Lebensdauermodelle für die Auslegung metallischer Druckbehälter und Druckbehälterrichtlinien

Ein- und Ausspeicherung führen bei den Druckbehältern und Rohrleitungen zu zyklischen Lasten. In der Vergangenheit wurde die Ermüdungsfestigkeit dieser Komponenten häufig durch eine Auslegung mit den Regelwerken AD 2000 oder EN 13445 sichergestellt. Diese Normen sind anrissbasiert – das bedeutet, dass sie nicht einen existierenden Riss postulieren (wie die amerikanischen Regelwerke ASME1 B31.12, BPVC), sondern die Anzahl der zulässigen Zyklen bis zur Bildung eines technischen Anrisses berechnen. Um sichere und wirtschaftliche Konstruktionen von Druckwasserstoffbehältern zu ermöglichen, müssen Normen um den Einfluss von Druckwasserstoff(-gemischen) auf die Anrissbildung erweitert werden. Das Anrissverhalten von Druckbehälterstählen unter Wechsellast im Wasserstoffbetrieb ist aktuell nur punktuell experimentell untersucht. In den vom BMBF finanzierten Wasserstoffleitprojekten »H2Mare« und »TransHyDE« charakterisiert das Fraunhofer IWM aktuell das Anrissverhalten einiger Stähle für Druckbehälter. 

Das Vorantreiben der kostengünstigen Hohlprobentechnik erlaubt es dem Fraunhofer IWM dabei, die notwendigen Prüfkapazitäten schnell aufzubauen und anzubieten. Neben Kapazitäts- und Kostenvorteilen bieten Hohlproben die einfache Möglichkeit zur Kühlung oder Heizung des Materials, um beispielsweise den Einfluss von winterlichen Außenbedingungen oder erhöhten Temperaturen in Verdichtern abzubilden. Die AD 2000 ist eines der wenigen Regelwerke, das den Einfluss des Druckwasserstoffs überhaupt berücksichtigt: Im Merkblatt S2 wird unter gewissen Umständen ein Abschlagsfaktor von 10 auf die erlaubte Zyklenzahl im Vergleich zu Erdgas oder Luft angegeben. In der Realität ist ein solcher Abschlagsfaktor unter anderem abhängig von Wasserstoffpartialdruck, Belastungsamplitude und -frequenz und natürlich Material(-klasse). 

Das Fraunhofer IWM will zukünftig seine werkstoffmechanische Kompetenz verwenden, um mit den gemessenen Anrisslinien robuste Lebensdauermodelle zu entwickeln, die diese Einflüsse genau beschreiben. Des Weiteren werden diese Auslegungsmethoden einfach in die ingenieursmäßige Praxis überführbar sein und sollen perspektivisch in die Druckbehälterrichtlinien integrierbar sein.

nach oben