Absperrklappe im Test Tri-exzentrisch dicht

Klappe entspricht höchsten Anforderungen gemäß TA-Luft und ISO 15848 – Die Wellenabdichtung einer dreifach exzentrischen Absperrklappe überzeugt im Härtetest und steht der Faltenbalg-Abdichtung in nichts nach.

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Sowohl die TA-Luft [1] als auch die DIN EN ISO 15848-1 [2] [3] verfolgen das Ziel, Umwelt- und gesundheitsschädliche flüchtige Emissionen zu begrenzen bzw. zu reduzieren. Dabei ist die TA-Luft ein gesamtheitlich deutsches Regelwerk, welches verbindliche technische Anforderungen für genehmigungspflichtige Anlagen nach der 4. Bundesimmissionsschutzverordnung spezifiziert.

Die EN ISO 15848-1 [2] [3] ist eine internationale Norm, welche dem Anwender Bewertungskriterien zur Klassifizierung von Armaturen (Absperr- und Regelorgane) mit dem Ziel der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Ausführungen und Fabrikate an die Hand gibt.

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Die Einhaltung der Vorgaben nach TA-Luft gelten zwar nicht nur deutschlandweit als Nachweis hochwertiger Dichtsysteme, allerdings gewinnt die EN ISO 15848-1 [2] [3] im Umfeld der chemischen-, petrochemischen und der Prozessindustrie immer mehr an Bedeutung.

Prüfgrundlagen

Unter dem Absatz 5.2.6.4 „Absperrorgane“ der TA-Luft [1] 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, welche die Betriebsbedingungen abdecken. Die Gleichwertigkeit des Dichtsystems ist nachgewiesen, wenn die Leckage für Temperaturen < 250 °C mit einer spez. Leckagerate von 10-4 mbar*l/(sec*m) und für Temperaturen >=250 °C von 10-2 mbar*l/(sec*m) eingehalten ist.

Die EN ISO 15848-1 [2] [3] 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 [1] 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 der Schaft- bzw. Wellen-Ø von 50 % bis 200 % des Prüfmusters übertragbar.

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Spez. Leckageraten von Schaft- bzw. Wellenabdichtung der EN ISO 15848-1 [2] [3] im Vergleich zur TA-Luft

Auch in der Norm ist die unter den Prüfbedingungen erreichte Leckagerate entscheidend. Insgesamt werden drei temperaturunabhängige Dichtheitsklassen spezifiziert, wobei die Klasse A eine Gleichwertigkeit für Dichtsysteme von z.B. Schwenkarmaturen mit einem Faltenbalg erwarten lässt. Seit November 2015 ist die Ausgabe 2015 gültig, deren Vergrößerung der Leckagerate für Klasse A näher an die TA-Luft [1] adaptiert.

Die Praxis an der Tri-exzentrischen Absperrklappe Zetrix – Qualifizierung nach DIN EN ISO 15848-1:2006-04 [3] und Einordnung der Ergebnisse nach TA-Luft [1]

Ein Prüfmuster der Absperrklappe (Schwenkarmatur-90° Verstellweg) versehen mit einer hochwertigen, unbefederten Graphitpackung zur Abdichtung der Wellendurchführung und eine Kamm- profildichtung zur statischen Abdichtung des Bodenflansches wurde im akkreditierten Prüflabor der Firma Amtec entsprechend der Norm in 2 unterschiedlichen Temperaturklassen getestet und zertifiziert.

Ergebnis Temperaturklasse 1 (RT bis 200 °C) [5]

ISO FE AH – CO3 – SSA 0 – t(RT,200 °C) – (40/35 bar) – ISO 15848-1 [3]ISO FE AH – CO3 – SSA 0 – t(RT,200 °C) – (40/35 bar) – ISO 15848-1 [3]ISO FE AH – CO3 – SSA 0 – t(RT,200 °C) – (40/35 bar) – ISO 15848-1 [3]ISO FE AH – CO3 – SSA 0 – t(RT,200 °C) – (40/35 bar) – ISO 15848-1 [3]ISO FE AH – CO3 – SSA 0 – t(RT,200 °C) – (40/35 bar) – ISO 15848-1 [3]

• FE: flüchtige Emissionen

• AH: Dichtigkeitsklasse A; Prüfmedium Helium

• CO3: Festigkeitsklasse CO3, 2500 mechanische Zyklen in 4 Temperaturzyklen RT bis 200 °C

• SSA 0: Anzahl der Nachstellungen der Schaftabstellungen = 0

• t(RT, 200 °C): Temperaturklasse RT bis 200 °C

• (40/35 bar): Druckzuordnung zu den Prüftemperaturen

Einordnung der Ergebnisse nach TA-Luft [1] [5].

Die während der Prüfung gemessenen Leckageraten lagen immer unterhalb des Kriteriums von 10^-4 mbar*l/(sec*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.

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Ergebnis Temperaturklasse 2 (RT bis 400 °C) [6]

ISO FE BH – CO3 – SSA 0 – t(RT,400 °C) – (40/23,6bar) – ISO 15848-1 [3]ISO FE BH – CO3 – SSA 0 – t(RT,400 °C) – (40/23,6bar) – ISO 15848-1 [3]ISO FE BH – CO3 – SSA 0 – t(RT,400 °C) – (40/23,6bar) – ISO 15848-1 [3]

• FE: flüchtige Emissionen

• BH: Dichtigkeitsklasse B; Prüfmedium Helium

• CO3: Festigkeitsklasse CO3, 2500 mechanische Zyklen in 4 Temperaturzyklen RT bis 400 °C

• SSA 0: Anzahl der Nachstellungen der Schaftabstellungen = 0

• t(RT, 400 °C): Temperaturklasse RT bis 400 °C

• (40/23,6 bar): Druckzuordnung zu den Prüftemperaturen.

Einordnung der Ergebnisse nach TA-Luft [1] [6]

Die während der Prüfung gemessenen Leckageraten lagen bis zum Ende des 2. Temperaturzyklus und 500 mechanischen Zyklen immer im Bereich der TA-Luft Kriterien von 10^-4 mbar*l/(sec*m) bei RT bzw. 10^-2 mbar*l/(sec*m) für 400 °C. Somit kann das Dichtsystem unter den beschriebenen Prüfparametern als hochwertig im Sinne der TA-Luft angesehen werden.

Ausblick und Herausforderung

Die Wellenabdichtung der Tri-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.

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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.

Eine 3-fach exzentrische Klappe Zetrix der Nennweite 350 wurde in einem etwa 3-monatigem Dauertest mit synthetischem Thermalöl auf der hauseigenen Anlage getestet. Dabei durchlief die Armatur 11 Temperaturzyklen und 10 000 mechanische Zyklen zwischen RT bzw. 100 bis 350 °C bei einem Mediendruck von etwa 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.

* * Der Autor ist Versuchsleiter bei Ari-Armaturen, Schloß Holte-Stukenbrock. Kontakt: Tel. +49-5207-9940

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