Rissige Rohre

Fragen und Antworten zur Korrosion der Dampferzeuger-Heizrohre im AKW Neckarwestheim‑2 und zu den möglichen Folgen eines Dampferzeuger-Heizrohrlecks.

Untersuchungen im AKW Neckarwestheim‑2 haben im September 2018 zum wiederholten Mal Schäden in den Dampferzeugern aufgedeckt. Mehr als hundert Rohre weisen zum Teil tiefgehende Risse auf. Experten warnen, dass ein Bruch der Rohre einen Störfall bis hin zur Kernschmelze auslösen könnte. Trotzdem ließ das Umweltministerium in Stuttgart den Reaktor am 07. November 2018 wieder ans Netz.

Stand: 07.11.2018

Fragen zu Dampferzeuger-Heizrohrlecks allgemein

Was ist ein Dampferzeuger?

Dampferzeuger sind gigantische Wasserkocher und ein sicherheitstechnisch entscheidendes Bauteil von Druckwasserreaktoren wie Neckarwestheim‑2. Sie übertragen die Hitze des radioaktiven Reaktorkreislaufs an den nicht-radioaktiven Wasser-Dampf-Kreislauf. In den Dampferzeugern strömt das mehr als 300 Grad heiße, radioaktive Kühlwasser aus dem Reaktorkern mit einem Druck von ca. 160 bar durch gut 4.000 fingerdicke, u-förmig gebogene Heizrohre. An ihrer Außenseite fließt das nicht-radioaktive Wasser des Sekundärkreislaufs vorbei, das die Hitze aufnimmt und dabei – weil der Druck im Sekundärkreis mit 65 bar deutlich niedriger ist – verdampft. Dieser Dampf treibt dann die Turbinen an, die wiederum den Generator in Bewegung setzen, der den Strom erzeugt.
Mit Ausnahme von Gundremmingen C sind alle noch laufenden AKW in Deutschland Druckwasserreaktoren und haben jeweils vier Dampferzeuger.

Welche sicherheitstechnische Bedeutung haben die Heizrohre in den Dampferzeugern?

Die Heizrohre sind Teil der druckführenden Umschließung, die den radioaktiven vom nicht-radioaktiven Teil des Reaktors trennt, und damit eine der sicherheitstechnisch entscheidenden Barrieren gegen den Austritt von Radioaktivität. Ein Leck eines Heizrohrs ist ein Leck im Primärkreislauf und damit ein Kühlmittelverluststörfall.

Was passiert bei einem Dampferzeuger-Heizrohr-Leck (DEHL)?

Das heiße, radioaktive und unter hohem Druck stehende Wasser des Reaktorkreislaufs schießt durch das Leck in den Sekundärkreislauf. Der Druck im Dampferzeuger steigt dadurch schnell an. Die Betriebsmannschaft muss den Druck im Reaktor schnell herunterfahren, um ein weiteres Ausströmen von radioaktivem Kühlwasser zu verhindern. Unter anderem aufgrund der dafür nötigen komplizierten und fehleranfälligen Prozeduren gilt ein Dampferzeugerheizrohrleck als kompliziertester aller Kühlmittelverluststörfälle. Als Folge der bei einem solchen Störfall ausgelösten Reaktorschnellabschaltung und Turbinenschnellabschaltung kann es zudem zum Notstromfall kommen. Die Hauptkühlmittelpumpen könnten dann nicht mehr betrieben werden, was weitere Probleme und Risiken nach sich zieht.

Kann Radioaktivität freigesetzt werden?

Steigt der Druck im Dampferzeuger – auf der Außenseite der Heizrohre, also im Sekundärkreis – aufgrund des hereindrückenden Reaktorwassers von den ursprünglichen 65 bar auf auf mehr als 88 bar an, öffnen die Sicherheitsventile des Dampferzeugers, um dessen Explosion zu verhindern. Der radioaktive Dampf wird dann ungehindert in die Umgebung abgeblasen. Dies kann schon beim Abriss eines einzigen Heizrohrs passieren.
Ist mehr als ein Heizrohr beschädigt, kann entsprechend mehr Reaktorwasser in den Sekundärkreislauf strömen und der Druck im Dampferzeuger steigt entsprechend schneller an. Ein Ansprechen der Sicherheitsventile ist dann kaum noch zu verhindern – der Störfall wird zu einem der gefürchteten „Bypass-Ereignisse“. Selbst eine Kernschmelze ist dann nicht mehr ausgeschlossen.

Was bedeutet „Bypass-Ereignis“ und warum sind diese so gefährlich?

Bei einem „Bypass-Ereignis“ besteht eine direkte Verbindung vom Reaktorkern in die Umwelt – ein Bypass des Sicherheitsbehälters also. Damit kann Radioaktivität ungehindert in die Umgebung entweichen. Zugleich kann der Reaktor über einen solchen Bypass große Mengen seines Kühlwassers verlieren, so dass die Kühlung der Brennelemente im Reaktorkern nicht mehr sicher gewährleistet ist. Beschädigungen der Brennstäbe bis hin zu einer Kernschmelze sind dann möglich.

Sind AKW in Deutschland gegen Dampferzeuger-Heizrohr-Lecks ausgelegt?

Ja – allerdings nur gegen den Abriss eines einzigen Heizrohrs (Leckquerschnitt ≤ 2 F). Bei einem größeren Leck (Leckquerschnitt > 2 F), etwa weil mehrere Rohre reißen, ist der Störfall auslegungsüberschreitend.
Auch ein Auslegungsstörfall kann sich jederzeit zu einem auslegungsüberschreitenden Störfall entwickeln – etwa, wenn das umherschlagende erste beschädigte Rohr oder das daraus mit hohem Druck ausströmende Wasser weitere Rohre beschädigt oder es nicht gelingt, den Druck im Primärkreislauf schnell genug zu senken.
Betreiber und Aufsichtsbehörde dürfen auch einen Auslegungsstörfall nicht billigend in Kauf nehmen. Gemäß Atomgesetz und Strahlenschutzverordnung müssen sie vielmehr dafür Sorge tragen, dass ein solcher Störfall sicher nicht eintritt.

Wie kann es zu einem auslegungsüberschreitenden Leck mehrerer Heizrohre kommen?

Dafür gibt es viele Möglichkeiten, unter anderem:

An mehreren Dampferzeuger-Heizrohren kann es aufgrund von Korrosionsmechanismen gleichzeitig zu einem Leck kommen.
Mehrere Verschlussstopfen beschädigter Heizrohre können sich gleichzeitig lösen.
Das Leck eines Heizrohrs kann zu Folgeschäden an benachbarten Heizrohren führen, etwa durch nach einem Heizrohrbruch umherschlagende lose Rohrenden oder unter hohem Druck austretendes Wasser. Solche Folgeschäden sind insbesondere zu befürchten, wenn die Nachbarrohre bereits vorgeschädigt sind, etwa durch Risse oder Lochkorrosion.
Störfälle wie Lecks und Brüche im Speisewasser- und Frischdampfbereich können zu extremen Belastungen führen, die Schäden an Dampferzeuger-Heizrohren zur Folge haben. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Heizrohre bereits vorgeschädigt sind, etwa durch Risse oder Lochkorrosion.

Mehr Informationen in der fachlichen Stellungnahme des Reaktorsicherheitsexperten Manfred Mertins zu „Risiken betrieblich bedingter Brüche von Dampferzeuger-Heizrohre infolge von Spannungskorrosion“ >>

zur Stellungnahme

Was hat es mit dem von einem ehemaligen AKW-Betriebsleiter beschriebenen möglichen schweren Deionat-Pfropfen-Störfall in Folge eines Dampferzeuger-Heizrohrlecks auf sich?

Bei dem nach einem Dampferzeuger-Heizrohrleck erforderlichen Absenken des Reaktordrucks kann es passieren, dass der Druck im Reaktorkreislauf unter den im Sekundärkreislauf fällt. Dann kann kaltes, nicht boriertes Wasser aus dem Sekundärkreislauf in den Primärkreislauf fließen. Fallen die Hauptkühlmittelpumpen aus – was durchaus passieren kann – könnte sich dieses Wasser im Pumpenbogen vor dem Reaktordruckbehälter sammeln. Würde dieser Wasserpfropfen auf einen Schlag in den Reaktorkern gespült, hätte dies einen Leistungsblitz, also ein schnelles Ansteigen der Reaktorleistung, zur Folge. Dieses von einem ehemaligen Betriebsleiter des AKW Biblis‑B beschriebene Szenario stellt einen weiteren infolge eines Heizrohrlecks möglichen Störfall dar. Mehr Informationen im Interview mit Helmut Mayer >>

zum Interview

Fragen zu den Schäden an den Dampferzeuger-Heizrohren im AKW Neckarwestheim‑2

Wie ist es um die Dampferzeuger-Heizrohre im AKW Neckarwestheim‑2 bestellt?

Schlecht. Bei der Untersuchung aller Heizrohre in allen vier Dampferzeugern im September 2018 wiesen nach Angaben des Umweltministeriums 101 Heizrohre an der Außenseite Risse auf. Diese hatten die nur 1,2 Millimeter dicken Rohrwände schon bis zu 91 Prozent durchdrungen; die Wände waren also stellenweise nur noch 0,1 Millimeter stark.
Darüber hinaus wiesen 23 Heizrohre an der Außenseite volumenartige Befunde (Löcher, Mulden, …) auf. Hinzu kommen die bereits im Vorjahr entdeckten volumenartigen Befunde an 32 Heizrohren mit Wanddickenschwächungen von bis zu 61 Prozent. Ein Teil dieser Schäden hat sich trotz angeblicher Gegenmaßnahmen im Laufe des folgenden Betriebszyklus vergrößert. Zudem wurden auch an den 2017 kontrollierten Dampferzeugern im Jahr 2018 neue volumenartige Schäden entdeckt.

Wann sind die ersten Schäden aufgefallen?

Nach Angaben des Umweltministeriums wurden im Zuge der Revision des AKW im Herbst 2017 die Heizrohre in zwei der vier Dampferzeuger (Nr. 10 und Nr. 30) stichprobenweise (20 Prozent der Heizrohre) auf voller Länge kontrolliert. Dabei fielen in einem der beiden Dampferzeuger volumenartige Korrosionen auf.

Musste EnBW daraufhin alle Heizrohre in allen Dampferzeugern kontrollieren?

Nein. Nur in dem einen Dampferzeuger, bei dessen stichprobenweiser Kontrolle im Herbst 2017 Schäden entdeckt worden waren, wurden daraufhin alle Heizrohre überprüft. Dampferzeuger Nr. 20 und 40 blieben sogar komplett unkontrolliert.

Haben EnBW und Atomaufsicht 2017 erkannt, dass es sich bei den entdeckten Schäden um Lochfraß handelte?

Nein. Die Atomaufsicht schloss Lochkorrosion als Ursache der Schäden 2017 vielmehr kategorisch aus – aufgrund der überwachten Wasserqualität im Sekundärkreislauf und der hoch korrosionsfesten Nickel-Chrom-Eisen-Legierung der Heizrohre trete Lochkorrosion an Dampferzeugerheizrohren „grundsätzlich nicht auf“. Diese Annahme war, wie die Behörde ein Jahr später einräumte, offensichtlich falsch.

Welche Gegenmaßnahmen ordnete die Atomaufsicht 2017 an?

EnBW musste 14 Heizrohre, die eine Wanddickenschwächung von mehr als 30 Prozent aufwiesen, mit einem Stopfen verschließen und damit außer Betrieb nehmen. Der AKW-Betreiber sollte daneben Verschmutzungen des Wassers im Sekundärkreislauf minimieren – diese Verschmutzungen galten als mutmaßlicher Auslöser der Korrosion. Außerdem ordnete die Behörde für die Revision 2018, also ein Jahr später, eine 100-Prozent-Kontrolle aller Heizrohre in allen vier Dampferzeugern an.
Am 27.09.2017 erteilte das Umweltministerium in Stuttgart EnBW die Genehmigung zum Wiederanfahren des Reaktors. Einen Monat später gestand es ein: „Die genaue Ursache für die erkannten Wanddickenschwächungen ist aktuell noch in Klärung.“

Waren die 2017 angeordneten Gegenmaßnahmen wirksam?

Nach Darstellung des Umweltministeriums waren sie „sicherheitsgerichtet und zielführend“. Experten hingegen wundern sich, warum die Behörde nach den ersten Korrosionsfunden nicht sofort alle Heizrohre aller vier Dampferzeuger überprüfen ließ.
Die Maßnahmen, die weitere Heizrohrschäden vermeiden sollten, verfehlten zudem ihre Wirkung. Die Untersuchungen im Herbst 2018 wiesen allein an den bereits 2017 überprüften Dampferzeugern Nr. 10 und Nr. 30 insgesamt 17 neue volumenartige Befunde nach. Zudem waren bereits 2017 entdeckte Löcher und Mulden weiter gewachsen.
An den 2017 nicht betrachteten Dampferzeugern Nr. 20 und Nr. 40 kamen die oben erwähnten Risse an 101 Heizrohren sowie volumenartige Befunde an sechs Heizrohren zum Vorschein. Wann diese Schäden entstanden sind, ist unbekannt. Angesichts der Tatsache, dass die Risse bereits bis zu 91 Prozent der Wandstärke durchdrungen hatten, kann man es nur als Zufall ansehen, dass es in den zurückliegenden Monaten oder Jahren nicht zu einem Heizrohrleck gekommen ist.

Von welchen Ursachen für die Risse und für die Löcher geht die Atomaufsicht inzwischen aus?

Bei den Löchern und Mulden geht sie inzwischen – anders als noch 2017 – von „Lochkorrosion“ aus. Die Risse sind nach Angaben des Ministeriums durch Spannungsrisskorrosion entstanden.

Was ist Spannungsrisskorrosion und warum ist sie so gefährlich?

Spannungsrisskorrosion bezeichnet eine spezielle Form der Rissbildung in unter Spannung stehenden Werkstoffen. Damit sie auftritt, müssen drei Bedingungen erfüllt sein:

Der Werkstoff muss empfindlich gegen Spannungsrisskorrosion sein,
Zugspannungen müssen vorliegen,
ein spezifisches Angriffsmittel – etwa Chloride – muss vorhanden sein.

Alle diese Bedingungen sind bei den Dampferzeuger-Heizrohren gegeben.
Die entsprechenden Randbedingungen vorausgesetzt tritt Spannungsrisskorrosion unvorhersehbar auf und die entstehenden Risse können sehr schnell wachsen. Das macht sie so gefährlich.

Wann sind die 2018 entdeckten Risse in den 101 Heizrohren entstanden?

Das weiß weder EnBW noch die Atomaufsicht. Die betroffenen Dampferzeuger wurden nach übereinstimmenden Angaben von EnBW und Atomaufsicht zuletzt 2014 kontrolliert – ohne Befund.

Wie lange brauchten die Risse, um bis zu 91 Prozent der Wandstärke zu durchdringen?

Auch das kann niemand sagen. Die Risse können sich irgendwann im Laufe der vergangenen vier Jahre durch die Rohre gefressen haben, vielleicht auch erst in den vergangenen Monaten. Ob sie dabei Jahre oder nur Wochen brauchten, um die Rohrwand fast komplett zu durchdringen, ist unklar. Spannungsrisskorrosion tritt bei entsprechenden Voraussetzungen spontan auf und schreitet mitunter sehr schnell voran.

Welche Maßnahmen hat EnBW nach den erneuten Lochfraß-Funden und den Rissfunden im September 2018 ergriffen?

EnBW hat die rissigen Heizrohre verstopft und sie ebenso wie die von stärkerem Lochfraß betroffenen Rohre verschlossen. Die Dampferzeuger wurden zudem gereinigt, um angeblich korrosionsauslösende Ablagerungen zu entfernen. Zudem will der AKW-Betreiber die chemische Zusammensetzung des Wassers im Sekundärkreislauf intensiver überwachen.

Reichen diese Maßnahmen aus, um das Entstehen weiterer gefährlicher Risse und weitere Lochkorrosion zuverlässig zu verhindern?

Nein. Schon nach den Korrosionsfunden 2017 haben EnBW und Atomaufsicht behauptet, sie hätten das Problem im Griff. Das war nicht der Fall: Annahmen, Schlussfolgerungen und Gegenmaßnahmen waren zum Teil falsch und/oder unzureichend. Es gibt keinen Grund zur Annahme, dass dieselben Maßnahmen, die schon 2017 keinen Erfolg hatten – chemische Zusammensetzung des Wassers im Sekundärkreislauf im Blick behalten, Verschmutzungen minimieren – dieses Jahr auf einmal funktionieren sollen – noch zumal bei den 2018 entdeckten Rissen nicht einmal bekannt ist, wann und also unter welchen Umgebungsbedingungen sie eigentlich entstanden sind.

Ungeklärt ist darüber hinaus,

warum die aus dem eigentlich besonders korrosionsunempfindlichen Werkstoff Incoloy‑800 gefertigten Heizrohre im AKW Neckarwestheim‑2 überhaupt in diesem Maß von Korrosion betroffen sind,
warum zuvor offenbar 28 Jahre lang keine Korrosion eben dieser Heizrohre aufgetreten ist,
warum Wasserchemie und Wasser-Verschmutzung für die Spannungsrisskorrosion verantwortlich sein sollen, wo doch alle vier Dampferzeuger vom selben Wasser durchströmt werden, die Risse aber so gut wie ausschließlich (99 von 101 rissigen Rohren) in nur einem Dampferzeuger auftraten.

Vor allem aber ist völlig unklar, in welchem Zeitraum und mit welchem Tempo sich die 2018 entdeckten Risse durch die Rohre gefressen haben. Somit ist auch nicht auszuschließen, dass in den kommenden Monaten neue Risse entstehen und gefährlich wachsen, die zu Heizrohrlecks und ‑schäden führen könnten.

Das Ministerium selbst räumt im Übrigen freimütig ein, dass die von EnBW ergriffenen Maßnahmen weitere Korrosionen oder gar Lecks keineswegs sicher ausschließen, sondern nur „möglichst“ ausschließen und die Schadensursachen „soweit wie möglich“ beseitigen sollen. In einem Jahr will es deshalb alle 16.000 Heizrohre erneut kontrollieren.

Was fordert .ausgestrahlt?

Das AKW Neckarwestheim‑2 muss vom Netz, solange die Ursache der Risse und der Lochkorrosion nicht eindeutig geklärt ist und solange weitere gefährliche Risse in den Heizrohren und/oder weitere Korrosionsschäden nicht hundertprozentig ausgeschlossen sind.
EnBW und Atomaufsicht müssen sowohl die Ursachenanalyse der Heizrohrschäden veröffentlichen als auch den Nachweis, demzufolge weitere gefährliche Schäden angeblich ausgeschlossen sein sollen.
Umweltminister Franz Untersteller (Grüne) muss die Sicherheit der Bevölkerung im Großraum Stuttgart endlich vor die wirtschaftlichen Interessen von EnBW stellen – auch wenn der AKW-Betreiber ein quasi landeseigener Konzern ist.