Schon bei niedriger Flächenpressung dicht nach TA-Luft

TA-Luft-Dichtungen: Federzahn übertrifft Spießblech-Grafit

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12.05.2017 Einbaufehler können beim Abdichten von Flanschen undichte Verbindungen zur Folge haben. Betroffen sind davon insbesondere auch Spießblech-Grafit-Dichtungen, wie eine aktuelle Untersuchung zeigt.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Eine Untersuchung zeigt, dass Flanschdichtungen auf Basis von Spießblech-Grafit in der Praxis nur unzureichend und mit dem Risiko von Montageschäden die geforderte Dichtheit erreichen.
  • In der Chemie können so auf Dauer empfindliche Produktverluste entstehen.
  • Eine Alternative dazu sind Federzahn-Dichtungen, die bereits bei wesentlich geringeren Flächenpressungen eine Dichtheit erreichen, die auch den TA-Luft-Kriterien entspricht.

Querschnitt durch eine Federzahn-Dichtung. Bild: Revoseal

Querschnitt durch eine Federzahn-Dichtung.
Bild: Revoseal

Produktverluste an einer Ethylenanlage im fünfjährigen Produktionszyklus im Vergleich (Quelle: Untersuchung der Gaist Dichtungstechnik). Bild: Revoseal

Produktverluste an einer Ethylenanlage im fünfjährigen Produktionszyklus im Vergleich (Quelle: Untersuchung der Gaist Dichtungstechnik).
Bild: Revoseal

Vergleich Spießblech-Grafit- und Federzahn-Dichtung. Die gelbe Kurve charakterisiert das Verhalten von Spießblech-Grafit-Dichtungen und ist ein Mittelwert aus einer Anzahl bekannter Produkte dieser Klasse. Die Werte entstammen entweder dem Katalog des jeweiligen Herstellers und/oder der Datenbank www.gasketdata.org. Die blaue Kurve zeigt die Prüfergebnisse der Dichtung Revoseal Revolution. Bild: Revoseal

Vergleich Spießblech-Grafit- und Federzahn-Dichtung. Die gelbe Kurve charakterisiert das Verhalten von Spießblech-Grafit-Dichtungen und ist ein Mittelwert aus einer Anzahl bekannter Produkte dieser Klasse. Die Werte entstammen entweder dem Katalog des jeweiligen Herstellers und/oder der Datenbank www.gasketdata.org. Die blaue Kurve zeigt die Prüfergebnisse der Dichtung Revoseal Revolution.
Bild: Revoseal

So hatte Gaist Dichtungstechnik, ein Spin-Off der Fachhochschule Münster, im Auftrag des Anbieters Revoseal Europe die klassische Spießblech-Grafit-Dichtung mit einer Federzahn-Dichtung des Anbieters verglichen. Unter realistischen Testbedingungen zeigt sich vor allem, wie fehleranfällig die alte Technologie bereits im Einbau ist. Die Folgen reichen von Leckagen bis zu Komplettausfällen des Dichtungssystems – mit entsprechenden kostenintensiven Folgen für Instandsetzung und Stillstände: In der Prozessindustrie in Deutschland ließen sich Einsparpotenziale in Millionenhöhe heben.

Die ganzheitliche Betrachtung einer Flanschverbindung ist mit der VDI Richtlinie 2290 zum Stand der Technik geworden. Dennoch sind vergleichende Tests auf Basis der Richtlinie bislang eine Seltenheit. Die richtige Dichtungstechnologie, die passende Geometrie und der möglichst einfache Einbau sind die Parameter, die über die Fehleranfälligkeit der Verbindung entscheiden.

TA-Luft-Kriterien auch bei niedrigem Anzugs­moment sicher einhalten

Die Einhaltung der TA-Luft-Kriterien ist für eine Vielzahl der verbauten, althergebrachten Dichtungssysteme eine große Herausforderung. In der Gaist-Versuchsanordnung wird ein DN50-PN40-Flansch unter realistischen Bedingungen getestet, ein aufgrund seiner Geometrie und Schraubenanzahl besonders problematischer, aber häufig eingesetzter Verbund. Der Versuch berücksichtigt dabei – anders als im Labormaßstab – die tatsächlichen Verhältnisse einer Verbindung unter Einbeziehung aller auf den Flansch wirkenden Kräfte.

Für die Prüfung wurde ein Druck von 40 bar gewählt. Die Untersuchung vergleicht eine Spießblech-Grafit-Dichtung mit einer Federzahn-Dichtung (Revoseal Revolution) über das beim Einbau aufgebrachte Drehmoment und das daraus resultierende Leckagepotenzial der Flanschverbindung. Beim Einsatz einer M16-Schraube der Festigkeitsklasse 5.6 und 90%iger Auslastung der Schraubenstreckgrenze ist die Revoseal Revolution 80-mal dichter als die Dichtheitsklasse L0,01.  Wird die VCI-Montageempfehlung für 25 CrMo4-Schrauben oder A2-70-Schrauben befolgt, ist sie sogar um den Faktor 250 dichter.

Besonders deutlich zeigte sich aber, dass die Spießblech-Grafit-Dichtung die VDI2290-Dichtheitsklasse L0,01 erst bei einem Anzugsmoment von ca. 170 Nm erreicht. Ein Wert, der weit über der VCI-Empfehlung für das Anzugsmoment liegt und daher sehr leicht Montageschäden am Dichtungsverbund erzeugen kann.  Das Ergebnis zeigt klar die Achillesferse des DN50-PN40-Flansches und wie schwierig hier das Erreichen der benötigten Flächenpressung ist. Die Federzahn-Dichtung Revoseal Revolution erreicht diese auch mit 5.6er Schrauben, die heute noch in einer Vielzahl von Unternehmen eingesetzt werden. Sie zeichnet sich durch ihre hohe Dichtheit und Betriebssicherheit aus und kann hohe Umrüstkosten vermeiden. Einbaufehler in Form von zu geringen Anzugsmomenten führen nicht mehr automatisch zu einem Versagen der Flanschverbindung mit hohen Folgekosten. In der Praxis sind Federzahn-Dichtungen dauerhaft dicht.

Produktverluste führen zu hohem wirtschaft­lichen Schaden für Betreiber

Der wirtschaftliche Schaden, der durch Stoffverluste bzw. diffuse Emissionen entsteht, wird am folgenden Beispiel eines Ethylen verarbeitenden Betriebs bei Verwendung von 25CrMo4-Schrauben (Drehmoment: 125 Nm, gemäß VCI Leitfaden) deutlich. Ausgehend von 50.000 Dichtverbindungen, einem Produktionszyklus von fünf Jahren und einem gemittelten Dichtungsumfang von 0,48 m beträgt die Leckage beim Einsatz von Spießblechgrafit-Dichtungen nach der Untersuchung von Gaist 0,023000 mg/(s·m), die Federzahn-Dichtung erreicht dagegen eine deutlich geringere Leckage von 0,000041mg/(s·m). Bei Ethylen-Herstellungskosten von 0,62 Euro pro kg entsteht dem Anlagenbetreiber ein hoher Verlust.

Zur Technik der Federzahn-Dichtungen:

Die Federzahn-Dichtung Revoseal Revolution ist eine geprägte Flachprofildichtung, die aus einem flexiblen Edelstahlträger mit zwei Auflagen, wahlweise aus PTFE oder Grafit, hergestellt wird. Ihre Federcharakteristik gleicht Druck- und Temperaturschwankungen aus, ein Nachziehen der Schrauben ist nicht erforderlich. Durch Konstruktion und Flexibilität der geprägten Zähne wird eine zweifache metallische Abdichtung sowie die Einkapselung des PTFE oder Grafits sichergestellt. Die Dichtung zeichnet sich durch ihre leichte Montage und die dünne Bauweise aus. Durch die schmale Auflage werden nur sehr geringe Schraubenkräfte bzw. Flächenpressungen benötigt.

Trendbericht Dichtungen aus CT Juni 2016. 

Heftausgabe: Mai 2017

Über den Autor

Friedrich Güldenberg, Revoseal
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