Flanschdichtungen und die VDI2290: Richtig berechnen, richtig montieren

Bereits 2002 wurde die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft), die Mess- und Berechnungsverfahren sowie Emissions- und Immissionswerte für industrielle und gewerbliche Anlagen zum Schutz der Nachbarschaft vor schädlichen Umwelteinwirkungen vorgibt, novelliert. Begleitende Regelwerke mussten und müssen an die neuen Rahmenbedingungen angepasst werden, so zum Beispiel die VDI-Richtlinie 2290 „Emissionsminderung – Kennwerte für dichte Flanschverbindungen“. Dies führt jedoch nicht nur zu höheren Anforderungen und schärferen Prüfungen von Flanschdichtungen, sondern auch zu starker Verunsicherung im Markt.

Was ist die VDI 2290?

Die VDI-Richtlinie 2290 „Emissionsminderung – Kennwerte für dichte Flanschverbindungen“ ist nicht nur, wie der Name schon sagt, eine Richtlinie des Vereins Deutscher Ingenieure e.V. (VDI), verfasst von der VDI-Kommission „Reinhaltung der Luft“. Sie knüpft an die rechtlich bindende Verordnung TA Luft an und wird nach ihrer Verabschiedung als Stand der Technik gelten. Sie ist aber weder eine Zulassung noch ein Zertifikat. Ihre Gültigkeit ist erstens geographisch beschränkt, nämlich auf Deutschland. Zweitens ist sie fachlich eingegrenzt, und zwar auf Rohrleitungen mit einem bestimmten Typ von Flanschverbindungen, und drittens rechtlich, explizit auf Anlagen, die der TA Luft unterliegen. Konkret bedeutet das: Die VDI 2290 regelt die Beurteilung der technischen Dichtheit von Flanschverbindungen, allerdings nur für diejenigen flüssigen und gasförmigen Medien, für die emissionsbegrenzende Anforderungen nach der TA Luft festgelegt sind. Und sie gilt nur für Metallflansche und Flanschverbindungen in Rohrleitungen, an Apparaten und Armaturen aller Industriezweige, insbesondere der chemischen und petrochemischen Industrie, bis zu einer maximalen Betriebstemperatur von 400 °C. Sie ist aber nicht anwendbar für Rohr- oder Flanschverbindungen, die ohne Schrauben ausgeführt werden, oder für sogenannte Kompaktflanschverbindungen ohne Dichtung oder mit Flüssigkeitsdichtung. Die VDI 2290 erläutert, wie und mit welchen Regelwerken eine Dichtverbindung nachzuweisen ist. Sie setzt Dichtheitsklassen fest und liefert die notwendigen Rahmenbedingungen für eine Flanschberechnung, wobei mindestens eine Dichtheitsklasse L0,01 gilt (= eine spezifische Leckagerate von 10-2 mg * s-1 * m-1).

Bei einer Dichtung von 1 Meter Durchmesser darf also pro Sekunde maximal 0,01 Milligramm Medium austreten.

Wo kommt die VDI 2290 eigentlich her?

Zum besseren Verständnis der VDI 2290 dient ein kurzer Exkurs in die Entstehungsgeschichte. Die TA Luft selbst verweist bei der Kennwertdiskussion im Zusammenhang mit den Prüfbedingungen für Dichtungen auf verschiedene ältere VDI-Richtlinien, insbesondere auf die VDI 2200 und die VDI 2240. Die VDI 2200 formuliert nur allgemeine Dichtungsregeln. Eine Festlegung der Dichtheitsklassen war dadurch nicht erfolgt. Es existieren bis dato nur Berechnungen der Flansche nach DIN EN 1591-1. Die Dichtheitsanforderungen sind darin vergleichsweise „schwammig“ formuliert. Als „Eintrittskarte“ in den Markt der TA Luft-konformen Dichtungen wurde im Grunde nur die Bauteilprüfung beschrieben. Eine zentrale Forderung der TA Luft ist aber, über das Produkt hinaus, die Auslegung der Dichtverbindung und ihre Prüfung. Nach „Beschwerdebriefen“ interessierter Kreise an das Umweltbundesamt kamen Dichtheitsanforderungen ins Spiel, die sich nicht wie zuvor vor im Bereich 10-1 mg * s-1 * m-1
bewegten, sondern bis zu 10-7 mg * s-1 * m-1.

Das ist absolut praxisfern! Um die Frage zu beantworten „Was ist eigentlich im technischen Sinne dicht?“, legte der maßgebliche Ausschuss VDI 2290 neue Leckageklassen fest, zuletzt mit einer Mindestdichtheitsklasse 10-3 mg * s-1 * m-1.

Dieser Wert ist zwar leckageoptimiert, aber immer noch nicht praxistauglich und wäre unter den gegebenen Bedingungen selbst mit den besten Dichtungsplatten der Premiumhersteller nicht zu realisieren gewesen. Am Ende wurde die Anforderung auf eine praxisrelevante Klasse von 10-2 mg * s-1 * m-1

gesenkt. Das ist eine Herausforderung, die mit herkömmlichen 5.6er Flanschschrauben häufig nicht zu realisieren ist. Um die benötigte Flächenpressungskraft auf die Dichtung zu bringen, müssen entweder die bestehenden Flansche gegen stärkere Flansche ausgetauscht oder höherwertige Schrauben wie z.B. 25CrMo-5-Schrauben benutzt werden.

Auf die Montage kommt es an !

Zu den unbestrittenen Vorteilen der neuen Richtlinie gehört es, dass der Fokus nicht nur auf der jeweiligen Dichtung liegt, sondern ebenso auf der Montagequalität. So ist die Montage nach der neuen Regelung ebenfalls Teil des Qualitätssicherungssystems. Denn je höher die Leistung der Dichtung ist, desto anspruchsvoller wird auch die Montage. Wie notwendig eine solche Regelung ist, zeigt z.B. die Auswertung an einem großen deutschen Chemiestandort, bei dem nach Auslösung eines Umweltalarms 474 Armaturen geprüft wurden. Es stellte sich heraus, dass 80% der gefundenen Leckagefälle aus falsch montierten Dichtungen resultierten. Deshalb läuft alles auf die Forderung hinaus, dass in Anlehnung an die Ausbildung zum qualifizierten Rohrleitungsschweißer auch eine Ausbildung zum qualifizierten Dichtungsmonteur zur Ausführung der Montage von Flanschdichtungen nach TA Luft vorausgesetzt wird. Jede Technik kann schließlich nur so gut sein wie die Ausführung.

Was bedeutet das für die Praxis?

Wenn es nun um die Praxis geht, also den Bau einer neuen Anlage mit TA Luft-konformen Dichtungen oder den Austausch alter Dichtungen im Revisionsfall, sind viele beteiligt, aber nur einer zuständig und verantwortlich für die Umsetzung der VDI 2290, nämlich der Anlagenbetreiber. Die ersten Fragen müssen immer lauten: Trifft die VDI 2290 auf die Anwendung überhaupt zu? Gelten hier die Forderungen des Bundesimmissionsschutzgesetzes? Wenn ja, ist es zunächst einmal die Aufgabe des Anlagenbetreibers, die Auslegung gemäß VDI 2290 vorzunehmen und die Dichtheit und Standfestigkeit nachzuweisen. Aufgabe der Dichtungshersteller ist es, dafür alle notwendigen Berechnungskennwerte zur Verfügung zu stellen. Premium-Hersteller, die sich durch qualifizierte Beratung auszeichnen, wie zum Beispiel die VTH TOP-Partner Frenzelit und KLINGER, stellen der Firma Hormuth GmbH Technischer Industriebedarf mit der Dichtung selbst alle notwendigen Berechnungskennwerte zur Verfügung, die erforderlich sind, um die Auslegung zu berechnen. Als Konfektionär ist die Firma Hormuth GmbH Technischer Industriebedarf selbst Hersteller und damit zuständig für die Dokumentation der Kennwerte. Daneben können Anlagenbetreiber auch auf die Datenbank der Fachhochschule Münster, Fachbereich Physikalische Technik, Forschungsbereich Dichtungstechnik zugreifen. Auf Basis dieser Daten ist die Dichtung auszulegen – inklusive z.B. der empfohlenen Drehmomente für die Flanschverschraubung. Und damit gehören auch die Monteure der Flanschdichtungen zu den Beteiligten, die für die Funktionalität der Dichtung entscheidend Verantwortung tragen.

TA Luft

Die TA Luft, in der Langfassung „Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundesimmissionsschutzgesetz / Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft“, hat die Reinhaltung der Luft in der Nachbarschaft von Produktionsanlagen zum Ziel. Emissionen sind auf das notwendige und technisch machbare Maß zu beschränken. Die TA Luft wurde 2002 novelliert. Am 30. Oktober 2007 lief die Übergangsfrist zur TA Luft-konformen Umrüstung alter Anlagen ab.

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