TA-Luft? Klappt!

Armaturen-Abdichtsysteme nach TA-Luft und neuer ISO 15848

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

10.11.2016 Flüchtige Emissionen (VOC) an Armaturen zu beherrschen, ist kein einfaches Unterfangen. Um die Kriterien der TA-Luft und der DIN EN ISO 15848-1 auch ohne aufwendigen Faltenbalg zu erfüllen, ist bei der Konstruktion und Fertigung von Ventilen mit Stopfbuchse große Sorgfalt nötig. Dass dies machbar ist, zeigen Tests an einer 3-fach exzentrischen Absperrklappe.

Anzeige

Entscheider-Facts für Planer und Betreiber

  • Neben der TA-Luft gewinnt in der Prozessindustrie die DIN EN ISO 15848-1 im Hinblick auf flüchtige Emissionen immer mehr an Bedeutung.
  • Seit November 2015 ist die Ausgabe 2015 gültig, deren Vergrößerung der Leckagerate für Klasse A näher an die TA-Luft adaptiert.
  • Die Wellenabdichtung der 3-fach exzentrischen Absperrklappe Zetrix erreicht das TA-Luft-Kriterium in der Temperaturklasse bis 200 °C unter den Anforderungen der DIN EN ISO 15848-1.

Sowohl die TA-Luft als auch die DIN EN ISO 15848-1 verfolgen das Ziel, umwelt- und gesundheitsschädliche flüchtige Emissionen zu begrenzen bzw. zu reduzieren.  Dabei ist die TA-Luft ein gesamtheitlich deutsches Regelwerk, welches verbindliche technische Anforderungen für genehmigungspflichtige Anlagen nach der 4. Bundesimmissionsschutzverordnung spezifiziert.
Die EN ISO 15848-1 ist eine internationale Norm, welche dem Anwender Bewertungskriterien zur Klassifizierung von Armaturen (Absperr- und Regelorgane) mit dem Ziel der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Ausführungen und Fabrikate  an die Hand gibt.

Die Einhaltung der Vorgaben nach TA-Luft gelten zwar nicht nur deutschlandweit als Nachweis hochwertiger Dichtsysteme, allerdings gewinnt die EN ISO 15848-1 im Umfeld der chemischen, petrochemischen und der Prozessindustrie immer mehr an Bedeutung.

Den teuren Faltenbalg vermeiden

Unter dem Absatz 5.2.6.4 „Absperrorgane“ der TA-Luft wird als Stand der Technik zur Abdichtung der Spindeldurchführungen von Absperr- und Regelorganen der metallische Faltenbalg mit nachgeschalteter Stopfbuchse oder gleichwertige Dichtungssysteme genannt. Die technisch bessere Wahl wäre oftmals der teurere Faltenbalg, allerdings wird weiterhin die bewährte Stopfbuchspackung als Spindelabdichtung gewählt. Als gleichwertig werden solche Dichtsysteme angesehen, die im Nachweisverfahren nach VDI 2440 die temperaturspezifischen Leckageraten einhalten.

Der Nachweis nach 3.1.3.3 der VDI ist an einem für das Dichtsystem repräsentativen  Prüfling bei Temperaturen, Drücken und Spindel- bzw. Wellenbewegungen zu erbringen, welche die Betriebsbedingungen abdecken. Die Gleichwertigkeit des Dichtsystems ist nachgewiesen, wenn die Leckage für Temperaturen <250 °C mit einer spezifischen Leckagerate von 10-4 mbar·l/(s·m) und für Temperaturen ≥250 °C von 10-2 mbar·l/(s·m) eingehalten ist.

Die EN ISO 15848-1 spezifiziert die Prüfbedingungen und -voraussetzungen wesentlich detaillierter, indem die Einstufung der Armaturen vorrangig nach Dichtheits-, Festigkeits- und Temperaturklasse erfolgt. In den Prüfvorgaben wird durch unterschiedliche Schaltzyklen und Hubbewegungen den signifikanten Anforderungen an Absperr- und Regelarmaturen Rechnung getragen. Im Unterschied zur TA-Luft [1] wird ein Dichtheitskriterium für die statische Gehäusedichtung spezifiziert (≤ 50 ppmv). Der Anwender hat damit die Möglichkeit, die zu erwartenden flüchtigen Emissionen der kompletten Armatur zu bewerten. Die Qualifizierung bzw. Einstufung der Armatur ist durch eine Bauartenprüfung nachzuweisen, die Ergebnisse sind bei identischer Konstruktion auf Ausführungen zwischen Schaft- bzw. Wellen-Ø von 50 % bis 200 % des Prüfmusters übertragbar.

Seit November 2015 ist für DIN EN ISO 15848-1 die Ausgabe 2015 gültig, deren Vergrößerung der Leckagerate für Klasse A näher an die TA-Luft adaptiert: Dichtheitsklasse A erfüllt das TA-Luft-Kriterium.

Seit November 2015 ist für DIN EN ISO 15848-1 die Ausgabe 2015 gültig, deren Vergrößerung der Leckagerate für Klasse A näher an die TA-Luft adaptiert: Dichtheitsklasse A erfüllt das TA-Luft-Kriterium.

Leckageraten der EN ISO 15848-1 im Vergleich zur TA-Luft

Auch in der Norm ist die unter den Prüfbedingungen erreichte Leckagerate entscheidend. Insgesamt werden drei temperaturunabhängige Dichtheitsklassen spezifiziert, wobei die Klasse A eine Gleichwertigkeit für Dichtsysteme von z. B. Schwenkarmaturen mit einem Faltenbalg erwarten lässt.  Seit November 2015 ist die Ausgabe 2015 gültig, deren Vergrößerung der Leckagerate für  Klasse A näher an die TA-Luft adaptiert.

Aus der Tabelle wird ersichtlich, dass die Dichtheitsklasse A in jedem Fall das TA-Luft-Kriterium erfüllt, Klassen B und C sind auf das jeweilige temperaturabhängige Kriterium zu prüfen.

Tests an Absperrklappe nach DIN EN ISO 15848-1

Ein Prüfmuster der 3-fach exzentrischen Absperrklappe  Zetrix (Schwenkarmatur, 90°-Verstellweg), versehen mit einer hochwertigen, unbefederten Grafitpackung zur Abdichtung der Wellendurchführung und einer Kammprofildichtung zur statischen Abdichtung des Bodenflansches, wurde im akkreditierten Prüflabor der Fa. Amtec entsprechend der Norm in zwei unterschiedlichen Temperaturklassen getestet und zertifiziert. Für die Temperaturklasse 1 (RT bis 200 °C) wurde folgendes Ergebnis dokumentiert:
ISO FE AH – CO3 – SSA 0 – t(RT, 200 °C) – (40/35 bar) – ISO 15848-1. Darin steht die Abkürzung „FE“ für „flüchtige Emissionen“, „AH“ beschreibt die Dichtigkeitsklasse A mit dem Prüfmedium Helium, die Abkürzung CO3 steht für die Festigkeitsklasse CO3 mit 2.500 mechanischen Zyklen in vier Temperaturzyklen bei RT bis 200 °C. „SSA 0“ bedeutet, dass die Schaftabstellungen nicht nachgestellt wurden (Anzahl 0), t(RT, 200 °C) beschreibt die Temperaturklasse RT (bis 200 °C) und (40/35 bar) die Druckzuordnung zu den Prüftemperaturen. Die während der Prüfung gemessenen Leckageraten lagen immer unterhalb des Kriteriums von 10-4 mbar·l/(s·m) – auch dokumentiert durch die erreichte Dichtheitsklasse A. Somit kann das Dichtsystem unter den beschriebenen Prüfparametern als hochwertig im Sinne der TA-Luft angesehen werden. Für die Temperaturklasse 2 (RT bis 400 °C) wurde folgendes Ergebnis dokumentiert:
ISO FE BH – CO3 – SSA 0 – t(RT, 400 °C) – (40/23,6 bar) – ISO 15848-1.
Die während dieser Prüfung gemessenen Leckageraten lagen bis zum Ende des zweiten Temperaturzyklus und nach 500 mechanischen Zyklen immer im Bereich der TA-Luft-Kriterien von 10-4 mbar·l/(s·m) bei RT bzw. 10-2 mbar·l/(s·m) für 400 °C. Somit kann das Dichtsystem unter den beschriebenen Prüfparametern als hochwertig im Sinne der TA-Luft angesehen werden.

Die Ergebnisse beider Prüfungen zeigen, dass die Wellenabdichtung der 3-fach exzentrischen Absperrklappe Zetrix in der Temperaturklasse bis 200 °C unter den Anforderungen der DIN EN ISO 15848-1 vollumfänglich das TA-Luft-Kriterium erreicht. In der Temperaturklasse bis 400 °C wird das Kriterium noch bei bis zu 500 Lastspielen in zwei Temperaturzyklen unterschritten, dadurch ist die Gleichwertigkeit mit einer Faltenbalg-Abdichtung nachgewiesen.

Durch die Möglichkeit der spezifischen Klassifizierung nach der DIN EN ISO kann, wie im beschriebenen Beispiel aufgezeigt, die Leistungsfähigkeit einer Armatur hinsichtlich der Begrenzung flüchtiger Emissionen  eingestuft werden. Somit ist ein direkter Vergleich unterschiedlicher Ausführungen oder Einsatzparameter möglich.

Enge Grenzen für Fertigung und Montage

Die Einhaltung beider technischer Regelwerke stellt erhebliche fertigungs- und montagetechnische Herausforderungen bzw. Anforderungen an die Armatur. Nur durch Einhaltung enger Grenzen der  Oberflächengüten von Welle und Stopfbuchsenbohrung und einer hochwertigen Lagerung  in Verbindung mit einer gewissenhaft verspannten  Stopfbuchse sind entsprechende Leckageraten möglich.

Um die Tests unter praxisnahen Bedingungen zu verifizieren, wurde eine 3-fach exzentrische Klappe der Nennweite 350 zusätzlich in einem rund drei Monate währenden Dauertest mit synthetischem Thermalöl auf der hauseigenen Anlage getestet. Dabei durchlief die Armatur elf Temperaturzyklen und 10.000 mechanische Zyklen zwischen 100 bis 350 °C bei einem Mediendruck von ca. 10 bar. Um mögliche Leckagen an der Wellendichtung abzuführen und aufzufangen, wurde bei diesem Versuch unterhalb der Stopfbuchsbrille ein Laternenring installiert. Über den gesamten Test traten keinerlei Leckagen auf. Der Test bestätigt die Hochwertigkeit der beschriebenen Wellendichtung unter praxisnahen Einsatzbedingungen und sichert die im Labor ermittelten Ergebnisse zusätzlich ab. 1703ct955

Valve World 2016 Halle 3 – F28

Literaturverzeichnis:

[1] TA-Luft, Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes–Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft – TA Luft) Vom 24. Juli 2002.
[2] DIN EN ISO 15848-1, Industriearmaturen – Mess-, Prüf- und Qualifikationsverfahren für flüchtige Emissionen – Teil 1: Klassifizierungssystem und Qualifikationsverfahren für die Bauartprüfung von Armaturen (ISO 15848-1:2015); Deutsche Fassung EN ISO 15848-1:2015.
[3] DIN EN ISO 15848-1, Industriearmaturen –Mess-, Prüf- und Qualifikationsverfahren für flüchtige Emissionen –Teil 1: Klassifizierungssystem und Qualifikationsverfahren für die Bauartprüfung von Armaturen (ISO 15848-1:2006); Deutsche Fassung EN ISO 15848-1:2006.
[4] VDI 2440, Emissionsminderung Mineralöl-November 2000.
[5] Amtec, Prüfungsbericht-302 586 2/-, 2014.
[6] Amtec, Prüfungsbericht-302 586 4/-, 2015.

CT-Artikel: Kugelhahn ISO FE-Serie nach ISO 15848-1

CT-Artikel: Neue Technologien für Ventilpackungen mit niedrigen Emissionen

Heftausgabe: November 2016

Über den Autor

Michael Vullhorst ist Versuchsleiter bei ARI-Armaturen
Loader-Icon