Leckstellen auf der Spur

Der Autor: Dr. Rudolf Konwitschny Technischer Support, Pfeiffer Vacuum

Die wichtigsten Verfahren in der industriellen Lecksuche sind die Prüfung mit schaumbildenden Mitteln („Nekalprüfung“), Druckänderungsverfahren oder Differenzdruckmessungen sowie der Einsatz von Prüfgasmethoden, zum Beispiel Helium-Lecksuche.

Eine Prüfung mit schaumbildenden Mitteln ist mit einem Mindestmaß an Ausrüstung sehr einfach durchzuführen und wird in einer Vielzahl von Anwendungen zur Prüfung auf technische Dichtheit eingesetzt. Bei diesem Verfahren sprüht der Werker eine mögliche Leckstelle mit einem entsprechenden Mittel an und beurteilt anhand der Blasenbildung, ob es sich hier um eine prozessgefährdende Leckage handelt. Das Verfahren ist sehr preisgünstig, weist jedoch folgende Nachteile auf:

Druckänderungsverfahren oder Differenzdruckmessungen werden zum Beispiel zur Prüfung von medienführenden Leitungen, Füllstutzen oder unzugänglichen Böden von Flachbodentanks eingesetzt. Diese Prüfverfahren erfordern bereits eine apparative Messausrüstung und erzielen quantitative Aussagen, allerdings ohne jede Lokalisierungsmöglichkeit. Der Einsatzbereich ist von der Größe und der Temperatur des Prüfobjekts abhängig. Bei elastischen Behältern versagen Druckänderungsverfahren, die ein konstantes Volumen des Prüfobjekts voraussetzen.

Prüfgasmethoden können sowohl zur Lokalisierung von Lecks als auch zur quantitativen Messung von Leckageströmen eingesetzt werden. Die überlegene Empfindlichkeit der Heliumlecksuche erlaubt die Prüfung auf Gasdichtheit bei erhöhten Anforderungen (zum Beispiel korrosive oder toxische Medien) ebenso wie normenkonforme Dichtheitsprüfungen nach DIN EN 1779, der TA-Luft und ihren Ausführungsbestimmungen sowie weiteren Normen. Der dynamische Bereich von Prüfgasmethoden erlaubt Prüfungen auf Flüssigkeits- und Gasdichtheit. Es können sowohl Materialfehler wie beispielsweise Löcher in Schweißnähten oder Korrosion an Metallmänteln als auch Gasströme durch Dichtungsmaterialien über einen Permeations-Transportmechanismus gemessen werden. Die unübertroffene Empfindlichkeit und Vielseitigkeit der Helium-Dichtheitsprüfung wird durch Einsatz eines massenspektrometrischen Detektors erreicht. Als Prüfpersonal können für die Durchführung der Dichtheitsprüfungen angelernte Mitarbeiter eingesetzt werden. Weitergehende Qualifizierungen und Zertifizierungen des Prüfpersonals sind in der DIN EN ISO 9712 beschrieben und erlauben eine normgerechte Weiterentwicklung des Qualitätswesens.

In der Praxis können verschiedene Prüfmethoden auch miteinander kombiniert werden. Wird zum Beispiel mittels Differenzdruckmessung am doppelt ausgeführten Boden eines Flachbodentanks ein Leck gemessen, so kann nach Entleerung des Tanks eine rein lokalisierende oder kombinierte lokalisierende und quantifizierende Lecksuche mit Helium durchgeführt werden. Dazu wird eine Pumpe an einem Stutzen des Doppelbodens angeflanscht und parallel zur Pumpe ein Helium-Lecksuchgerät betrieben.

Klassische Helium-Lecksuchgeräte haben einen maximalen Prüfdruck von circa 10 bis 25 mbar. Der Helium-Lecksucher ASM 340 von Pfeiffer Vacuum kann dagegen für qualitative Messungen bereits ab einem Prüfdruck von maximal 100 mbar eingesetzt werden. Unabhängig vom eingesetzten Gerät wird bei Prüfobjekten, die bereits mit Prozessmedien in Kontakt getreten waren, der Schutz des Helium-Lecksuchgeräts durch eine einlassseitige Kondensatfalle empfohlen.

Vor der Prüfung des Flachbodentanks werden im Inneren des Behälters einzelne Sektionen mit einer dichten Kunststofffolie abgeklebt und Prüfgas unter die Folie gesprüht. So gelingt eine erste Lokalisierung der Leckagen nach einem vorher abgeklebten Muster. Die punktgenaue Lokalisierung wird im undichten Segment anschließend durch gezieltes Ansprühen erreicht. Eine Quantifizierung kann durch vorheriges Evakuieren des Raums unter der Folie erreicht werden. Ein Prüfleck am Pumpstand erlaubt eine quantitative Aussage, welcher Teil des Prüfgasstroms über die parallele Pumpe evakuiert und welcher Teil vom Lecksucher detektiert wird, den sogenannten Teilstromfaktor.

Wird nun ein identifiziertes Leck durch Zuschweißen verschlossen, muss der Erfolg der Reparatur überprüft werden. Dies geschieht durch Auflegen eines PTFE-Bands auf die Schweißnaht mit anschließendem Überkleben mit einem metallverstärkten Klebeband. Wird nun Prüfgas unter das PTFE-Band gespritzt, erfolgt eine rasche Verteilung unter dem Band und das Prüfgas erreicht schnell und ohne Verflüchtigen den gesamten bearbeiteten Bereich. Eine Überprüfung der Reparatur ist damit also zügig möglich.

Bei ungünstiger Geometrie des Prüfobjekts kann sich das Abpumpen des Prüfgases nach der Erstprüfung als schwierig gestalten. Dies ist der Fall bei Prüflingen mit hohem Strömungswiderstand wie doppelten Tankböden mit geringen Spaltabständen oder isolierenden Einbauten oder auch Plattenwärmetauschern mit geringen Plattenabständen.

Somit müsste die Zweitprüfung bei erhöhtem Prüfgasuntergrund durchgeführt werden. Eine mögliche Maßnahme zur Verringerung des Prüfgasuntergrunds ist die Druckwechselspülung, also das sequentielle Abpumpen, Belüften und erneute Abpumpen des Prüfobjekts. Dabei wirkt das bei der Belüftung verwendete Gas als Spülgas für das Prüfgas. Der Effekt ist umso wirksamer, je niedriger der Prüfgasgehalt im Spülgas ist.

Alternativ dazu kann bei modernen Lecksuchern wie dem ASM 340 von Pfeiffer Vacuum das verwendete Prüfgas umgeschaltet werden. Wird eine schnelle Nachmessung des Reparaturerfolgs mit Formiergas 95/5 statt mit Helium durchgeführt, kann auf die Druckwechselspülung verzichtet werden. Die Prüfzeit wird also kürzer und der Prüfgasverbrauch an Helium geringer. Prüfungen mit Formiergas erreichen wegen der Verdünnung des Wasserstoffs als Prüfgas und wegen des höheren Signaluntergrunds im Nachweissystem nicht dieselbe Empfindlichkeit wie Heliumprüfungen. Sie können aber mit demselben Messgerät durchgeführt werden und reichen für Prüfungen auf Flüssigkeitsdichtheit allemal aus.

Auch bei Sicherheitswärmetauschern lohnt sich eine Analyse des Strömungsverhaltens. Sicherheitswärmetauscher sind Rohrbündelwärmetauscher mit doppelten Rohren. In den Raum zwischen den ineinander liegenden Rohren wird eine kleine Menge eines Sperrfluids eingebracht, mit Druck beaufschlagt und verschlossen. Eine Drucküberwachung erkennt Abweichungen vom Fülldruck und sendet ein Signal an eine Sicherheitseinrichtung. Im Schadensfall kommt es also maximal zum Austritt des Sperrfluids, nicht aber zum Transfer größerer Mengen. Auch dieser Zwischenraum zwischen den Rohren kann per Helium-Dichtheitsprüfung überwacht werden. Bei einer denkbaren Evakuierung des Raums zwischen den Rohren wird der hohe Strömungswiderstand die Prüfung jedoch extrem verlängern und das Prüfergebnis verschmieren. Bei der Dichtheitsprüfung sollten also eher der Innenrohr- und Mantelraum entleert und der Rohrzwischenraum mit Prüfgas bedrückt werden. Die Prüfung findet also integral vom Rohrzwischenraum zum Mantelraum und zum Rohrraum statt. Wird durch das integrale Verfahren ein Leck festgestellt, kann durch Schnüffeln das Leck mit konkurrenzloser Empfindlichkeit lokalisiert und nachgearbeitet werden. Auch in diesem Anwendungsfall kann der Wechsel des Prüfgases Untergrundprobleme vermeiden helfen.

Eine Dichtheitsprüfung mit einem einzigen Messgerät, dem Helium-Lecksuchgerät ASM 340 von Pfeiffer Vacuum, ermöglicht

Zusätzlich erlaubt eine integrierte SD-Karte oder ein externes Softwarepaket die Dokumentation der Messungen. Die Tatsache, dass umfangreiches Zubehör und eine drahtlose Fernbedienung die Prüfung auch großer Prüfobjekte durch nur einen einzelnen Prüfer ermöglichen, ergänzt die Vorteile dieses zuverlässigen Lecksuchers.

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