Betritt man ein modernes Kernkraftwerk – sei es Hinkley Point C in Somerset, ein Hualong-One-Reaktor in der Provinz Fujian oder eine Westinghouse AP1000-Anlage in Georgia, USA –, so gehört das gleichmäßige Summen eines ölfreien Schraubenkompressors zum Betriebsalltag. Es ist kein zufälliges Hintergrundgeräusch, sondern der Herzschlag jedes pneumatisch betätigten Sicherheitsventils, jedes Regelkreises zur Containment-Isolierung und jedes Notdruckentlastungsmechanismus der Anlage. Verunreinigte Instrumentenluft wurde in Betriebsberichten der IAEA und der Weltvereinigung der Kernkraftwerksbetreiber (WANO) als Hauptursache für Sicherheitsventilausfälle bei transienten Ereignissen identifiziert. Genau diese dokumentierten Erfahrungen sind der Grund, warum sich Anlagenplaner, Nuklearsicherheitsingenieure und Aufsichtsbehörden weltweit auf den ölfreien Schraubenkompressor als einzig akzeptable Technologie für sicherheitsrelevante Instrumentenluftsysteme in Kernkraftwerken geeinigt haben. Diese Festlegung ist nicht bloß eine kommerzielle Präferenz, sondern eine technische Notwendigkeit, die auf physikalischen Prinzipien, radiologischer Sicherheitslogik und fundierten Betriebsdaten beruht. Dieser Leitfaden richtet sich an britische Kernkraftwerksbetreiber, Instrumentierungsingenieure, Anlageningenieure und Beschaffungsmanager, die verstehen müssen, was diese Maschinen tatsächlich leisten, warum sie sich kategorisch von den in den meisten Produktionsstätten anzutreffenden Standard-Industriekompressoren unterscheiden und wie man sie für eine sicherheitsrelevante Anwendung im Nuklearbereich korrekt spezifiziert.
Bei Ever Power verfügt unser Ingenieurteam seit über 18 Jahren über Erfahrung in der Lieferung von Druckluftsystemen für die Energieerzeugung in Europa, Asien und dem Nahen Osten. Druckluft für nukleare Instrumente ist nach wie vor die anspruchsvollste Anwendungskategorie in unserem Portfolio – und der Bereich, in dem wir am stärksten in Werkstofftechnik, Qualitätssicherung und die Erstellung von Dokumentationen zur behördlichen Qualifizierung investieren. Ob Sie eine neue Instrumentenluftanlage für ein Kernkraftwerk in Betrieb nehmen, veraltete, ölgeschmierte Kolbenkompressoren in einem bestehenden AGR-Kraftwerk ersetzen oder ein Modernisierungsprogramm für gehärtete Reaktorkerne nach Fukushima unterstützen – die technischen Rahmenbedingungen in diesem Artikel bilden die Grundlage für eine fundierte Beschaffungsentscheidung.
Ölfreier Schraubenkompressor von Ever Power in Nuklearqualität – IAEA GS-R-3-konforme Qualitätssicherung · ISO 8573-1 Klasse 0 · Erdbebensicher nach IEEE 344 · Zugelassen für britische Kernkraftwerke
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Warum Druckluft für nukleare Instrumente eine von Natur aus ölfreie Druckluftquelle erfordert
Standardmäßige industrielle Druckluft – selbst nach Durchlauf durch eine hocheffiziente Koaleszenzfiltration – weist eine Restölkonzentration auf, die in der Instrumentenluftanlage einer Kernanlage mit Sicherheitsklasse 1 absolut inakzeptabel ist. Die ISO 8573-1 Klasse 0-Zertifizierung, die höchste erreichbare Reinheitsstufe, bedeutet, dass in keiner Phase Öl nachweisbar ist: keine Aerosole, keine Dämpfe, keine Flüssigkeitsrückstände. Ein ölfreier Schraubenkompressor erreicht diesen Zustand durch seine grundlegende Konstruktion, da Schmieröl gar nicht erst in die Verdichtungskammer gelangt. Die Rotoren der Verdichterstufe werden mit Spalttoleranzen von unter 50 Mikrometern gefertigt und mit PTFE-basierten Polymerverbindungen beschichtet, die eine Eigenschmierung durch die Materialmatrix selbst gewährleisten. Die Zahnräder, die die Rotorrotation synchronisieren, werden in einem vollständig abgedichteten Getriebe geschmiert, das physisch vom Luftweg getrennt ist. Dies ist kein Filtrationsvorteil gegenüber öleingespritzten Kompressoren – es ist ein grundlegender technischer Unterschied. Die nachgeschaltete Filtration kann versagen. Ein ölfreies Kompressionsprinzip kann definitionsgemäß keine ölhaltige Luft erzeugen, und dieses Argument überzeugt sowohl Nuklearsicherheitsingenieure als auch Aufsichtsbehörden bei der Konstruktionsprüfung.
Sicherheitsinstrumentierungssysteme für Kernkraftwerke sind ausfallsicher ausgelegt. Jedes elektromagnetisch betätigte Containment-Absperrventil, jede pneumatisch betätigte Notwasserregelung und jeder Druckentlastungs-Stellantrieb wird mit sauberer, trockener und ölfreier Druckluft versorgt, die auf einem stabilen Druck – typischerweise 0,6 bis 0,8 MPa – gehalten wird und auch im Falle eines Auslegungsstörfalls kontinuierlich und zuverlässig zur Verfügung steht. Wenn Ölzersetzung dazu führt, dass der Elastomersitz eines Ventils aufquillt und klemmt, kann ein Containment-Absperrventil bei einem Schutzsignal möglicherweise nicht schließen. Gemäß der Ereignisskala der IAEA und den Meldepflichten der britischen ONR stellt dies ein schwerwiegendes Ereignis mit potenziellen regulatorischen, finanziellen und reputationsbezogenen Konsequenzen dar, die die potenziellen Kosteneinsparungen durch den Einsatz eines Kompressors mit geringerer Leistung bei Weitem übersteigen. Die Sicherheitsbewertungsgrundsätze des Office for Nuclear Regulation schreiben vor, dass Instrumentenluftsysteme, die nuklearen Sicherheitsfunktionen dienen, nach dem Prinzip der gestaffelten Verteidigung ausgelegt sein müssen – das heißt, es müssen mehrere unabhängige Druckluftstränge, die jeweils in der Lage sind, die volle Last unabhängig voneinander zu bewältigen, während der gesamten genehmigten Betriebsdauer des Kraftwerks, die bei Neubauten wie Hinkley Point C 60 Jahre beträgt, ohne Leistungseinbußen aufrechterhalten werden.
Die seismische Qualifizierung stellt eine zusätzliche Komplexitätsebene dar, die die Beschaffung von Druckluft für Kernkraftwerke von anderen Druckluftanwendungen unterscheidet. Sicherheitsrelevante mechanische Anlagen in Kernkraftwerken müssen so qualifiziert sein, dass sie nach einem Auslegungsbeben funktionsfähig bleiben oder innerhalb eines definierten Zeitraums wieder funktionsfähig werden. Dies erfordert umfassende Qualifizierungstests auf einem Triaxial-Rütteltisch. Der erstellte Testbericht belegt die Funktionsfähigkeit des Kompressors im anlagenspezifischen Anforderungsspektrum. Die ölfreien Schraubenkompressoren von Ever Power in Kernkraftwerksqualität sind so konstruiert und getestet, dass sie die seismischen Qualifizierungsanforderungen nach IEEE 344 erfüllen. Die vollständige Testdokumentation – einschließlich Ausgangswerten vor dem Test, Betriebsprotokollen während des Tests und Inspektionsberichten nach dem Test – ist Bestandteil des standardmäßigen Qualitätssicherungspakets für Kernkraftwerke.
Sechs technische Vorteile der ölfreien Schraubentechnologie in Nuklearqualität
Jeder Spezifikationspunkt existiert, weil ihm die Konsequenz eines nuklearen Versagens zugrunde liegt.
ISO 8573-1 Luftqualitätsklasse 0 – Durch Design, nicht durch Filtration
Kein Öl in irgendeiner Phase – flüssig, als Aerosol oder Dampf – nachweisbar. Die Doppelschnecken-Verdichterstufe verwendet PTFE-beschichtete Rotorprofile, die berührungslos mit ölisolierten Steuerzahnrädern laufen. Dadurch ist die Verdichtungskammer für Schmierstoffe physikalisch unzugänglich. Eine unabhängige Luftqualitätszertifizierung durch TÜV Rheinland oder Bureau Veritas ist bei Nuklear-Lieferverträgen standardmäßig enthalten; die Abnahmeprüfung erfolgt unter Aufsicht.
Redundante N+1- und 2×100%-Konfigurationsfähigkeit
Die nuklearen Sicherheitsfunktionen sind absolut ausfallsicher in der Instrumentenluftversorgung. Unsere Kompaktsysteme sind konfigurierbar als 2×100%-Betriebs-/Standby-Paare, 3×50%-Ringleitungsanordnungen oder N+1-Konfigurationen mit automatischer Umschaltung und kontinuierlicher Zustandsüberwachung. Die gesamte Umschaltlogik ist in das Prozessleitsystem (DCS) der Anlage integriert oder wird als eigenständige Sicherheits-SPS-Einheit mit SIL-Bewertungsdokumentation geliefert, sofern dies in den Projektsicherheitsspezifikationen gefordert ist.
Vollständige seismische und umwelttechnische Qualifizierung (IEEE 344 / IEC 60780)
Vibrationstischprüfungen gemäß anlagenspezifischen Anforderungsspektren, Temperaturwechseltestprotokolle, Nachweise zur Strahlendosisqualifizierung und vollständige Materialrückverfolgbarkeitsdokumentation – all dies ist Bestandteil des Standard-Qualifizierungspakets für Kernkraftwerke. Das Nukleartechnikteam von Ever Power koordiniert das Qualifizierungsprogramm direkt mit der unabhängigen Prüf- und Validierungsstelle des Projekts, um die Anforderungen der ONR-Prüfstellen zu erfüllen.
Nukleare Qualitätssicherungsdokumentation nach EN 10204 3.1 / IAEA GS-R-3
Alle druckführenden Bauteile verfügen über eine vollständige Materialzertifizierung gemäß EN 10204 3.1 oder 3.2. Schweißverfahrensprüfungen, zerstörungsfreie Prüfprotokolle, Druckprüfzeugnisse und Maßprüfberichte werden in einem kontrollierten Dokumentenmanagementsystem gemäß IAEA GS-R-3 und ISO 9001:2015 geführt. Jedem Nuklearliefervertrag ist ein dedizierter Qualitätssicherungsingenieur zugeordnet, der während des gesamten Projektlebenszyklus als zentraler Ansprechpartner für alle Fragen zur Qualitätsdokumentation dient.
Wirkungsgrad des drehzahlvariablen Antriebs (VSD) — Energieeinsparung von 30–45%
Kernkraftwerke sind über mehrere Jahrzehnte im Dauerbetrieb. Ein ölfreier Schraubenkompressor mit Frequenzumrichter, der die Leistung präzise an den tatsächlichen Bedarf an Instrumentenluft anpasst, kann den Energieverbrauch für Druckluft im Vergleich zu Geräten mit fester Drehzahl um 30–45 µT senken. Bei einer Betriebsdauer von 40 Jahren ist die kumulierte Energieeinsparung beträchtlich und unterstützt direkt die Klimaschutzziele der britischen Regierung. Frequenzumrichter reduzieren zudem die mechanische Belastung beim Anfahren und Anhalten, verlängern die Lebensdauer der Verdichterstufe und verringern die Häufigkeit geplanter Wartungsarbeiten.
8.000-Stunden-Wartungsintervalle mit IIoT-Zustandsüberwachung
Geplante Wartungsarbeiten in strahlungsüberwachten Bereichen erfordern ein sorgfältiges Stillstandsmanagement, um die Strahlenbelastung auf ein Minimum zu reduzieren. Die nukleartechnisch zugelassenen Maschinen von Ever Power sind für Wartungsintervalle von 8.000 Stunden im Verdichterstufenbereich ausgelegt – das Vierfache des üblichen Intervalls ölfreier Kolbenkompressoren – und mit IIoT-fähigen Vibrations- und Temperatursensoren ausgestattet, die vorausschauende Zustandsdaten an das CMMS der Anlage liefern. Wartungsarbeiten werden während geplanter Stillstandszeiten durchgeführt und nicht reaktiv durch Alarme im laufenden Betrieb ausgelöst.
Kompressionsprinzip, Materialwissenschaft und kerntechnischer Bau
Das Funktionsprinzip eines Doppelschraubenkompressors ist im Maschinenbau wohlbekannt: Zwei ineinandergreifende, spiralförmige Rotoren – ein männlicher und ein weiblicher – rotieren in einem präzisionsgefertigten Gehäuse. Umgebungsluft strömt am Saugende ein, wird zwischen den Rotorflügeln und der Gehäusewand eingeschlossen und zunehmend verdichtet, während sich das Volumen in Richtung des Auslasses verringert. Bei einem herkömmlichen öleingespritzten Kompressor wird Öl in die Verdichtungskammer eingespritzt, um den Spalt zwischen Rotorspitzen und Gehäuse abzudichten und die Kompressionswärme aufzunehmen. Bei einem ölfreien Schraubenkompressor muss dieser Spalt ausschließlich durch extrem enge Fertigungstoleranzen – typischerweise unter 50 Mikrometern über den gesamten Betriebstemperaturbereich – kontrolliert werden. Die Rotorprofile sind so konstruiert, dass im Normalbetrieb kein mechanischer Kontakt und somit keine Grenzschmierung erforderlich ist. Die Rotoren laufen synchronisiert durch externe Zahnräder, die in einem vollständig geschlossenen, abgedichteten Getriebe untergebracht sind, das nicht mit dem Luftweg in Verbindung steht. Diese architektonische Trennung von Schmier- und Kompressionsfunktionen ist das grundlegende Konstruktionsmerkmal, das die Leistung nach ISO 8573-1 Klasse 0 inhärent und nicht von einer nachgelagerten Behandlung abhängig macht.
Für nukleare Anwendungen weicht die Materialauswahl im Kompressionskreislauf deutlich von der kommerziellen Praxis ab. Benetzte Oberflächen – Gehäusebohrung, Rotorprofilbeschichtungen, Zwischenkühlerrohre, Nachkühlergehäuse und Feuchtigkeitsabscheider-Innenteile – bestehen aus austenitischem Edelstahl nach ASTM A182 Güteklasse F316L oder, für Niederdruckabschnitte, bei denen Gewichtsreduzierung eine Konstruktionsvorgabe darstellt, aus hartanodisierter Aluminiumlegierung in Luft- und Raumfahrtqualität. Elastomerkomponenten – Wellendichtungen, flexible Kupplungen und Instrumentenanschlüsse – bestehen aus EPDM- oder PTFE-Verbindungen, die für die im Sicherheitsanalysebericht der Anlage definierte spezifische Strahlendosisumgebung qualifiziert sind. Die entsprechenden Nachweise zur Strahlendosisqualifizierung sind nach EN 61000 oder IEEE 323 verfügbar. Die gesamte Baugruppe ist so konstruiert, dass sie ohne Ablösung von faserigen oder partikelförmigen Partikeln aus der Luft arbeitet, die radiologische Reinheit des Instrumentenluftkompressorraums gewährleistet und die nachgeschaltete Luftaufbereitungsanlage vor einer Partikelbelastung über den Auslegungsgrenzen hinaus schützt.
Die Kühlung der Kompressionswärme in nuklearen Anwendungen erfolgt typischerweise durch ein zweistufiges Zwischenkühlungssystem. Wassergekühlte Rohrbündelwärmetauscher sind auf nuklearen Anlagen die bevorzugte Konfiguration, da sie die Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur eliminieren – ein wichtiger Aspekt, wenn die Klimatisierung des Instrumentenluftkompressorraums selbst sicherheitsrelevanten Temperaturvorgaben unterliegt. Die nachgeschaltete Luftaufbereitungsanlage – bestehend aus Vorfilter, Kälte- oder Adsorptionstrockner, Nachfilter und Edelstahl-Auffangbehälter – ist in die Skid-Einheit integriert und so ausgelegt, dass ein Drucktaupunkt von mindestens -40 °C erreicht wird, wodurch die Feuchtigkeitsspezifikation der ISO 8573-1 Klasse 1 erfüllt wird. Für Anwendungen, bei denen die Instrumentenluftleitungen durch exponierte Außenabschnitte verlaufen – relevant auf einigen britischen Kernkraftwerken, wo oberirdische Rohrleitungen Gebäudedehnungsfugen kreuzen – lässt sich ein Drucktaupunkt von -70 °C durch den Einsatz eines beheizten Doppelturm-Adsorptionstrockners erreichen, der in dieselbe Skid-Einheit integriert ist.
Technische Leistungsparameter — Ölfreier Schraubenkompressor in Nuklearqualität
| Parameter | Standard Nuklearqualität | Hochleistungsfähige Nuklearqualität | Benutzerdefinierte Konfiguration |
|---|---|---|---|
| Nenndurchfluss (FAD) | 1,0 – 5,0 m³/min | 5,1 – 20,0 m³/min | Bis zu 35 m³/min |
| Entladedruck | 0,6 – 0,8 MPa | 0,6 – 1,0 MPa | Bis zu 1,3 MPa |
| Ölverschleppung | 0 mg/m³ (Klasse 0) | 0 mg/m³ (Klasse 0) | 0 mg/m³ (Klasse 0) |
| Drucktaupunkt (PDP) | -40 °C (mit Trockner) | -40 °C (mit Trockner) | -70 °C verfügbar |
| Motorleistungsbereich | 7,5 – 37 kW | 37 – 160 kW | Bis zu 400 kW |
| Umgebungstemperatur | 5 – 45 °C | 5 – 45 °C | -20 – 55 °C |
| Schalldruckpegel | ≤ 68 dB(A) | ≤ 72 dB(A) | ≤ 75 dB(A) |
| Rotor-/Gehäusematerial | PTFE-beschichteter legierter Stahl / Gusseisen | PTFE-beschichteter legierter Stahl / Gusseisen | 316L-Edelstahlrotoren erhältlich |
| Regelung zur Personalreduzierung | N+1 / 2×100% | N+1 / 2×100% | 3×50% / 4×33% |
| Airend-Serviceintervall | 8.000 Stunden | 8.000 Stunden | Pro Projektplanungsgrundlage |
| Zertifizierungen | IAEA GS-R-3 · ISO 8573-1 · ISO 9001 | IAEA · ONR · CE · PED · IEEE 344 | Gemäß Projektspezifikation |
Alle Leistungsdaten wurden unter den Referenzbedingungen gemäß ISO 1217 Anhang C (20 °C, 1 bar, relative Luftfeuchtigkeit 0,15T) gemessen. Kundenspezifische Konfigurationen werden individuell nach Projektanforderungen entwickelt und kalkuliert.
Wo ölfreie Schraubenkompressoren in einem Kernkraftwerk benötigt werden
Der Begriff „Instrumentenluft“ umfasst ein bemerkenswert breites Spektrum pneumatisch betätigter Systeme, die in allen Funktionsbereichen eines Kernkraftwerks eingesetzt werden. Jede Anwendung stellt leicht unterschiedliche Anforderungen an Druck, Durchflussrate, Taupunkt und Kontaminationskontrolle – doch allen gemeinsam ist die unabdingbare Voraussetzung eines ölfreien Schraubenkompressors als vorgelagerte Druckluftquelle. Die fünf im Folgenden beschriebenen Hauptverbraucher von Instrumentenluft decken den Großteil des Instrumentenluftbedarfs in einem typischen Druckwasserreaktor oder einem fortgeschrittenen gasgekühlten Reaktor ab. Jeder dieser Verbraucher verdeutlicht eine spezifische Folge unzureichender Luftqualität, die die nukleare Spezifikation rechtfertigt.
Aktoren des Sicherheitsinstrumentierungssystems (SIS)
Ausfallsichere pneumatische Stellantriebe an SIS-Ventilen benötigen eine garantierte Instrumentenluftversorgung, die auch unter Auslegungsstörfallbedingungen funktionsfähig bleibt. Die Druckluft muss eine Mindesttemperatur von -40 °C (PDP), die Anforderungen der ISO 8573-1 Klasse 1 für Feststoffpartikel und einen absoluten Ölgehalt der Klasse 0 erfüllen. Jede Kontamination, die zum Ausfall eines SIS-Ventils aufgrund eines Schutzsignals führt, stellt ein schwerwiegendes Ereignis dar, das gemäß den Genehmigungsbedingungen des kerntechnischen Standorts eine meldepflichtige Meldung an die ONR (Office of Nuclear Regulator) erfordert.
Containment-Isolationsventile (CIVs)
Containment-Absperrventile bilden die primäre technische Barriere zwischen dem Primärkreislauf und der Außenumgebung. Pneumatisch betätigte Containment-Absperrventile müssen innerhalb von Sekunden nach einem Containment-Absperrsignal schließen und dem Auslegungsdruck im Containment standhalten. Die Leckageraten der Ventilsitze – gemessen nach ANSI/FCI 70-2 Klasse VI – reagieren äußerst empfindlich auf Ölfilmverunreinigungen auf den elastomeren Sitzflächen. Diese können zu Quellungen, Verlust der Anpresskraft und letztendlich zum Versagen der Dichtheitsprüfung nach einem Unfall führen.
Steuerung des Notkühlkernsystems (ECCS)
Bei einem Kühlmittelverlustunfall muss die ECCS-Einspritzung innerhalb von Sekunden beginnen. Hochdruckeinspritzung, Druckspeicherentladung und Niederdruck-Rückführungsventile werden pneumatisch betätigt und nutzen Druckluftspeicher der Klasse 1E, die von redundanten, ölfreien Schraubenkompressoren unter Druck gehalten werden. Diese Kompressoren sind erdbebensicher gemäß den Anforderungen der Kategorie I des Kraftwerks – das heißt, sie müssen während und nach einem Auslegungserdbeben funktionsfähig bleiben.
Reaktorkühlmittelpumpendichtung Spülluft
Reaktorkühlmittelpumpen verwenden Wellendichtungen mit kontrollierter Leckage, die für die Dichtungsüberwachung und Spülung saubere Instrumentenluft benötigen. Ölverunreinigungen in der Spülluft der Dichtungen schädigen die Gleitflächen und können zu unkontrolliertem Primärkühlmittelaustritt führen – ein Zustand, der als Leckage im Reaktorkühlsystem über die normale Nachfüllkapazität hinaus eingestuft wird und ein sofortiges Eingreifen des Bedienpersonals sowie möglicherweise eine ungeplante Reaktorabschaltung mit entsprechenden radiologischen Reinigungsmaßnahmen erfordert.
Kühlung von Abklingbecken für abgebrannte Brennelemente und gehärtete Systeme nach Fukushima
Die nach Fukushima vom ONR im Rahmen des japanischen Unfalluntersuchungsverfahrens (JAR) vorgeschriebenen Verbesserungen erfordern, dass die Regelung der Kühlmittelzufuhr und des Kühlmittelstroms für das Abklingbecken auch bei längerem Stromausfall im Kraftwerk funktioniert. Batteriegepufferte Instrumentenluftspeicher, die primär von ölfreien Schraubenkompressoren in Nuklearqualität geladen werden, sind Bestandteil der gehärteten, diversen Backup-Architektur (HDB), die mittlerweile Standard bei den Sicherheitsmodernisierungen britischer Kernkraftwerke der EDF-Anlagenflotte (AGR) ist.
Beschaffung von Druckluft für Kernkraftwerke im Vereinigten Königreich: Was Betreiber und Projektteams wissen müssen
Das Vereinigte Königreich betreibt derzeit neun lizenzierte Kernkraftwerke, die rund 151.500 Tonnen Strom für das Land erzeugen. Die modernen gasgekühlten Reaktoren in Hartlepool, Heysham 1, Heysham 2, Dungeness B, Hinkley Point B und Torness werden im Rahmen eines mit der ONR koordinierten Programms zur Laufzeitverlängerung und Modernisierung der Sicherheitssysteme gewartet. Neben diesen in Betrieb befindlichen Kraftwerken ist der Druckwasserreaktor Sizewell B weiterhin das jüngste Kernkraftwerk Großbritanniens. Das von EDF geleitete Projekt Hinkley Point C in Somerset – der erste Neubau eines Kernkraftwerks im Vereinigten Königreich seit über 30 Jahren – befindet sich im Bau. Das Projekt Sizewell C in Suffolk durchläuft das Genehmigungsverfahren, und das britische Programm „Great British Nuclear SMR“ prüft verschiedene Standorte im Vereinigten Königreich für den potenziellen Einsatz der Rolls-Royce-SMR-Technologie in den 2030er-Jahren.
Jedes dieser Projekte generiert spezifische Beschaffungsanforderungen für ölfreie Schraubenkompressoren. Für die in Betrieb befindliche AGR-Flotte liegt der Schwerpunkt in der Regel auf dem direkten Austausch alternder, ölgeschmierter Kolbenkompressoren in sicherheitsrelevanten Systemen. Das Beschaffungsteam benötigt hierfür einen Lieferanten, der die Leistung des bestehenden Systems nachbilden, die vollständige CGD-Dokumentation (Commercial Grade Dedication) für die Umrüstung eines kommerziellen Produkts auf ein nukleares Sicherheitsprodukt bereitstellen und innerhalb des geplanten Wartungsfensters – typischerweise einer 4- bis 8-wöchigen Stilllegung zur Brennstofferneuerung und -wartung – liefern kann. Für Hinkley Point C spezifiziert das EPR-Design Leistungsanforderungen an das Instrumentenluftsystem, die durch die im Rahmen der Generic Design Assessment (GDA) genehmigte Designgrundlage erfüllt werden müssen. Die Beschaffung unterliegt dem Qualifizierungsrahmen für die nukleare Lieferkette von EDF Energy. Für zukünftige SMR-Projekte werden die Spezifikationen für Instrumentenluftkompressoren derzeit noch im Rahmen der Zertifizierungsprozesse der Technologieanbieter entwickelt. Die grundlegende Anforderung an ölfreie Druckluft der Klasse 0 ist jedoch bereits in den Sicherheitsnachweisen vor der Genehmigung festgelegt.
Ever Power hat eine Infrastruktur für die Lieferkette im britischen Nuklearbereich aufgebaut, die speziell auf die Bedürfnisse der bestehenden Anlagen und des Neubauprogramms zugeschnitten ist. Unser Außendienstteam umfasst Ingenieure im Südwesten Englands – nur eine Stunde von Hinkley Point entfernt – sowie in den Midlands, die eine schnelle Reaktionsfähigkeit für die Kernkraftwerke Hartlepool und Heysham gewährleisten. Alle unsere in Großbritannien ansässigen Nukleartechniker verfügen über die erforderliche Sicherheitsüberprüfung (SC) für den Zugang zu kerntechnisch lizenzierten Anlagen und weisen aktuelle Kompetenznachweise der Nuclear Skills Group (NSG) auf. Unser in einem Logistikzentrum in den Midlands gelagertes, zollamtlich geführtes Ersatzteillager umfasst alle kritischen Komponenten der Verdichterstufe und kann innerhalb eines Tages an jede kerntechnisch lizenzierte Anlage in Großbritannien geliefert werden. Für laufende Kraftwerke steht zudem ein Bereitschaftsdienst außerhalb der regulären Geschäftszeiten zur Verfügung.
Im Betrieb bewährt: Kundenerfolg
Reale Ergebnisse von Kernkraftwerksbetreibern, die sich für die ölfreien Schraubenkompressoren von Ever Power entschieden haben.
Ausgewählte Fallstudie · Südkorea · Kernenergieerzeugung
Korea Hydro & Nuclear Power — Austausch des Instrumentenluftsystems Block 2 von Shin-Hanul
Als Korea Hydro & Nuclear Power die Instrumentenluftanlage des Kernkraftwerks Shin-Hanul Block 2 in der Provinz Nord-Gyeongsang überholte, stand das Ingenieurteam vor einer Herausforderung, die vielen Kernkraftwerksbetreibern weltweit bekannt sein dürfte. Die vorhandenen ölgeschmierten Kolbenkompressoren hatten einen Wartungsaufwand angehäuft, der erhebliche geplante Stillstandszeiten in Anspruch nahm. Innerhalb von fünf Jahren waren drei dokumentierte Fälle von Öl in der Instrumentenluft aufgetreten – zwei davon erforderten ungeplante Ventilwartungen, und einer führte zu einem meldepflichtigen Defekt an einem SIS-klassifizierten Stellantrieb. Der Sicherheitsausschuss des Kraftwerks ordnete einen vollständigen Austausch durch ölfreie Technologie nach ISO 8573-1 Klasse 0 an, die den Anforderungen der seismischen Kategorie II des Kraftwerks entspricht, und forderte eine redundante N+1-Konfiguration mit automatischer Umschaltung.
Ever Power lieferte ein redundantes 2×100%-Paket, bestehend aus zwei ölfreien 11-kW-Schraubenkompressoren mit einer Förderleistung von je 1,8 m³/min bei 0,75 MPa, gekoppelt mit zwei wärmelosen, regenerativen Adsorptionstrocknern, die einen garantierten Drucktaupunkt von -40 °C erreichen. Die kompletten Luftaufbereitungsanlagen, inklusive Einlassfilter, Vorfilter, Nachfilter, Edelstahlbehälter und aller Systeminstrumente, wurden vollständig auf gemeinsamen Stahlrahmen vormontiert und einem umfassenden Werksabnahmetest (FAT) unterzogen. Die Qualitätssicherungsingenieure von KHNP begleiteten den FAT über drei Tage und überprüften alle zerstörungsfreien Prüfprotokolle, Materialzertifikate, Kalibrierungsdokumente und Daten der Funktionsprüfung anhand des projektspezifischen Qualitätsplans.
Seit ihrer Inbetriebnahme Anfang 2021 haben die beiden Ever Power-Einheiten zusammen über 20.000 Betriebsstunden ohne einen einzigen ungeplanten Stillstand erreicht. Der Taupunkt der Instrumentenluft lag durchgehend bei -40 °C PDP, und alle acht vierteljährlichen Luftqualitätsprüfungen nach ISO 8573, die seit der Inbetriebnahme durchgeführt wurden, ergaben einen Ölgehalt von 0 mg/m³. Das geplante Wartungsintervall wurde von zuvor 2.000 Stunden auf die von Ever Power vorgegebenen 8.000 Stunden verlängert, wodurch der Wartungsaufwand für das Instrumentenluftsystem über den gesamten Lebenszyklus um ca. 621 TP5T reduziert wurde. Der technische Leiter von KHNP würdigte das Ergebnis offiziell als Vorbild für die Spezifikation ölfreier Kompressoren bei zukünftigen Modernisierungsprojekten von Kraftwerken innerhalb der KHNP-Flotte.
An unserer AGR-Station haben wir die 12 Jahre alten, ölgeschmierten Kolbenkompressoren durch ölfreie Schraubenkompressoren von Ever Power ersetzt. Die Verbesserung der Luftqualität war bereits im ersten Quartalstest messbar – überall Klasse 0. Die Integration der Ferndiagnose in unser CMMS hat die Planung der Instrumentenluftwartung grundlegend verändert. Wir planen Wartungsarbeiten nun während vorgesehener Stillstandszeiten, anstatt auf Alarme im laufenden Betrieb zu reagieren – genau das, was die gestaffelte Verteidigung erfordert.
— Leitender Maschinenbauingenieur
Fortgeschrittenes gasgekühltes Reaktorkraftwerk, Nordengland, Vereinigtes Königreich
Bei der Auswahl der Lieferanten für das Instrumentenluftpaket von Hinkley Point C bewerteten wir vier Hersteller anhand unserer Projektspezifikation. Ever Powers Unterlagen zur nuklearen Qualitätssicherung waren die vollständigsten – vollständige Materialrückverfolgbarkeit gemäß EN 10204 3.1, Berichte über seismische Qualifizierungstests und ein Kundenbetreuer für den Nuklearbereich, der unser ONR-Hold-Point-Programm von Anfang an verstand. Der Preis war wettbewerbsfähig, aber die Qualität der Dokumentation und die nachweisbare Erfahrung mit Nuklearprojekten waren ausschlaggebend für die Auftragsvergabe.
— Beschaffungsmanager, Nuclear Island Systems
Großes britisches Atomkraftwerk-Neubauprojekt, Somerset
Für die Modernisierung des Kühlbeckens für abgebrannte Brennelemente in unserem französischen Druckwasserreaktor (PWR) entschieden wir uns für ölfreie Schraubenkompressoren von Ever Power. Der Betrieb nach der Inbetriebnahme vor 24 Monaten verlief störungsfrei. Besonders hervorzuheben ist die Kompetenz dieses Lieferanten im Bereich kundenspezifischer Entwicklungen: Das Bedienfeld wurde von Grund auf für die Anbindung an unsere Schneider-DCS-Architektur entwickelt, die Stellfläche des Gestells wurde an den bestehenden Kompressorraum angepasst und die Qualifizierungsdokumentation auf unsere spezifischen ASN-Vorschriften zugeschnitten. Die Lieferung erfolgte termingerecht, im Rahmen des Budgets und exakt gemäß den Spezifikationen.
— Leitender Ingenieur für Instrumentierung und Steuerung
EDF Nuclear Operations, Frankreich
Kundenspezifisch entwickelte Druckluftsysteme für nukleare Instrumente: Fertigungs- und Konstruktionskompetenz von Ever Power
Eines der wichtigsten Alleinstellungsmerkmale von Ever Power im Markt für Nukleartechnik ist unsere Kompetenz in der kundenspezifischen Entwicklung – wir versehen nicht einfach Standardkompressoren mit nukleartechnischen Dokumenten. Unsere Fertigungsanlage verfügt über einen separaten Nuklearbereich, in dem alle sicherheitsrelevanten Fertigungsprozesse räumlich von den kommerziellen Produktionslinien getrennt sind. Diese Trennung erstreckt sich von der Wareneingangskontrolle der Rohmaterialien, bei der alle Materialien in Nuklearqualität vor der Freigabe für die Produktion anhand von Werkszertifikaten unabhängig geprüft werden, bis hin zur Endmontage und Prüfung, bei der die Nuklearkomponenten von Technikern montiert werden, die für die entsprechenden Schweiß- und Montageverfahren im Nuklearbereich qualifiziert sind. Der Nuklearbereich arbeitet mit einem separaten, auditierten Qualitätsmanagementsystem gemäß IAEA GS-R-3 und wird regelmäßig von unabhängigen Nuklearinspektoren von Lloyd’s Register, Bureau Veritas oder dem eigenen Qualitätssicherungsteam des Kunden überprüft. Jeder Produktionsschritt wird dokumentiert, jede Messung erfasst und jede Abweichung formell gemäß unserem nukleartechnischen Korrekturmaßnahmenprogramm behandelt, bevor das Produkt in die nächste Phase gelangt.
Unsere Produktanpassungskompetenz deckt das gesamte Spektrum von Druckluftversorgungsanlagen für nukleare Instrumente ab. Wir konstruieren den Austrittsdruck auf jeden Wert zwischen 0,5 MPa und 1,3 MPa, konfigurieren Redundanzsysteme entsprechend den spezifischen Sicherheitsanforderungen des Projekts und integrieren die gewählte Trocknertechnologie – gekühlt, regenerativ ohne Wärmezufuhr oder regenerativ mit Heizung – in eine gemeinsame Grundrahmenkonstruktion. Die Abmessungen der Anlagen sind so ausgelegt, dass sie auf bestehende Anlagen passen. Kompressor Raumaufteilungen, bei denen bauliche Veränderungen nicht möglich sind, werden mit statischen Berechnungen gemäß Eurocode-Normen für die seismische Verankerung realisiert. Die Architektur des Schaltschranks ist für die Anbindung an Siemens S7 oder TIA Portal, ABB 800xA, Schneider EcoStruxure oder Yokogawa CENTUM Plattformen konfiguriert oder kann als eigenständige SPS-Anlage betrieben werden. Für Steuerungsfunktionen, die einer SIL-Anforderung unterliegen, entwickeln und dokumentieren wir die Steuerungslogik gemäß IEC 61508 und liefern die für den Sicherheitsnachweis des Projekts erforderlichen SIL-Bewertungs- und Verifizierungsnachweise. Unsere 40-jährige Lebenszyklusunterstützung – unterstützt durch ein Programm zur garantierten Verfügbarkeit von Ersatzteilen mit in Großbritannien gelagerten Lagerbeständen und definierten Lieferzeiten für nicht lagernde Artikel – erfüllt die Anforderungen an die langfristige Betriebssicherheit, die für Beschaffungsteams in der Nuklearindustrie zu Recht höchste Priorität haben.
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Häufig gestellte Fragen
Antworten auf die Fragen, die uns britische Nuklearingenieure, Einkaufsmanager und Anlagenbetreiber am häufigsten zu ölfreien Schraubenkompressoren für Druckluftanwendungen in der Nukleartechnik stellen.
Worin besteht der praktische Unterschied zwischen einem ölfreien Schraubenkompressor und einem öleingespritzten Kompressor mit nachgeschalteter Filtration, und warum ist dies insbesondere für die Instrumentenluftsysteme von Kernkraftwerken in Großbritannien von Bedeutung?
Ein ölfreier Schraubenkompressor erzeugt konstruktionsbedingt Druckluft ohne Ölanteil – es gelangt kein Öl in die Verdichtungskammer, wodurch die ISO 8573-1 Klasse 0 automatisch erreicht wird. Eine öleingespritzte Maschine verwendet Öl als Prozessflüssigkeit in der Verdichtungskammer und ist auf nachgeschaltete Koaleszenzfilter angewiesen, um die Ölkonzentration auf typischerweise 0,01 mg/m³ (Klasse 1) zu reduzieren. Dies ist immer noch nachweisbares Öl und ein Wert, der nur erreicht werden kann, solange das Filterelement intakt ist und seine Lebensdauer nicht überschreitet. In britischen Kernkraftwerken, die von der ONR gemäß dem Nuclear Installations Act 1965 reguliert werden, muss die Instrumentenluft für sicherheitsklassifizierte Ventilantriebe der Klasse 0 entsprechen. Eine öleingespritzte Maschine mit Filtration kann diese Anforderung nicht erfüllen, da ein Ausfall des Filterelements – ein durchaus realistischer Ausfallfall – dazu führen würde, dass ungefiltertes Öl die Sicherheitsventilantriebe erreicht, ohne dass dies vor der Beschädigung des Antriebs erkannt wird.
Wie viel kostet ein ölfreier Schraubenkompressor in Nuklearqualität typischerweise für ein Kernkraftwerksprojekt in Großbritannien, und welche Faktoren beeinflussen den endgültigen Kaufpreis und die Lebenszykluskosten am stärksten?
Ein handelsüblicher ölfreier Schraubenkompressor im Leistungsbereich von 11–22 kW kostet etwa 20.000–40.000 £. Eine vollständig qualifizierte Anlage in Nuklearqualität mit kompletter Qualitätssicherungsdokumentation – Materialzertifikate nach EN 10204 3.1, Berichte über seismische Prüfungen, begleitete Werksabnahmeprüfung (FAT) und ONR-konforme Qualitätsdokumentation – kostet typischerweise 60.000–200.000 £ pro Einheit, ohne integrierten Trockner, Sammler und sonstige Ausrüstung. Ein komplettes redundantes 2×100%-Skid-Paket für einen britischen Nuklearstandort, inklusive aller Luftaufbereitungsanlagen, Steuerungsintegration und Dokumentation, kostet je nach Durchflussmenge und Spezifikationstiefe zwischen 180.000 £ und über 500.000 £. Die Lebenszykluskosten – einschließlich Wartungsintervallen von 8.000 Stunden anstelle von 2.000-Stunden-Zyklen – machen die ölfreie Schraubentechnologie im Allgemeinen über einen Zeitraum von 20 Jahren günstiger als ölfreie Hubkolbentechnologien. Für eine projektspezifische Kostenschätzung kontaktieren Sie uns bitte. [email protected] mit Ihren Durchfluss- und Druckanforderungen.
Welche Zertifizierungen und Qualifikationen sollte ich überprüfen, wenn ich einen Lieferanten von ölfreien Luftkompressoren für sicherheitsrelevante Instrumentenluftanwendungen in der Nuklearindustrie im Vereinigten Königreich auswähle?
Prüfen Sie mindestens Folgendes: ISO 8573-1 Klasse 0-Zertifizierung mit unabhängiger Prüfung durch Dritte (keine Selbstauskunft); IAEA GS-R-3-Konformität des Qualitätsmanagementsystems, geprüft von einer akkreditierten Stelle; ISO 9001:2015 mit Anwendungsbereich für nukleare Anlagen; CE-Kennzeichnung gemäß Druckgeräterichtlinie (2014/68/EU, in Großbritannien als PSSR 2000 übernommen); Nachweis der seismischen Qualifizierung nach IEEE 344 oder IEC 60780 für die spezifische Anlagenauslegung; und EN 10204 3.1-Materialzertifikate für alle druckführenden Bauteile. Prüfen Sie bei britischen Kernkraftwerken außerdem, ob das Qualitätsmanagementsystem des Lieferanten die Anforderungen von NS-TAST-GD-058 (ONR-Leitfaden zur technischen Qualitätsbewertung für nukleare Sicherheit) erfüllt, ob ein nachweisliches Verfahren zur kommerziellen Zulassung für nukleare Anlagen existiert und ob die Zugangsberechtigten Ingenieure über die erforderlichen NSG-Kompetenznachweise und Sicherheitsfreigaben verfügen.
Wo finde ich einen qualifizierten und erfahrenen Lieferanten von ölfreien Schraubenkompressoren in Nuklearqualität für Projekte in Hinkley Point C, Sizewell B oder anderen britischen nuklearbetriebenen Anlagen?
Ever Power ist ein etablierter Lieferant mit nachweislicher Erfolgsbilanz im Bereich Instrumentenluftsysteme für Kernkraftwerke in Asien, Europa und dem Nahen Osten. Unsere Infrastruktur für die Kernenergieversorgung in Großbritannien umfasst Servicetechniker in Somerset und den Midlands, ein in Großbritannien zollamtlich geführtes Ersatzteillager für die Lieferung am nächsten Tag an jeden kerntechnisch zugelassenen Standort sowie ein Vertriebs- und Ingenieurteam für Kernenergie mit Erfahrung in der Erfüllung der Anforderungen der ONR (Office of Nuclear Regulator). Wir sind am Qualifizierungsprozess der Lieferkette für Hinkley Point C beteiligt und für die Vorplanungsphase (Pre-FEED) des Beschaffungsprojekts Sizewell C positioniert. Um die Qualifizierungsgespräche zu beginnen oder ein Budgetangebot anzufordern, senden Sie uns eine E-Mail. [email protected] mit Ihren Projektdetails und Spezifikationsreferenzdokumenten.
Wie kann bei einem ölfreien Schraubenkompressor der sichere Weiterbetrieb nach einem seismischen Ereignis in einem Kernkraftwerk nachgewiesen werden, und welche Testnachweise sind von der ONR gefordert?
Der IEEE-Standard 344 regelt die seismische Qualifizierung sicherheitsrelevanter mechanischer Ausrüstung in Kernkraftwerken. Die Qualifizierung erfolgt durch die Montage einer repräsentativen Produktionseinheit auf einem Triaxial-Rütteltisch und die Anwendung einer dynamischen Anregung, die das anlagenspezifische erforderliche Antwortspektrum (RRS) sowohl für das Betriebsbeben (OBE) als auch für das Erdbeben im sicheren Abschaltzustand (SSE) abdeckt. Der Kompressor muss seine Funktionsfähigkeit während des OBE-Belastungszustands und seine strukturelle Integrität mit Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit nach dem SSE-Belastungszustand nachweisen. Der Qualifizierungsprüfbericht – einschließlich der funktionalen Ausgangslage vor dem Test, der Betriebsaufzeichnungen während des Tests und der Ergebnisse der Nachprüfung – wird als kontrollierte Dokumentation der nuklearen Qualitätssicherung bereitgestellt. Die ONR schreibt keinen spezifischen Standard für die seismische Qualifizierung von mechanischen Anlagen vor, erwartet jedoch von den Antragstellern, dass sie die Gleichwertigkeit mit der anerkannten Methodik des IEEE 344 oder IEC 60780 im Rahmen der allgemeinen Entwurfsbewertung oder des Genehmigungsverfahrens für Projekte nachweisen.
Welches geplante Wartungsintervall ist für einen ölfreien Schraubenkompressor in einem Druckluftsystem für Kernkraftwerke zu erwarten, und wie verhält sich dies zu den ölgeschmierten Kolbenkompressoren, die derzeit in vielen britischen AGR-Kraftwerken eingesetzt werden?
Die ölfreien Schraubenkompressoren von Ever Power in Nuklearqualität sind für ein geplantes Wartungsintervall von 8.000 Stunden ausgelegt, das die vorbeugende Inspektion der Verdichterstufe und den planmäßigen Komponentenaustausch umfasst. Ölfreie Kolbenkompressoren – die noch in einigen britischen Kernkraftwerken im Einsatz sind – erfordern aufgrund des deutlich höheren mechanischen Verschleißes des Kolbenmechanismus typischerweise eine Inspektion der Ventilplatten und -ringe nach 2.000 Stunden und einen kompletten Kolbenringwechsel nach 4.000 Stunden. In der Praxis bedeutet dies, dass eine ölfreie Schraubenkompressoreinheit im Verlauf eines 40.000-Stunden-Betriebszyklus nur etwa ein Viertel der geplanten Wartungsmaßnahmen benötigt. Dies führt zu einer direkten Reduzierung der Strahlenbelastung für Wartungstechniker in strahlungsüberwachten Bereichen, einer signifikanten Verkürzung der geplanten Stillstandszeiten und niedrigeren Lebenszykluskosten trotz des höheren Anschaffungspreises.
Kann ich eine vollständig kundenspezifische, ölfreie Schraubenkompressor-Einheit erhalten, die auf die spezifischen Instrumentenluft-R&ID-Fließbilder, die Raumaufteilung und die DCS-Steuerungsarchitektur meines britischen Kernkraftwerks abgestimmt ist?
Ja, und dies ist eine der Kernkompetenzen von Ever Power im Bereich nuklearer Anwendungen. Wir liefern keine Druckluftsysteme für nukleare Instrumente aus einem Katalog – jedes Nuklearprojekt wird individuell geplant und konstruiert, basierend auf dem System-R&I-Fließbild, der Funktionsspezifikation, den Umweltkriterien und den Anforderungen an die Steuerungsarchitektur. Austrittsdruck, Redundanzkonfiguration, Trocknertechnologie, Behälterdimensionierung, Instrumentierungsspezifikationen und Schaltschrankdesign werden projektbezogen definiert. Wir arbeiten mit den DCS-Plattformen von Siemens, ABB, Schneider und Yokogawa zusammen und entwickeln die Steuerungslogik entsprechend SIL 1 oder SIL 2, sofern die Schutzfunktionsklassifizierung dies erfordert. Die Skid-Konstruktion wird so optimiert, dass sie in bestehende Kompressorräume passt, wenn bauliche Veränderungen nicht möglich sind. Um ein Beratungsgespräch für eine individuelle Planung zu starten, senden Sie bitte Ihr Spezifikationsdokument und Ihr R&I-Fließbild an [E-Mail-Adresse einfügen]. [email protected].
Wie lange dauert die Beschaffung und Lieferung eines ölfreien Schraubenkompressors in Nuklearqualität typischerweise von der ersten Anfrage bis zur Inbetriebnahmeübergabe an einem britischen Nuklearstandort?
Die Beschaffungszeiten für Druckluft in Nuklearqualität sind aufgrund der Anforderungen an die Qualitätssicherungsdokumentation und des obligatorischen Werksabnahmetests deutlich länger als bei handelsüblicher Druckluft. Ein standardmäßiger ölfreier Schraubenkompressor in Nuklearqualität mit vollständigem Qualifizierungspaket benötigt in der Regel 20–28 Wochen von der Bestellung bis zum Abschluss des Werksabnahmetests in unserem Werk. Hinzu kommen weitere 4–6 Wochen für Versand, Installation vor Ort und Inbetriebnahme – insgesamt also ca. 24–34 Wochen bis zur Betriebsübergabe. Ein vollständig kundenspezifisch entwickeltes Skid-System mit integriertem Trockner, Steuerung und individueller Konstruktion benötigt in der Regel 32–40 Wochen. Für britische Nuklearprojekte mit geplanten Stillstandszeiten oder Bauzeitbeschränkungen empfehlen wir dringend, unser Nuklear-Vertriebsteam so früh wie möglich im Projektverlauf – idealerweise in der Vorplanungsphase (Pre-FEED) oder der Detailplanung – einzubeziehen, um sicherzustellen, dass der Beschaffungsplan innerhalb des Projektzeitraums realisierbar ist.
Sind Sie bereit, Ihr Druckluftkompressorsystem für nukleare Instrumente zu spezifizieren?
Unser Nukleartechnik-Team prüft gerne Ihre Spezifikationen, beantwortet Ihre technischen Fragen und erstellt Ihnen ein detailliertes, projektspezifisches Angebot. Jedes Projekt im Bereich der Druckluftversorgung für Nuklearinstrumente bei Ever Power beginnt mit einem technischen Gespräch – nicht mit einem Verkaufsgespräch.
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Antwort innerhalb eines Werktages · Britische und internationale Nuklearprojekte · Bearbeitet von gzl