Warum wird in Kühlwassersystemen von Kernkraftwerken Duplex-Edelstahl verwendet?
Als saubere Energiequelle trägt die Kernenergie wesentlich zur weltweiten Reduzierung der CO2-Emissionen bei. Das Kühlwasserleitungssystem ist der Schlüssel zum sicheren Betrieb eines Kernkraftwerks. Es besteht aus Tausenden von Metern Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern und Größen. Es sorgt für eine zuverlässige Wasserversorgung zur Kühlung der Anlagenausrüstung. Das nicht sicherheitsrelevante Rohrleitungssystem muss genügend Kühlwasser zur Kühlung der Anlage liefern, während das Sicherheitssystem genügend Kühlwasser liefern muss, um den Reaktor unter Kontrolle zu bringen und ihn im Notfall sicher abzuschalten.
Diese Rohrmaterialien müssen während der gesamten Lebensdauer der Anlage gegen Kühlwasserkorrosion beständig sein. Je nach Standort der Anlage kann die Art des Kühlwassers von relativ sauberem Süßwasser bis hin zu verunreinigtem Meerwasser reichen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass mit zunehmendem Alter der Systeme eine Vielzahl von Korrosionsproblemen und Korrosion unterschiedlichen Ausmaßes auftreten können, die das System beschädigen und verhindern, dass es das erforderliche Kühlwasser liefert.
Probleme mit Kühlwasserleitungen hängen häufig mit den Materialien und ihren Wechselwirkungen mit Kühlwasser zusammen. Leckagen durch Verschmutzung (Verstopfung) und Korrosion des Systems sind die häufigsten Probleme, darunter Sedimentablagerungen, biologische Anhaftungen im Meer (Biofouling), Ansammlungen von Korrosionsprodukten und Verstopfungen durch Fremdkörper. Leckagen werden in der Regel durch mikrobielle Korrosion (MIC) verursacht, eine sehr korrosive Korrosion, die durch bestimmte Mikroorganismen im Wasser verursacht wird. Diese Form der Korrosion tritt häufig bei Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Edelstahl auf.
Edelstahl gilt seit langem als praktikable Option für den Bau neuer Wasserversorgungsrohrleitungssysteme und für die Reparatur oder den Austausch bestehender Kohlenstoffstahlsysteme. Der für Rohrleitungsmodernisierungslösungen häufig verwendete Edelstahl ist 304L, 316L oder 6%-Mo. 316L und 6%-Mo Edelstahl weisen große Unterschiede in Leistung und Preis auf. Wenn das Kühlmedium unbehandeltes Wasser ist, das stark korrosiv ist und ein Risiko mikrobieller Korrosion birgt, sind 304L und 316L keine geeignete Wahl. Infolgedessen mussten Kernkraftwerke auf 6%-Mo Edelstahl umsteigen oder die hohen Wartungskosten von Kohlenstoffstahlsystemen in Kauf nehmen. Einige Kernkraftwerke verwenden aufgrund der geringeren Anschaffungskosten immer noch Kohlenstoffstahl-Auskleidungsrohre. Gemäß ASTM A240 werden industrielle Wasserversorgungsrohrleitungssysteme häufig aus dem folgenden Edelstahl hergestellt:
| Noten | UNS | C | N | Cr | Ni | Mo | Cu |
| 304L | S30403 | 0.03 | / | 18.0-20.0 | 8.0-12.0 | / | / |
| 316L | S31603 | 0.03 | / | 16.0-18.0 | 10.0-14.0 | 2.0-3.0 | / |
| 6%Mo | N08367 | 0.03 | 0.18-0.25 | 20.0-22.0 | 23.0-25.0 | 6.0-7.0 | 0.75 |
| 2205 | S32205 | 0.03 | 0.14-0.2 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 3.0-3.5 | / |
Der Duplex-Edelstahl 2205 erwies sich als ausgezeichnete Wahl. Das Kernkraftwerk Catawba von Duke Power in South Carolina ist das erste Kernkraftwerk, das in seinen Systemen Dualphasen-Edelstahl 2205 (UNS S32205) verwendet. Diese Güte enthält etwa 3,2% Molybdän und weist eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eine deutlich bessere mikrobielle Korrosionsbeständigkeit auf als die Edelstahlsorten 304L und 316L.
Die Kohlenstoffstahl-Auskleidungsrohre im oberirdischen Teil des Rohrleitungssystems, das das Versorgungswasser zum Kühlturm des Hauptkondensators leitet, wurden durch 2205-Duplex-Edelstahlrohre ersetzt.
Der neue Ersatz 2205 Duplex-Edelstahlrohr wurde 2002 installiert. Das Rohr ist 60 Meter lang, hat einen Durchmesser von 76,2 cm und 91,4 cm und eine Wandstärke von 0,95 cm. Das System ist gemäß ASME B31.1 Power Piping spezifiziert, einem der Managementcodes für die sichere Verwendung von Kraftwerksrohrsystemen, der weltweit weit verbreitet ist. Nach 500 Betriebstagen wurde das System gründlich überprüft. Bei der Überprüfung wurden weder Ablagerungen noch Korrosion festgestellt. 2205 Duplex-Edelstahl hat sehr gut funktioniert. 2205 Edelstahlrohre haben seit ihrer Installation mehr als ein Jahrzehnt lang gute Leistungen erbracht. Basierend auf dieser Erfahrung hat Duke Power 2205 Duplex-Edelstahlrohre in anderen Teilen seines Systems.
Innenansicht des Rohrs 2205 nach 500 Tagen Nutzung.
Konstrukteure von Wassersystemen für Kernkraftwerke haben nun eine weitere Option, wenn es um die Auswahl von Rohrmaterialien für korrosionsbeständiges Kühlwasser geht. Der erfolgreiche Einsatz von Duplex-Edelstahl 2205 kann Wartungskosten senken, Ausfallzeiten verkürzen und die Betriebssicherheit von Kernkraftwerken gewährleisten.
