Leckraten auf der Spur

Untersuchungen und Vergleich statische Dichtsysteme nach TA Luft. Die ständigen Verschärfungen von Umweltvorschriften stellen sowohl für Anlagenbetreiber als auch für Dichtungshersteller eine...

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Untersuchungen und Vergleich statische Dichtsysteme nach TA LuftDie ständigen Verschärfungen von Umweltvorschriften stellen sowohl für Anlagenbetreiber als auch für Dichtungshersteller eine enorme Herausforderung dar. Am 1. Oktober 2002 ist die neue technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft in Kraft getreten und hat die aus dem Jahre 1986 stammende TA Luft abgelöst. Um festzustellen, welche Dichtungsmaterialien die Anforderungen nach der neuen TA Luft erfüllen, wurden bei der SGL Technologies GmbH, Meitingen, verschiedenste Dichtungsmaterialien miteinander verglichen.Die umfangreichen Untersuchungen haben gezeigt, dass ein neues Dreikomponenten-Dichtungskonzept diesbezüglich die besten Eigenschaften aufweist. Mit dieser Innovation gelang es, die Vorteile der Materialien PTFE, Graphit und Edelstahl in einem Dichtsystem zu vereinen und dabei gleichzeitig Nachteile der jeweiligen Materialien zu eliminieren.Ob kautschukgebundene Fasermaterialien, PTFE, Graphit mit Metallverstärkung (mit oder ohne Bördel), Spiraldichtungen, Kammprofildichtungen oder andere Metall-Weichstoffdichtungen jeder Dichtungstyp hat seine speziellen Schwachpunkte. Elastomergebundene Fasermaterialien neigen zur Versprödung und zeigen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, ein sich deutlich verschlechterndes Dichtverhalten. PTFE zeigt im Allgemeinen eine sehr gute Dichtigkeit, solange ausreichend Flächenpressung vorhanden ist. Die hohe Kriechneigung von PTFE kann jedoch gerade bei erhöhten Temperaturen zum Verlust von Flächenpressung und somit zu Undichtigkeiten führen. Expandierter Graphit mit Metallverstärkung wiederum besitzt einen hohen Kriechwiderstand sowie eine sehr gute Kompressibilität und Rückfederung. Jedoch wer-den die TA Luft-Leckageanforderungen im Allgemeinen erst bei hohen Flächenpressungen erreicht. Nur wenige als kleberfreier Verbund hergestellte Graphitflachdichtungen mit Innenbördel können diese Leckageanforderungen bei 30 MPa entsprechen. Spiral- und Kammprofildichtungen können diese Anforderungen erfüllen. Außerdem haben diese Dichtungen eindeutige Schwächen beim Kompressibilitäts- und Rückfederungsverhalten. Hintergrund zur TA Luft und VDI 2440/2200Die neu entwickelte Dreikomponenten-Dichtungsplatte Sigraflex MF besteht aus einem edelstahlverstärkten Graphitkern und Decklagen aus einem Edelstahl-PTFE-Verbund. Sigraflex MF ist eine eingetragene Marke der SGL Carbon Group. Im Zusammenspiel mit einem Innenbördel setzt dieses neue Dichtungssystem in puncto Dichtheit einen neuen Maßstab in der Technik. Zusätzlich weist es eine hohe Stabilität sowie eine exzellente Kompressibilität und Rückfederung auf. Die zusätzliche FDA-Konformität, Ausblassicherheit und Antihaftverhalten sowie gute Medienbeständigkeit runden das Leistungsprofil ab. Die neue TA Luft empfiehlt Flanschverbindungen nur zu verwenden, wenn sie verfahrenstechnisch, sicherheitstechnisch oder für die Instandhaltung notwendig sind. Für diesen Fall sind technisch dichte Flanschverbindungen entsprechend der Richtlinie VDI 2440 (Ausgabe November 2000) zu verwenden. Dementsprechend sollen nur hochwertige Dichtsysteme zur Anwendung kommen, die nachweislich folgende Anforderungen erfüllen:- Die konstruktive Ausführung des Dichtungssystems lässt die Funktion unter den Betriebsbedingungen auf Dauer erwarten.- Für Dichtungsauswahl und Auslegung der Flanschverbindungen sind Dichtungskennwerte nach DIN 28090-1 oder DIN EN 1591-2 zu Grunde zu legen.- Die Einhaltung der spezifischen Leckagerate von 104 barl/sm wird durch erstmalige Prüfung nachgewiesen. Hierbei wird ein Prüfverfahren mit Helium-Massenspektrometer bei einer Prüfdruckdifferenz von 1 bar und einer Flächenpressung von 30 MPa angewandt. Vor der Leckagemessung wird die Dichtung bei maximaler Betriebstemperatur im montierten Zustand an Luft gelagert (VDI 2200).Andere validierte Prüfverfahren, zum Beispiel Druckabfallmethode nach DIN 28090-2 oder Spülgasmethode, sind zulässig. Hierbei ist auf die oben genannte Einheit für die Leckagerate umzurechnen. Der Nachweis wird an einem für das Dichtsystem repräsentativen Prüfling durch den Hersteller erbracht. Er dokumentiert die Prüfbedingungen und Prüfergebnisse und stellt diese auf Anforderung zur Verfügung. Weil aus der Richtlinie VDI 2440 keine detaillierteren Prüfanforderungen als die beschriebenen zu entnehmen sind, sollen das Prüfprozedere, die mechanischen Dichtungsanforderungen sowie die Frage nach der Ausblassicherheit in der Richtlinie VDI 2200 beschrieben werden.Vertreter von Großchemie, Prüfinstituten und Dichtungshersteller fordern zudem eine detaillierte Beschreibung folgender Prüfbedingungen zur Leckagemessung: - Geometrie des Prüfflansches, Dichtung, Flanschrauigkeit,- Anzugsverfahren, Auslagerungszeiten und Auslagerungstemperatur,- Abweichung der Eckdaten (1 bar, 30 MPa, He)- Begutachtung des Flansches nach der Leckagemessung.Als Hinweis sei zu beachten, dass die VDI 2200 in Ihrer endgültigen Fassung noch nicht vorliegt. Alle derzeitigen Aussagen sind unter Vorbehalt zu betrachten.Interpretation der UntersuchungsergebnisseEine Untersuchung verschiedener Dichtungsmaterialien ergab die nachfolgenden Ergebnisse (Bild 2). Aufgrund der Vielzahl der untersuchten Materialien, der Schwankung der einzelnen Materialien untereinander sowie den noch nicht feststehenden Prüfbedingungen werden nur die gemessenen Leckagebandbreiten angegeben. Aufgrund dieser Messungen und unter Berücksichtigung der Anforderungen bezüglich Ausblassicherheit beim BGV (UVV) geht man bei SGL davon aus, dass folgende Dichtungstypen die Anforderungen nach TA Luft/VDI 2440 erfüllen können:- Hochwertige Sigraflex Graphitflachdichtungen als kleberfreier Verbund mit Innenbördel,- Kammprofildichtungen mit PTFE- oder Graphitauflage,- Spiraldichtungen mit PTFE- oder Graphitauflage sowie- Metalldichtungen mit PTFE- oder Graphitauflage. Wie der Leckagevergleich zeigt, werden die marktüblichen Graphitflachdichtungen mit Metalleinlagen wie Spießblech, Klettblech oder Streckblech die TA-Luft-Leckageanforderungen nicht erfüllen können. Hochwertige Sigraflex-Graphitflachdichtungen mit Innenbördel, hergestellt als kleberfreier Verbund, sind jedoch in der Lage, die TA-Luft-Anforderungen zu erfüllen. Der Vergleich verdeutlicht insbesondere auch die überragenden Dichtungseigenschaften dieses Dichtsystems. Faserdichtungen wurden in diesem Vergleich nicht explizit untersucht.Bei diesem Material handelt es sich um ein bewährtes und vielfach eingesetztes Dichtungsmaterial. Sigraflex Hochdruck ist eine mehrlagige, hochfeste Dichtungsplatte, die als kleberfreier Verbund aus 0,5 mm dicken Lagen hochwertiger Graphitfolien und 0,05 mm dicken Edelstahlfolien besteht. Eine sehr hohe mechanische Festigkeit, gute Handhabung und hohe Zuverlässigkeit zeichnen dieses Material aus. Untersuchungsergebnisse der Uni Dortmund haben gezeigt, dass Sigraflex Hochdruck mit Innenbördel die Leckageanforderungen der neuen TA Luft erfüllt. Durchgeführt wurde die Untersuchung an einem Flansch DN 80/PN 40 mit einer Rautiefe RZ , 6,3 µm bei einem Heliuminnendruck von 5, 8 und 12 bar und einer Flächenpressung von 30 MPa. Die Berechnung der Heliumleckrate nach Kapillarmodell für 1 bar Druckdifferenz ergab folgendes Ergebnis: 0,83 3 104 mbarl/ms. Anmerkung: Die SGL arbeitet an einem weiteren TA Luft tauglichen Flachdichtungssystem, das auf die bewährte Technik, kleberfreier Verbund mit Edelstahlfolie, setzt, allerdings unter Kostengesichtspunkten optimiert wird. Die Erfüllung der TA Luft Leckageanforderungen wurde ebenfalls durch die Materialprüfanstalt Stuttgart bestätigt (Bilder 3 und 4). Eine Dichtungsplatte aus drei KomponentenBeim Dichtungskonzept Sigraflex MF handelt es sich um eine hochwertige 3-Komponenten-Dichtungsplatte, bestehend aus flexiblem Graphit, Edelstahl und PTFE (Bild 5). Mit dieser Entwicklung ist es SGL gelungen, die dichtungstechnischen Vorteile der drei verwendeten Materialien in einem Produkt zu vereinen.So weist Sigraflex MF dank des verwendeten expandierten Graphits eine hohe Kompressibilität und Rückfederung auf und ist in der Lage, sich Flanschunebenheiten gut anzupassen. Die Edelstahlverstärkungen führen zu einer hohen mechanischen Festigkeit und die PTFE-Decklagen steuern ihre exzellente Dichtheit zum Verbund bei. Zudem verhindert die PTFE-Schicht jegliches Ankleben der Dichtung am Flansch. Der Kern dieser neuen Dichtungsplatte besteht aus einem kleberfreien Verbund aus flexiblen Graphitfolien mit Edelstahlverstärkungen. Die beiden Edelstahldecklagen sind zusätzlich mit einer dünnen, homogenen PTFE-Schicht versehen, die gleichzeitig die Außenhaut der Dichtungsplatte darstellt. Dieses innovative Flachdichtungssystem, entwickelt für den Einsatz in Kombination mit einem Edelstahlinnenbördel, markiert einen neuen Meilenstein bei der Erzielung niedrigster Leckageraten. Schon bei niedrigen Flächenpressungen werden selbst höchste Dichtheitsanforderungen erfüllt. Gleichzeitig bietet das System eine hohe Ausblassicherheit und genügt auch den lebensmittelrechtlichen Anforderungen europäischer und amerikanischer Standards. Darüber hinaus kann dieses Flachdichtungssystem als gutmütig und fehlertolerant bezeichnet werden. Die Sigraflex-MF-Dichtungen werden angewendet- bei maximalen Anforderungen an die Dichtheit und Betriebssicherheit (TA Luft, VDI 2440), insbesondere bei toxischen, brennbaren, umweltgefährdenden oder teuren Medien (Gasversorgung oder Chemie),- bei hohen Anforderungen an die Prozesshygiene (FDA, GMP), zum Beispiel Pharma- und Lebensmittelindustrie,- für Flanschverbindungen, die nur geringe Flächenpressungen ertragen oder erreichen,- von tiefsten Temperaturen bis zu 300 °C, - bei hohen Anforderungen an die Prozesshygiene (FDA, GMP), zum Beispiel Pharma- und Lebensmittelindustrie- in Altanlagen aufgrund des guten Ausgleichs- und Anpassungsvermögens und- für Anwendungen, die ein Ankleben der Dichtung am Flansch keinesfalls dulden können.