Schallemissionsanalyse zur Gastank-Überwachung

Flüssiggas kommt in der Chemietechnik beispielsweise für Heizungs- oder Kühlanlagen oder für sterile Verpackungen zum Einsatz. Besonders dort, wo ein Gasanschluss zu kostenintensiv wäre, lohnen sich Tanks. Ein weiteres Plus ist, dass die Propan-Butan-Gemische schon bei geringem Druck den Aggregatzustand wechseln. Vier Liter Flüssiggas ergeben 1.000 Liter brennbares Gas, was nicht zuletzt eine Rückfalloption für die Versorgungssicherheit einer Anlage darstellt.

Wiederkehrende Prüfungen

Der Propan-Butan-Mix im Inneren der Tanks bildet explosionsfähige Gemische mit Luft. Kommt es durch Leckagen oder betriebsbedingt – wie etwa beim Befüllen des Tanks – zum Entweichen des Gases, besteht Gefahr für Mensch und Umwelt. Außerdem nimmt das Volumen beim Aggregatswechsel von flüssig zu gasförmig schnell zu, sodass in kurzer Zeit größere sauerstoffarme Bereiche entstehen.
Betreiber sind verpflichtet, alle zwei Jahre ihre Tanks oder Anlagen außen prüfen zu lassen. Innere Prüfungen stehen mindestens alle zehn Jahre an. Ältere Tanks sind zum Schutz vor Korrosion mit einer Bitumenschicht umhüllt. Neuere Modelle werden in Epoxidharz eingefasst. Detaillierte Prüfunterlagen nach den technischen Regeln für Gefahrstoffe und der Betriebssicherheit stellt der Gasversorger zur Verfügung. Typische Fehlstellen gibt es nicht, aber es sind Fehler an den Schweißnähten oder dem Stahlgefüge zu finden, das sich im Laufe der Zeit verändert.
Grundsätzlich sind auch die Tankarmaturen wie das Sicherheitsventil oder der kathodische Korrosionsschutz zu prüfen. Dieser Schutz wird beispielsweise auch bei Pipelines eingesetzt und verhindert die Oxidation und damit die Korrosionsbildung. Bei einer beschädigten Epoxidharzschicht kann er auch nachträglich eingebaut werden. Bei unterirdischen Flüssiggastanks wird auch der Domschacht geprüft, über den die Tankarmaturen erreichbar sind.

Eigenes Prüffahrzeug mit Vorratsgastank

Die innere Prüfung des Tanks beinhaltete das vollständige Entleeren und Reinigen und war damit bisher sehr aufwendig. Arbeits- und Umweltschutz machten umfangreiche Maßnahmen erforderlich. TÜV SÜD Industrie Service entwickelte alternative Konzepte und detaillierte Pläne für ein eigenes Prüffahrzeug. Seit Herbst 2020 ist der LKW mit integriertem Vorratsgastank bundesweit im Einsatz. Im Juli 2021 und Anfang 2023 folgten ein zweites und ein drittes Fahrzeug.
Für das Erkennen potenzieller Fehlstellen prüfen die Experten die Tankwände mit einer Schallemissionsprüfung. Dafür muss der Tank mit Gas unter Druck gesetzt werden. Für die Gasphase wird ein Schlauch vom Fahrzeug abgerollt und am Tank angeschlossen, allerdings bringen die TÜV-SÜD-Experten ihr eigenes Gas in der Gasphase mit. Damit entfallen zahlreiche der sonst nötigen Maßnahmen für den Arbeits- und Umweltschutz.
Denn durch das mitgebrachte Gas entfällt die Verdampfung des Flüssiggases im Tank und dadurch auch die zweite Schlauchphase. Beim Abkoppeln eines Schlauchs entweicht nun kaum noch Flüssiggas in die Umwelt, weil der Prozess des Abkoppelns nun noch sicherer und schneller gelingt. Die Experten steigerten zudem die Qualität der Druckaufbringung. Bei der klassischen Methode war es dabei immer wieder zu Störsignalen gekommen, die nun deutlich reduziert wurden.
Durch den Wegfall der Verdampfungstechnologie sind darüber hinaus keine hohen Verdampfungstemperaturen notwendig – die bei Flüssiggas-Gemischen mit hohem Butan-Anteil ohnehin schwierig zu realisieren sind. Und auch der Füllstand stellt nun kein Hindernis mehr dar. Zuvor musste der Kundentank für die Verdampfung zu mindestens 25 Prozent Inhalt haben. Jetzt prüfen die Experten unabhängig von Füllstand und Füllmedium.

Mit Schallemissionen auf Spurensuche

Das Aufzeichnen der Schallemissionen wird mit an der Tankwandung befestigten piezoelektrischen Sensoren realisiert. Sie werden bei den Lagertanks mit Magnethaltern fixiert. Eine Koppelpaste zwischen Sensor und Oberfläche sichert die korrekte Wellenübertragung. Auf diese Weise lassen sich größere Tanks einer kompletten Prüfung unterziehen. Da bei vielen moderneren Tanks keine Einstiegsöffnungen mehr vorhanden sind, gilt dieses Vorgehen bei einer Gasdruckprüfung als Ersatz für die innere Prüfung und ist oft ohnehin die einzige verbliebene Prüfmöglichkeit.
Detektierte Fehlstellen verursachen einen mechanischen Bewegungssprung, der seine Umgebung anstößt. Durch das Zurückfedern entstehen transiente elastische Schallwellen, die der Piezokristall des Sensors in elektrische Signale umwandelt. Auf dem Bildschirm des Prüflaptops stellt eine Software die Signale dann für die Experten grafisch dar. Auch ein bevorstehendes Versagen des Prüfobjekts wird rechtzeitig erkannt. Die Prüfung wird dann unterbrochen – oder aus Arbeitsschutzgründen beendet.

Erdverlegter LPG-Tank geprüft

Wie eine Prüfung vor Ort in der Praxis aussieht, zeigt ein Beispiel aus dem Großraum München. Dort prüften die Experten von TÜV SÜD Industrie Service einen LPG-Tank mit Epoxidharzbeschichtung und einem Volumen von 2.700 Litern. Bei dem Behälter, der mittlerweile seit 30 Jahren in Betrieb ist, lag das Augenmerk auf den Armaturen der Sicherheitsausrüstung (Sicherheitsventil, Gasdruckregelarmatur, Entnahmeventil etc.), der Integrität des Tanks, dem Korrosionsschutz und den Aufstellbegebenheiten. Da der Sachverständige mit dem Fahrzeug zum Einsatzort kam, geschah alles in einem Schritt. Mit der Sensortechnik der Schallemissionsprüfung wurden akustische Signale aufgezeichnet und ausgewertet. Werkstofffehler wie Risse oder Reibegeräusche an schadhaften Schweißnähten wurden rechtzeitig detektiert. Mittels Triangulation war es möglich, die Fehlstellen exakt zu bestimmen. Selbst schwer zugängliche Bereiche am Boden des in der Erde eingelassenen Tanks wurden so zuverlässig geprüft.
Mit dem mobilen Verfahren, das eine Schallemissionsprüfung beinhaltet, wird die Prüfung von Flüssiggastanks nicht nur günstiger und sicherer, sondern auch zeitsparender und präziser. Die eigens für Prüfungen vor Ort entwickelten LPG-LKWs sind bundesweit im Einsatz.