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Dichtigkeitstest bestanden

Tri-exzentrische Klappe entspricht TA-Luft und ISO 15848
Dichtigkeitstest bestanden

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Als vielseitig einsetzbar, langlebig und auch bei anspruchsvollen Einsatzbe-dingungen sehr zuverlässig hat sich die tri-exzentrische Absperrklappe Zetrix von ARI im praktischen Einsatz bereits erwiesen. Nun wurde die Armatur im akkreditierten Prüflabor der Firma Amtec einer umfangreichen Untersuchung entsprechend der Norm EN ISO 15848 in zwei unterschiedlichen Temperaturklassen unterzogen. Ziel war, die Gleichwertigkeit des Dichtsystems mit der in der TA Luft empfohlenen Faltenbalg-Abdichtung zu belegen.

Sowohl die TA Luft [1] als auch die DIN EN ISO 15848-1 [1, 2] verfolgen das Ziel, umwelt- und gesundheitsschädliche flüchtige Emissionen zu begrenzen bzw. zu reduzieren. Dabei ist die TA Luft ein gesamtheitlich deutsches Regelwerk, das verbindliche technische Anforderungen für genehmigungspflichtige Anlagen nach der 4. Bundesimmissionsschutzverordnung spezifiziert. Die EN ISO 15848-1 ist eine internationale Norm, die dem Anwender Bewertungskriterien zur Klassifizierung von Armaturen (Absperr- und Regelorgane) an die Hand gibt und es somit ermöglicht, unterschiedliche Ausführungen und Fabrikate zu vergleichen.

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.
Prüfgrundlagen
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 [4] 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, die die Betriebsbedingungen abdecken. Die Gleichwertigkeit des Dichtsystems ist nachgewiesen, wenn die Leckage für Temperaturen 250 °C mit einer 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 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. Wellendurchmesser von 50 bis 200 % des Prüfmusters übertragbar.
Betrachtet man die Leckageraten von Schaft- bzw. Wellenabdichtung der EN ISO 15848-1 im Vergleich zu den TA-Luft-Kriterien, so sieht man, dass auch in der Norm die unter den Prüfbedingungen erreichte Leckagerate entscheidend ist. Insgesamt werden drei temperaturunabhängige Dichtheitsklassen spezifiziert, wobei die Klasse A eine Gleichwertigkeit für Dichtsysteme beispielsweise von Schwenk-armaturen mit einem Faltenbalg erwarten lässt. Seit November 2015 ist die Ausgabe 2015 gültig, deren Vergrößerung der Leckagerate für Klasse A näher an die TALuft adaptiert. Aus der Tabelle wird ersichtlich, dass die Dichtheitsklasse A in jedem Fall das TA-Luft-Krite-rium erfüllt, Klassen B und C sind auf das jeweilige temperaturabhängige Kriterium zu prüfen.
Prüfung und Qualifizierung von Zetrix
Ein Prüfmuster der 3-fach exzentrischen Absperrklappe (Schwenkarmatur, 90° Verstellweg) versehen mit einer hochwertigen, unbefederten Graphitpackung zur Abdichtung der Wellendurchführung und einer Kammprofildichtung zur statischen Abdichtung des Bodenflansches wurde im akkreditierten Prüf-labor der Firma Amtec entsprechend der DIN EN ISO 15848-1:2006-04 in zwei unterschiedlichen Temperaturklassen getestet und zertifiziert.
Als Ergebnis der Prüfung in Temperaturklasse 1 (RT bis 200 °C) [5] wurde festgestellt:
ISO FE AH – CO3 – SSA 0 – t (RT, 200 °C) – (40/35 bar) – ISO 1584811
Dabei sind FE die flüchtigen Emissionen, AH die Dichtigkeitsklasse A beim Prüfmedium Helium, CO3 die Festigkeitsklasse CO3 bei 2500 mechanischen Zyklen in vier Temperaturzyklen RT bis 200°C, SSA 0 die Anzahl der Nachstellungen der Schaftabstellungen gleich 0, t (RT, 200 °C) die Temperaturklasse RT bis 200 °C und (40/35bar) 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.
Das Ergebnis der Prüfung in Temperaturklasse 2 (RT bis 400°C) [6] war:
ISO FE BH – CO3 – SSA 0 – t (RT, 400 °C) – (40/23,6 bar) – ISO 15848-1 [3]
Die Dichtigkeitsklasse beim Prüfmedium Helium ist hier B und es werden 2500 mechanische Zyklen in vier Temperaturzyklen RT bis 400 °C durchgeführt.
Die während der Prüfung gemessenen Leckageraten lagen bis zum Ende des zweiten Temperaturzyklus und 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.
Positives Ergebnis
Die Wellenabdichtung der 3-fach-exzentrischen Absperrklappe Zetrix erreicht in der Temperaturklasse bis 200 °C unter den Anforderungen der DIN EN ISO 15848-1 [3] vollumfänglich das TA-Luft-Kriterium. In der Temperaturklasse bis 400 °C wird das Kriterium noch bis 500 Lastspiele 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 Reduzierung und Begrenzung flüchtiger Emissionen eingestuft werden. Ein direkter Vergleich unterschiedlicher Ausführungen oder Einsatzparameter ist somit möglich.
Die Einhaltung beider technischer Regelwerke stellt nicht unerhebliche fertigungs- und montagetechnische Herausforderungen bzw. Anforderungen an die Armatur. Nur durch Einhaltung enger Grenzen der Oberflächengüten von Welle und Stopfbuchsenbohrung, einer hochwertigen Lagerung in Verbindung mit einer gewissenhaft verspannten Stopfbuchse, sind entsprechende Leckageraten möglich.
Im Betrieb bestätigt
Eine 3-fach-exzentrische Klappe Zetrix der Nennweite 350 wurde in einem ca. dreimonatigen Dauertest mit synthetischem Thermalöl auf der hauseigenen Anlage getestet. Dabei durchlief die Armatur elf Temperaturzyklen und 10 000 mechanische Zyklen zwischen RT bzw. 100 bis 350 °C bei einem Mediendruck von ca. 10 bar. Mögliche Leckagen an der Wellendichtung werden dabei über einen Laternenring unterhalb der Stopfbuchsbrille abgeführt und aufgefangen. Über den gesamten Test traten keinerlei Leckagen auf. Das zeigt die Hochwertigkeit der beschriebenen Wellendichtung auch unter praxisnahen Einsatzbedingungen und sichert die im Labor ermittelten Ergebnisse zusätzlich ab.
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.

Michael Vullhorst
Versuchsleiter,ARI-Armaturen


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