Kosten senken beim Verschrauben von Flanschen

Ein großer Anteil der Revisionszeit und Kosten geht auf das Konto der Montage und Demontage von geschraubten Verbindungen an Flanschen, Röhren- und Plattenwärmetauschern oder Ventilen. Ein schlaues Konzept reduziert Instandhaltungskosten und Stillstandzeiten sowie Produktverluste sofort. Und es steigert Sicherheit und Qualität deutlich. Zudem lassen sich alle Schraubprozessparameter im Sinne von Industrie 4.0 digitalisieren.

Laut einer Untersuchung in einer Raffinerie kommen 50 Prozent aller Leckagen aus Flanschverbindungen, 40 Prozent aus Ventilen und zehn Prozent aus Pumpen und anderen Komponenten. Wie aber montiert man Flansche in der Praxis so, dass die Leckage ausbleibt, eine möglichst hohe Leckageklasse erreicht wird sowie Nachbearbeitungen und einhergehende Neuberechnungen entfallen können?

Um es vorweg zu nehmen: Mit nur einem Montagewerkzeug und dem Einbau von ungereinigten und ungeschmierten, angerosteten Schraubverbindungen ist die an sich notwendige parallele Flanschmontage nahezu unmöglich. Als Faustregel gilt: Bei Flanschverbindungen mit weniger als 28 Schraubverbindungen sollten zwei Werkzeuge zum Einsatz kommen, bei mehr als 28 Schraubverbindungen pro Flansch vier Werkzeuge, je nach Nennweite.

Obwohl bekannt ist, dass durch Unterlegscheiben die Reibbeiwerte beim Verschrauben konstanter sind, fehlen die Scheiben oft – was zu unkontrollierbarer Auflageflächenreibung und fehlerhaften Vorspannkräften führt. In einem Modellversuch hat sich gezeigt, dass beim Anziehen von Hand eine Mindestflächenpressung von 10 MPa erreicht wird. Ein optimiertes Verfahren samt passender Beilegscheibe kommt auf knapp 33 MPa.

Abhilfe ist machbar
Die gute Nachricht ist: Es gibt Abhilfe in Form von passenden Werkzeugen und einem Gesamtkonzept. So empfiehlt sich zur Ansteuerung der Schraubwerkzeuge eine Hydraulikpumpe, die automatisch synchron mit bis zu vier Werkzeugen gleichzeitig umgehen kann und die Flanschparallelität während der Montage überwacht. Flansche müssen stufenweise und über Kreuz verschraubt werden. Andernfalls leiden die Dichtungen beim Verschrauben beziehungsweise die Bolzen beim Lösen. Ideal ist also das parallele Arbeiten mit mehreren Werkzeugen.

Clevere Hydrauliksysteme bestimmen nicht nur die Parallelität der Flanschhälften, sondern kontrollieren, überwachen und dokumentieren jeden einzeln eingesetzten hydraulischen Drehmomentschrauber auch während des Montageprozesses. Resultat: Nachhaltig dichte Flanschverbindungen und eine über den Umfang gleichmäßig verteilte Flächenpressung. Dazu kommt die Zeitersparnis durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Schrauber, was zu weniger Schraubdurchläufen führt.

Damit eine Pumpe all das leisten kann, muss sie zwei entscheidende Systemparameter kontrollieren können: Den Hydraulikdruck für die eingesetzten Werkzeuge und zeitgleich das Füllvolumen beziehungsweise den Winkel. Weichen die Messwerte voneinander ab, kann eine solche Pumpe eine noch lose Schraubverbindung automatisch erkennen und nur diese eine Schraube weiter anziehen. Erst wenn alle Schraubverbindungen auf gleichem Drehmomentniveau sind, zieht das Hydrauliksystem der Pumpe diese auf das Enddrehmoment.

Bitte immer die Reihenfolge beachten
Die Reihenfolge, in der die einzelnen Schrauben angezogen werden müssen, ist von der Zahl der verwendeten Montagewerkzeuge abhängig. Weichen Monteure davon ab, kommt es entweder zu Undichtigkeit oder zu beschädigten Schrauben, die unter arbeitstechnisch bedenklichen Bedingungen herausgeschnitten werden müssen.

Das Verschrauben beziehungsweise Lösen über Kreuz ist unabdingbar. Andernfalls wirken die Kräfte nicht gleichmäßig auf die zu verschraubenden Elemente beziehungsweise Bolzen.Um diese Probleme zu umgehen, nummerieren die Monteure die Schrauben in der Praxis gerne mit Kreide oder Markierungsstiften – aufgrund von Dreck am Flansch, Öl oder Rost ist das aber nur wenig praktikabel. Besser ist ein Kennzeichnungssystem, das vom Anwender binnen Sekunden wie ein Band um den Flansch gelegt wird. Die Ziffern auf dem Band geben die Reihenfolge vor, in der die einzelnen Schraubverbindungen anzuziehen sind. Je nach Zahl der Montagewerkzeuge variiert die Reihenfolge, die sich mit passenden Bändern aber ebenfalls abbilden lässt.

Bitte nur gut unterlegt
Ebenfalls unverzichtbar beim Verschrauben von Flanschen sind Unterlegscheiben. Unter anderem der VCI-Leitfaden „Montage von Flanschverbindungen in verfahrenstechnischen Anlagen“, VDI 2290 und ASME PCC1 (Guidelines for Pressure Boundary bolted Flange joint assembly) raten zum Einsatz von Unterlegscheiben. Besonders wirksam sind verdrehsichere Unterlegscheiben mit Außen-Abstützprofil, die zum axialen Reaktionspunkt unter der Sechskantmutter werden. Hytorc hat mit der zWasher eine solche Scheibe im Programm. Sie sorgt für eine konstante Unter-Kopf-Reibung – unabhängig von der Beschaffenheit der Schraubverbindungen oder der Flanschauflagefläche. Die dadurch entstehende axiale Montage gewährleistet ein drehmomentgesteuertes, axiales und reibungsoptimiertes Anzugsverfahren mit höchster Vorspannkraftgenauigkeit von besser ±10 Prozent.

Nachdem auch die Gegenmutter am Flansch Hilfe braucht, empfiehlt sich eine Scheibe wie die doppelt gerändelte BackUp Washer. Sie verhindert das Mitdrehen der Gegenmutter am Flansch und macht kostenintensive Schlag- und Gegenhalteschlüssel überflüssig, die üblicherweise nach der Montage herausgeschlagen werden. Somit halbiert sich die Montagezeit, wodurch die Scheiben ihre Kosten schon beim ersten Einsatz selbst einspielen.

Bitte nur gut (fort)gebildet
Neben all der Technik darf das Montagepersonal keinesfalls vernachlässigt werden. Nicht zuletzt die VDI 2290 schreibt vor, dass nur sachkundiges Montagepersonal mit Qualifizierungsnachweis eingesetzt werden darf. Idealerweise vermittelt ein zertifizierter Schulungsanbieter den Monteuren das notwendige Wissen in Theorie und Praxis auf Grundlage der DIN EN1591-4:2013. Diese Maßnahme dient dem Steigern der Arbeitssicherheit sowie zur weiteren Verbesserung der Anlagensicherheit sowie Verfügbarkeit.

Beherzigen Unternehmen beim Flanschverschrauben alle der oben genannten Ratschläge, sind nachhaltig dichten Flanschen ein riesiges Stück näher gekommen. Denn statt dem durch das Anziehen von Hand verursachten Produktverlust von 14,2 Kilogramm pro Jahr und Dichtungsmeter ist eine nachweisliche Reduktion auf bis zu 0,1 kg pro Jahr und Dichtungsmeter möglich.



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Ein cleveres Kennzeichnungssystem gibt die Reihenfolge vor, in der die einzelnen Schraubverbindungen anzuziehen sind.
Verdrehsichere Unterlegscheiben mit Außen-Abstützprofil dienen als axialer Reaktionspunkt unter der Sechskantmutter.
Revisionen an Flanschen sind oft zeit- und kostenintensiv.