Technischer Spagat

Für viele Hersteller und Anwender in der Öl- und Gasbranche als auch der gesamten Peripherie sind sichere und innovative Technik ein wesentlicher Bestandteil, um erfolgreich am Markt agieren zu können. Grenzbereiche werden dabei kontinuierlich neu definiert und stellen für die Zulieferindustrie, z. B. Komponentenhersteller, meist eine große Herausforderung dar. Hiervon betroffen sind insbesondere auch die Dichtungshersteller. Seitens der Anwender werden höchste Funktionalität, Qualität und Lebensdauer gefordert. Was hilft jedoch die robusteste Bauweise, wenn elementar wichtige Einzelkomponenten, wie Elastomerdichtungen, den Anforderungen nicht genügen? Oder wenn hierzu auch noch Materialforderungen in Form von Normungen auftreten, die sich aus technischer Sicht widersprechen? Diesem Problem sehen sich aktuell viele Hersteller und Anwender von Armaturen, Pumpen, Ventilen oder sonstigen Sonderbauteilen in der Öl- und Gasbranche bzw. deren Peripherie ausgesetzt.

Eine der zentralen Branchenforderungen ist seit Jahren die nach einem Dichtungswerkstoff mit einer geeigneten Tieftemperaturfle-xibilität, der normkonform nach DIN EN 14141 ist und zudem noch eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen soll. Die in diesen Einsatzgebieten geforderte, hohe chemische Beständigkeit kann in der Regel nur von FKM- oder FFKM-Werkstoffen erreicht werden. Sowohl aus wirtschaftlichen Aspekten wird der extrem hochpreisige FFKM vermieden, als auch aufgrund seiner ungünstigen Tieftemperaturflexibilität. Letzteres trifft allerdings auch auf einen FKM-Werkstoff zu, der jedoch in der Beschaffung deutlich kostengünstiger ist als ein FFKM Werkstoff.

Die Branchenanforderung unterliegt hierbei einem Zielkonflikt, da zur Erreichung der Norm DIN EN 14141 der Dichtungswerkstoff einen guten Druckverformungsrest (DVR) in Tieftemperaturumgebung vorweisen und darüber hinaus eine Tieftemperaturflexibilität von über -40 °C einhalten muss.

Die DIN EN 14141 ist eine Basisnorm oder auch übergeordnete Norm für Armaturen, die für den Transport von Erdgas in Fernleitungen eingesetzt wird. Aus dieser ergeben sich die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit und deren Prüfung auch für die in diesen Armaturen eingesetzten Elastomerdichtungswerkstoffe. Die vorgeschriebenen Tests zur Erfüllung der Norm finden sich in der DVGW DIN EN 682 (Typ GBL). Allerdings setzt diese – entgegen der DIN EN 14141 – nur einen Temperatureinsatzbereich bis -15 °C voraus (DVR Test bei -5 °C und -15 °C), nicht aber eine Tieftemperaturflexibilität von über -40 °C.

Die Herausforderung für FKM-Werkstoffe sind hier einerseits das Bestehen des besagten Druckverformungsrest-Tests in kalter Temperaturumgebung. Der DVR verschlechtert sich jedoch aus werkstofftechnischen Gründen bei einem Elastomerwerkstoff gravierend bei zunehmender Herunterkühlung der Einsatztemperatur. Gleiches gilt auch für die Tieftemperaturflexibilität. Ein speziell aufgebauter Peroxyd-vernetzter FKM-Werkstoff kann zwar durchaus im Tieftemperaturbereich bestehen, versagt aber bei dem geforderten DVR-Test nach DVGW DIN EN 682 (Typ GBL). Andere FKM Compounds, z. B. Bisphenol-vernetzte FKM Compounds, bestehen hingegen den DVR-Test, können aber mangels Tieftemperaturflexibilität nicht im Tieftemperaturbereich bis -40 °C eingesetzt werden. Somit ergibt sich folgende, für den Anwender schwerwiegende Konstellation: Es gibt FKM-Werkstoffe, die die DIN EN 682 (Typ GBL) erfüllen, aber nicht gleichzeitig die notwendige Tieftemperaturflexibilität nach DIN EN 14141 aufweisen. Deshalb kann der Anwender keine normkonformen Armaturen nach DIN EN 14141 herstellen, wenn FKM-Werkstoffe verbaut sind. Ein gravierendes und nicht zu unterschätzendes Problem für viele Anwender, die auf diese Norm-Anforderungen angewiesen sind, da deren Zielmärkte bzw. Kunden dies schlichtweg verlangen.

Mit der Entwicklung eines neuen Basis-polymers und einer aufwendig entwickelten Compoundierung konnte dieser Branchen-forderung nach langer Entwicklungsarbeit endlich nachgekommen werden. Der Dichtungshersteller C. Otto Gehrckens hat jetzt mit dem Compound Vi 840 einen kälteflexiblen Spezial-FKM entwickelt, der gleichzeitig auch eine hohe Chemikalienbeständigkeit aufweist. Der FKM-Dichtungswerkstoff ist nach DVGW DIN EN 682 (Typ GBL) erfolgreich getestet. Die Sollwerte beim Druckverformungsrest konnten in diesem anspruchsvollen Test deutlich unterschritten werden. Darüber hinaus hält der Werkstoff aber auch die wichtige Tieftemperaturflexibilität von über -40 °C ein und entspricht damit den Anforderungen zur Erfüllung der DIN EN 14141. Mit einem TR-10 Wert von -40,1 °C eignet sich dieser Hightech-Compound für einen Einsatz bis -46 °C und erfüllt somit auch die wichtigen API 6A & 6D-Normen, die für den USA-Markt von Bedeutung sind. Zusätzlich wird die Beständigkeit dieses FKM-Werkstoffes gegenüber Gas (n-Pentan über 72 h bei 23 °C), Schmieröl (IRM über 168 h bei 70 °C) und einem Alterungstest anhand der Norm DIN EN 13787 (Elastomere für Gas-Druckregelgeräte und zugehörige Sicherheitseinrichtungen für Eingangsdrücke bis 100 bar) belegt.

Diese Kombination von Eigenschaften ist laut Hersteller für einen FKM-Dichtungswerkstoff im Markt bisher einzigartig und stellt einen großen Fortschritt in der Dichtungstechnik für die Armaturenbranche und Gasindustrie dar. Dem Hochleistungs-FKM-Dichtungswerkstoff eröffnet sich ein breites Einsatzgebiet: Der FKM Vi 840 eignet sich gleichermaßen für den Einsatz in Kugelhähnen, Molchschleusen, Schiebern, Regelventilen und sonstigen Armaturen, da er als hochfluorierter Werkstoff als Allround-Compound konzipiert und in der Praxis umfangreich getestet wurde.

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Leiter Anwendungstechnik, COG