerelemente, Reaktorkühlpumpen und Zubehörteile produziert haben.“
In Europa wird zunehmend eine positivere Einstellung gegenüber der Kernenergie eingenommen. Zu den vielen Ländern, die ihre Kernkraftwerkskapazität erhöhen, zählt Finnland, das zur Zeit einen fünften Reaktor baut, der 2009 in Betrieb genommen werden soll.
Auch Nordamerika ist bereit, seine Kernenergieerzeugung zu erhöhen. Laut Yong Kim, Vertriebsleiter für Kernenergie bei der in Kanada ansässigen Firma Babcock & Wilcox, die Geräte für die Kernkraftwerksindustrie herstellt, waren die Aussichten in den letzten 25 Jahren nie so gut wie heute. „Wir sind ziemlich optimistisch, was Neubauten in Nordamerika angeht. . . . Für die USA ist es nur noch eine Frage des ‘wann’, nicht ‘ob’.“
Für Erzeuger von nickelhaltigen Legierungen stellen Lizenzerneuerungen vielleicht den wichtigsten Grund für Optimismus dar. „Höchstwahrscheinlich beantragt jedes in Betrieb befindliche Kraftwerk in den USA eine Lizenzerneuerung,“ meint Shaw, und Lizenzerneuerungen bringen Reparaturen und Überholungsarbeiten mit sich, für die oft große Aufträge für nickelhaltige Anlagenteile notwendig sind.
Die Wiedergeburt der Kernenergie bringt eine höhere Nachfrage nach Edelstahl Rostfrei und speziellen Nickellegierungen mit sich. Betriebserfahrungen aus mehreren Jahrzehnten haben bewiesen, dass es für viele Anwendungen keinen praktikablen Ersatz für nickelhaltige Legierungen gibt. Bei Überholungsprojekten führt die Verwendung von Edelstahl Rostfrei zu einer erheblich niedrigeren Instandhaltung als bei den ursprünglichen Bauteilen aus Kohlenstoffstahl.
Westinghouse stellt Bauteile aus Edelstahl Rostfrei und hochlegiertem Stahl für Kernkraftwerke in einer Fabrik in Newington (New Hampshire, USA) her. Die Fabrik verwendet 15 bis 20 unterschiedliche nickelhaltige Basismetalle und 8 bis 10 verschiedene Schweisszusatzwerkstoffe. Die Anwendungen reichen von extrem schweren Reaktorbehältereinbauten, die bis zu 200 t S30400 enthalten können, bis zu Nickellegierungen, wie etwa N06625 und N07750, in Antriebsmechanismen von Steuerlementen. S30400 und S31600 werden außerdem bei Rohren verwendet, die in Kontakt mit dem Hauptkühlmittel kommen, und bei Rohren, in denen das vom Reaktor erwärmte Wasser zu den Dampferzeugern strömt. In allen diesen Anwendungen werden die Legierungen wegen ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion gewählt.
„Die meisten ursprünglichen Wasserversorgungsrohre in Kernkraftwerken bestanden aus überzogenem oder beschichtetem Kohlenstoffstahl, aber in vielen Anlagen wurden Teile des Systems durch Edelstahl ersetzt,“ meint Dr. James Fritz vom Beratungsdienst TMR Stainless in Pittsburgh, Pennsylvanien (USA). Instandhaltungsprobleme, einschließlich Korrosion von Edelstahl Rostfrei S30400 und S31600 (wegen der „Aggressivität“ des Wassers, verursacht durch die Gegenwart von Bakterien und hohe Chloridkonzentrationen), haben Versorgungsbetriebe gezwungen, ihre Werkstoffauswahl zu überprüfen.
Das Kernkraftwerk in Salem (New Jersey, USA) zum Beispiel begann 1988, Wasserversorgungsrohre aus S30400, S31600 und polyethylenbeschichtetem Kohlenstoffstahl in großem Umfang durch Rohre aus 6%-igem Molybdän-Edelstahl zu ersetzen. Es wurden neue Rohre aus 254 SMO ™ (S31254), AL6XN™ und 25-6MO ™ (beide enthalten N08925) mit Durchmessern von 19 bis 508 mm und einer Gesamtlänge von 2290 m eingesetzt.
Dieses Jahr wurde der Code Case für S32205 (N-741) für „Class III construction“ in der 7. Beilage der American Society of Mechanical Engineers (Amerikanische Gesellschaft für Maschinenbauingenieure - ASME) veröffentlicht. Der „Code case“ macht den Weg frei für Material, dessen Korrosionsbeständigkeit in der Mitte zwischen S31600 und 6%-igem Molybdän liegt. Vor kurzem erhielt die Firma Duke Energy in Charlotte (North Carolina, USA) von der ASME die Genehmigung, S32205-Duplex-Edelstahl Rostfrei für sicherheitsrelevante Wasserversorgungs-Rohrsysteme zu verwenden.
Neue Werkstoffe werden auch bei Dampferzeugern verwendet, in denen 315° C heißes Wasser aus dem Reaktor Wasser an der Sekundärseite auf 277° C erwärmt, mit dem Dampf für den Antrieb der Turbinen erzeugt wird.
Ein Dampferzeuger kann 500 t oder mehr wiegen. Etwa 10 % dieses Gewichts werden von 4000 bis 15000 aus Legierungen bestehenden Rohren verursacht, die zwischen 12,4 und 21,3 m lang sind, einen Außendurchmesser von 19,1 - 22,2 mm und eine Wanddicke von 1,02 - 1,27 mm aufweisen.
In den USA wurden Dampferzeugerrohrleitungen früher aus N06600 hergestellt, das unter Spannungsrisskorrosion litt. „(Die Risse) werden durch Restspannungen und aggressives Wasser verursacht,“ erklärt Richard Klarner, Abteilungsleiter für Ingenieurtechnik und Projektbearbeitungstechnologie bei Babcock & Wilcox. „In den erwärmten Rissen herrschen äußerst raue, lokale chemische Bedingungen.“
In den letzten 15 Jahren hat B&W in 42 Dampferzeugern in den USA vorhandene Rohre durch Rohre aus N06690 ersetzt. Eine andere Legierung, N08800 (Legierung 800), erweist sich in anderen Anlagen nach wie vor als vorteilhaft. B&W wurde beauftragt, im Kernkraftwerk Bruce A der Firma Bruce Power in Ontario (Kanada) 24, 120 t schwere Dampferzeuger durch neue zu ersetzen, die N08800 enthalten.
Nickelhaltiger Edelstahl Rostfrei und Nickellegierungen spielen nach wie vor eine wesentliche Rolle in der Kernkraftwerkindustrie, sei es für die Überholung von bestehenden Anlagen oder den Bau von neuen Kraftwerken.
FAKTEN ZUR KERNENERGIE
- Kraftwerke weltweit: 441
- Gesamtleistung: 368.496 MW (netto)
- Im Bau: 27 in 11 Ländern
- In der Planungsphase: 38 in 11 Ländern
- Vorgeschlagen: 113 in 17 Ländern
- Land mit den meisten Kraftwerken: USA: 103
- Land mit dem höchstem Anteil an der Stromversorgung: Frankreich: 75 %
Quelle: World Nuclear Association
(aktuelle Zahlen vom 31. März 2006)
Carroll McCormick ist ein in Montreal ansässiger freier Mitarbeiter.
FOTOS: Babcock & Wilcox und Westinghouse Electric Company.
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Alice Wong
Scott Shaw Yvette Amor Dr. James Fritz |
