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Vortrag

Hybrides Materialkonzept für faserummantelte Rohrleitungen im Hochtemperaturbereich

Donnerstag (27.06.2019)
14:40 - 15:00 Uhr

Neue Entwicklungen im Energiesektor sehen für die kommenden Jahre große Herausforderungen im Anlagenbau von Kraftwerken vor. Zum einen werden zur Steigerung der Effizienz verstärkt höhere Temperaturen gefordert und zum anderen führen zyklische Belastungen zur Ermüdung der bestehenden Stahlleitungen. Ein maßgebliches Problem ist die Kriechneigung des Stahls, die zu zeitabhängigen Versagen führt. Ein Lösungsansatz für diese Problematik ist das Bauteilkonzept des BMWI Projekts „FaRo“, bei dem eine hybride Armierung auf Basis einer Faserverbundkeramik das Bauteilversagen durch Reduktion der Kriechdehnung verhindern soll. Im Rahmen des Projektes wurde vom Lehrstuhl keramische Werkstoffe der Universität Bayreuth ein hybrides Werkstoffkonzept untersucht, das die Oxidationsneigung des verwendeten Stahls reduziert, den Unterschied der Wärmedehnung kompensiert und im Falle einer Kriechdehnung die Entlastung des Innenrohres auf eine oxidationsstabile Faserverbundkeramik überträgt.

Der Vortrag beschäftigt sich mit den einzelnen keramischen Komponenten des Systems, ihrer Wirkungsweise und ihrem Langzeitverhalten unter thermisch wechselnder Belastung. Hierzu wurde eine Faserverbundkeramik, bestehend aus einem bei 750 °C pyrolysierten Polysiloxan und Aluminiumoxidfasern (NextelTM-610), auf seine Langzeitstabilität unter Anwendungsbedingungen untersucht. Die Änderungen der mechanischen Eigenschaften und des Gefüges wurden durch Zug-, Biege- und mikroskopische Untersuchungen der Mikrostruktur dokumentiert. Zur Reduzierung der Oxidation und zum Schutz der Oberfläche des Stahlrohres wurde eine Si-Polymer basierte Beschichtung bei Raumtemperatur aufgebracht, bei 200 °C stabilisiert und die Schichtdicke per REM sowie Schutzwirkung bei Einsatztemperatur von 750 °C an Luft geprüft. Ein Ca-Silikat-Vlies zur Kompensation der Wärmedehnungsunterschiede zwischen dem Stahlrohr und der keramischen Armierung, wurde hinsichtlich Stauchung, und in Bezug auf die Kompatibilität mit der Armierung sowie der Oxidations-Schutzschicht hin untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass auch nach 500 h bei 550°C die Zugfestigkeit der Verbundkeramik konstant auf 90 % der Ausgangsfestigkeit blieb, die Beschichtung erfolgreich die Oxidation des Stahls verhinderte und auch das Vlies den Dehnungsunterschied zwischen Stahl-Liner und keramischer Armierung erfolgreich kompensierte.

 

Sprecher/Referent:
Nadja Wolff
Universität Bayreuth
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Nico Langhof
    Universität Bayreuth
  • Prof. Walter Krenkel
    Universität Bayreuth