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Dicht muss er sein

Dichte Flanschverbindungen sind nicht zuletzt in der chemischen und petrochemischen Industrie seit jeher wichtig – sei es aus Gesichtspunkten der Sicherheit, des Arbeits- und Umweltschutzes oder ökonomischen Gesichtspunkten. Die bislang maßgeblichen Regelwerke wie DGRL (Druckgeräterichtlinie), BetrSichV (Betriebssicherheitsverordnung), WHG (Wasserhaushaltsgesetz) oder BImSchG (Bundesimmissionsschutzgesetz) machten vor allem qualitative Vorgaben zur Definition von technisch dichten Flanschverbindungen.

Mit der Richtlinie VDI 2290 zieht jedoch auch noch die quantitative Betrachtung mit zusätzlichen Vorgaben zur Dichtheit, Dokumentation und zum Qualitätssicherungsnachweis ein. Die Richtlinie 2290 „Emissionsminderung – Kennwerte für dichte Flanschverbindungen“ ist mit der rechtlich bindenden Verordnung TA Luft verzahnt. Die VDI 2290 regelt das Prüfen der technischen Dichtheit für die Flanschverbindungen, für die emissionsbegrenzende Anforderungen nach der TA Luft festgelegt sind. Betreiber sind also verpflichtet, sich an diese Vorgaben zu halten.

Unterlegscheibe? Ratsam

Um diese Vorgaben in der Praxis bei Neuinstallationen oder Revisionen auch einzuhalten, muss auch die Verschraubung an sich korrekt passieren. Grundsätzlich gilt: Moderne Dichtungen halten höhere Flächenpressungen problemlos aus. Je höher und gleichmäßiger die Restklemmkraft auf die einzelnen Schraubverbindungen an einem Flansch wirken, desto höher und gleichmäßiger verteilt sich die Flächenpressung auf die eingebaute Dichtung und an den beiden Flanschhälften. Ergebnis: Die Leckagerate am Flansch sinkt deutlich und der Flansch bleibt nachhaltig technisch dicht.

Dabei ist der Einsatz von Unterlegscheiben unverzichtbar. Im VCI-Leitfaden „Montage von Flanschverbindungen in verfahrenstechnischen Anlagen“ heißt es: „Die Schrauben sind von Hand vorzumontieren, dabei sind gehärtete Unterlegscheiben nach DIN EN ISO 7089 mindestens Härteklasse 200 HV unter die Muttern zu legen […]“. Auch die VDI 2290 und ASME PCC1 (Guidelines for Pressure Boundary bolted Flange joint assembly) raten zum Einsatz von Unterlegscheiben. Die Praxis zeigt allerdings in der Chemie / Petrochemie häufig ein anderes Bild: Oft kommen dort bei Flanschverbindungen keine Unterlegscheiben zum Einsatz.

Korrektes Verschrauben? Unabdingbar

Für leckagefreie Flanschverbindungen ist aber auch die richtige Montagetechnik eine Grundvoraussetzung: Über 80 Prozent der Flansch-Leckagen und dadurch bedingte Stillstände sind auf unzureichende Vorspannkräfte in den Schraubverbindungen zurück zu führen. In einem Modellversuch hat sich gezeigt, dass beim Anziehen von Hand eine Mindestflächenpressung von 10 MPa erreicht wird. Kommt ein optimiertes Verfahren auf Basis mehrerer parallel arbeitender Drehmomentschrauber samt passender Beilegscheibe zum Einsatz, sind es knapp 33 MPa.

In der Praxis heißt dies: Die Leckage ist beim kontrollierten Anziehverfahren mit einem entsprechenden Verschraubungsverfahren um den Faktor 155 geringer als beim Anziehen per Hand. Pro Jahr und Meter Dichtungslänge bedeutet dies beispielsweise beim Prüfmedium Helium eine Leckage von gut 14 Kilogramm (Anziehen von Hand) beziehungsweise 100 Gramm (kontrolliertes Anziehen mit mehreren parallel arbeitenden Drehmomentschraubern und Beilegscheibe).

Daher verwundert es nicht, dass verschiedene der oben genannten Richtlinien zum Einsatz solcher Scheiben bei der Flanschverschraubung raten. Besonders wirksam sind Unterlegscheiben mit Außen-Abstützprofil, wie HYTORC sie mit der zWasher im Programm hat. Mit dieser Scheibe können Drehmomentwerkzeuge ohne Reaktionsarm verwendet werden. Ein Reaktionsarm dient nur dazu, dass sich das Werkzeug beim Verschrauben nicht mit dreht.

Ansonsten bringt ein solcher Arm ausschließlich Nachteile: Es entstehen Seitenbelastungen auf die zu verschraubende Schraube und auf die Nachbarschraube. Beim Anzugsvorgang kann dies zu Gewindefressungen führen.

Auch die Arbeitssicherheit wird durch Wegfall des Reaktionsarms erheblich erhöht, da Quetschungen im Handbereich des Anwenders ausgeschlossen werden. Und noch einen Vorteil bringen Unterlegscheiben mit Außen-Abstützprofil mit: Sie verhindern das kostenintensive Nacharbeiten von beschädigten Oberflächen. Insbesondere das Außen-Abstützprofil unterbindet das Mitdrehen der Unterlegscheibe während des Verschraubungsvorganges. Dadurch werden Beschädigungen an Oberflächen, beispielsweise an Flanschen, von vornherein ausgeschlossen.

Auch der Dienstleister muss fit sein

Viele Anlagenbetreiber beauftragen Fremdfirmen damit, beispielsweise bei einer Abstellung die Flansche zu verschrauben. Um bereits im Vorfeld sicher zu sein, dass der Dienstleister die in ihn gesetzten Erwartungen auch erfüllen kann, empfehlen sich Schulungsmaßnahmen. Insbesondere der sichere Umgang mit hydraulischen Verschraubungsgeräten ist unabdingbar. Denn nach VDI 2290 darf nur noch schriftlich benanntes, sachkundiges Montagepersonal mit Qualifizierungsnachweis eingesetzt werden. Die Qualität der Arbeiten muss durch stichprobenartige Prüfung der Drehmomente gesichert und wie die Montage dokumentiert werden. Ideal hierzu sind beispielsweise Hydraulikpumpen, die alle Arbeitsgänge auf einem USB-Stick protokollieren. Nachdem die Verantwortung für die Qualitätssicherung immer beim Betreiber bleibt, müssen Dienstleister mit Sorgfalt gewählt werden.

Idealerweise wird das Wissen des Montagepersonals in Theorie und Praxis nach Grundlage der DIN EN1591-4:2013 („Qualifizierung der Befähigung von Personal zur Montage von Schraubverbindungen in druckbeaufschlagten Systemen im kritischen Einsatz“) durch einen zertifizierten Schulungsanbieter wie die Akademie der Schraubverbindung vermittelt. Diese Maßnahme dient dem Steigern der Arbeitssicherheit sowie zur weiteren Verbesserung der Anlagensicherheit und Verfügbarkeit.

Von einem zertifizierten Schulungsanbieter werden diverse Nachweise verlangt, die nur von externen Zertifizierungsstellen wie beispielsweise von TQ-CERT bewertet werden können.