Forschungsbericht G 202108 + G 202311 03/2024

Mit dem Forschungsvorhaben UKoBaRiS H2, G 202108, sollten realistische, weniger konservative Annahmen für Betriebsbedingungen von Bestandsarmaturen bzw. repräsentative Eigenspannungszustände bestimmt und in bruchmechanischen Berechnungen berücksichtigt werden. Hierbei sollte auf die im Rahmen des vorangestellten Forschungsvorhabens UKoBaRi H2 durchgeführten Analysen und die dort verwendeten Modelle von Bestandsarmaturen zurückgegriffen werden. Neben dem Vergleich von rechnerisch ermittelten Lebensdauern auf Basis von konservativ angenommenen bzw. numerisch ermittelten Schweißeigenspannungen sollte der Einfluss von bruchmechanischen Werkstoffkennwerten aufgezeigt werden. Hierbei sollten Vergleichsanalysen erfolgen, bei denen einerseits konservative Annahmen der zyklischen Rissfortschrittskurven und der Risszähigkeit nach ASME B31.12 und andererseits neuere, im Forschungsvorhaben SyWeSt H2 (Förderkennzeichen: 202006) experimentell ermittelte Werkstoffkennwerte zugrunde gelegt werden. 

Ziel des Forschungsvorhabens UKoBaRiS H2, G 202311, war, die Ableitung von Empfehlungen zur Abschätzung von Schweißeigenspannungen in Rundnähten von typischen Bestandsarmaturengehäusen unter einsatzrelevanten Beanspruchungsbedingungen, sowie die Berücksichtigung dieser Schweißeigenspannungen in der bruchmechanischen Bewertung von Bestandsarmaturen. Neben dem Eigenspannungseinfluss sollten realistische, im Rahmen von anderen DVGW-Vorhaben experimentell ermittelte bruchmechanische Werkstoffkennwerte in die Bewertung einfließen. Im durchgeführten Forschungsvorhaben UKoBaRiS H2 wurden methodische Grundlagen für eine verbesserte bruchmechanische Bewertung von Bestandsarmaturen weiterentwickelt. Schwerpunktmäßig wurde die Frage nach dem Einfluss von Eigenspannungen auf das bruchmechanische Verhalten von Gehäuseschweißnähten geklärt. Anstelle von konservativen Annahmen von Schweißeigenspannungen (SES), wie dies in bruchmechanischen Regelwerken empfohlen wird, wurden zum einen Schweißeigenspannungen für repräsentative Werkstoffe und Nahtgeometrien numerisch ermittelt und zum anderen die Umlagerung von SES infolge deren Wechselwirkung mit Lastspannungen quantifiziert bewertet. Für nicht durchgeschweißte Nähte, die als Verbindungselemente bei Armaturengehäusen zum Einsatz kommen und scharfe konstruktive Kerben darstellen, konnte ein positiver Einfluss der Kerbwirkung auf den Abbau von Schweißeigenspannungen infolge von Druckprüfung nachgewiesen werden. Die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben UkoBaRiS H2 sind repräsentativ auf im Gas-transportsystem verbaute Bestandsarmaturen übertragbar und wurden entsprechend im DVGW-Merkblatt G 405 (in Gremienabstimmung) verwertet. Das DVGW-Merkblatt G 405 ist eine Hilfestellung für alle Netzbetreiber, um die Eignung von Bestandsarmaturen feststellen zu können. Hiermit wird Planungssicherheit für anstehende Umstellungsvorhaben geschaffen – mit Mehrwert für einen sicheren und effizienten Wasserstoffhochlauf.