Bestimmung der Feuersicherheit von Dichtungen

Fire-Safety-Test (nach API Specification 6FB) einer Graphit-Flachringdichtung (Fire-Safety-Test bestanden) (Bild: Fachhochschule Münster)

31.10.2020 Bestimmung der Feuersicherheit von Dichtungen

Vergleich von Tests im Laborofen mit realen Fire-Safety-Tests

von Professor Dr. Alexander Riedl (Fachhochschule Münster), Sabrina Benkhoff (Fachhochschule Münster)

Um stetig steigende Anforderungen und neue Erkenntnisse fest in die Dichtungstechnik zu etablieren, müssen technische Richtlinien und Standards regelmäßig auf den “aktuellen Stand der Technik” gebracht werden. Im Zuge dessen stehen u.a. eine Reduktion von Kosten sowie eine Erhöhung des Umweltschutzes und der Arbeitssicherheit im Vordergrund. Bei der Aktualisierung von Normen und Richtlinien muss nicht gezwungenermaßen auf neueste Technologien zurückgegriffen werden, ebenso können Vereinfachungen von Konstruktionen oder Verfahrensweisen zielführend sein. Letzteres wurde im Folgendem angewandt.

Hinter dem Begriff Feuersicherheit (Fire-Safety) steht die Einschätzung eines realen Brand­ereignisses an Flanschverbindungen, bestehend aus Flanschen, Schrauben und Dichtungen. Durch diese Einschätzung sollen Sach- sowie Personenschäden möglichst gering gehalten werden – z.B. durch rechtzeitige Einleitung weiterer Maßnahmen wie der Beendigung des Löschvorganges oder Evakuierung bei toxischen oder explosiven Medien.

Reale Fire-Safety-Tests

Die zurzeit gängige Methode zur Einschätzung der Auswirkungen eines realen Brandereignisses auf Flanschverbindungen erfolgt entsprechend der API Specification 6FB (American Petroleum Institute). Diese Richtlinie erfordert, dass Flanschverbindungen mit Wasserdruck beaufschlagt und zeitgleich unter offener Flamme einem Leckagetest unterzogen werden. Hierbei bezieht sich das Ergebnis der Einschätzung ausschließlich auf exakt die geprüfte Zusammenstellung der Flanschverbindung, was zu einer theoretisch hohen Anzahl an zu prüfenden Flanschverbindungen führt.

Die Tests bei offener Beflammung erfordern gut geschultes Personal sowie hohe Sicherheitsvorschriften für die Durchführung, was auch explizit in der API Specification 6 FB erwähnt wird. Dort heißt es, dass durch den Prüfaufbau das Potenzial für eine
gefährliche Beschädigung der Druckbegrenzungskomponenten bestehe und daher der Schutz des Prüfpersonals gewährleistet sein müsse. Eine exakte Dosierung der Temperatur ist nahezu unmöglich, da die Flammen eine begrenzt kontrollierbare Folge von Reaktionen sind. Daher sind laut der API Specification 6 FB mindestens drei Kalorimeterblöcke und Thermoelemente notwendig, um die Tests durchzuführen, welche sich in einer eindeutig definierten Anordnung befinden müssen. Die darüber aufgezeigten Temperaturen müssen beim Anzünden innerhalb bestimmter Zeiten gewisse Durchschnittstemperaturen erreichen. Die eigentliche Testtemperatur beläuft sich auf etwa 650 °C, aber mindestens 565 °C, welche innerhalb von 15 min erreicht werden muss. Die Beflammungszeit dauert 30 min lang an – von der Zündung bis zum Abschalten der Brennstoffzufuhr. Bevor die Flamme gezündet wird, wird der Prüfstand mit Wasser gefüllt und auf den Prüfdruck gebracht, welcher tabellarisch in Abhängigkeit zur Flächenpressung in der API zu finden ist. Nach Beendigung der Beflammung wird die zu prüfende Flanschverbindung an der Luft auf < 100 °C heruntergekühlt und anschließend der Druck vom Prüfaufbau genommen. Es folgt – nach Bedarf und wenn die Dichtung noch nicht vollständig versagt hat – ein reiner Drucktest, bei dem die Flanschverbindung erneut für 5 min mit dem Prüfwasserdruck beaufschlagt wird. Ist bei diesem letzten Vorgang eine Leckage von < 1 ml/inch/min zu messen, gilt die Flanschverbindung als Fire-Safe.