Gefahr bei externem Brand

(Bild: ISGATEC GmbH)

29.11.2019 Gefahr bei externem Brand

Dichtungskonzepte und ihre technischen Grenzen

von Peter Thomsen (Lannewehr + Thomsen GmbH & Co. KG)

Es gibt oft technische Mittel und Wege, die auf den ersten Blick scheinbar die Lösung für ein Problem bieten. Auf den zweiten Blick und genauer betrachtet, werden systembedingte Grenzen deutlich – und Probleme in der Praxis sind dann eigentlich vorprogrammiert. Thema dieser Ausgabe sind Dichtungen für Anlagen, in denen brandfördernde Medien verwendet werden, und die Gefahr bei externem Brand.

Auch in diesem Fall bleibt es Anwendern nicht erspart, sich verschiedene Regelwerke anzuschauen und hinsichtlich ihrer Relevanz zu beurteilen.  So unterschieden sich z.B. hier häufig zum Einsatz kommende Druckgeräte in den Bereich genehmigungsbedürftiger Anlagen nach §5 und nicht genehmigungsbedürftiger Anlagen nach §23 Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG). Eine Kernaussage ist hier sicherlich: „Anlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass … nach dem Stand der Technik [1] schädliche Umwelteinwirkungen vermieden oder auf ein Mindestmaß beschränkt werden.“ Weitere Regelwerke sind in Betracht zu ziehen:

  • Richtlinie 2010/68/EU
  • Druckgeräterichtlinie (DGRL)
  • EU-Richtlinie 2009/142/EG über Gasverbrauchsanlagen vom 30. November 2009 –sie stellt im Anhang I folgende Anforderungen: „Das Gerät ist so auszulegen und herzustellen, dass das Risiko einer Explosion durch eine von außen kommende Brandgefahr so gering wie möglich gehalten wird.“
  • Technische Regel für Gefahrstoffe TRGS 407:2016-02 – sie definiert die Anforderungen an die Gefährdungsbeurteilung bei Tätigkeit mit Gasen. „Abschnitt 3, Informationsermittlung und Gefährdungsbeurteilung, 3.2 Gefährdungsermittlung und -beurteilung, 3.2.1 Allgemeine Hinweise zur Gefährdungsbeurteilung (1), Der Arbeitgeber hat im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung gemäß § 5 Arbeitsschutzgesetz sowie § 6 GefStoffV und § 3 BetrSichV zu ermitteln, ob sich durch die Tätigkeiten mit Gasen Gefährdungen für die Beschäftigten oder andere Personen ergeben, und entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Unter 3.2.5 steht zur Berücksichtigung von Gefährdungen durch Einwirkungen von außerhalb der Druckanlage (1):  „Der Arbeitgeber hat zu ermitteln, inwieweit durch vernünftigerweise nicht auszuschließende Einwirkungen aus dem Bereich um die Druckanlage Gefährdungen auftreten können (2). Als Einwirkungen sind insbesondere zu betrachten: 1. Brand im Umfeld der Druckanlage.“
  • Technische Regel für Gefahrstoffe TRGS 500:2008-05 – sie nennt die folgenden Anforderungen an Schutzmaßnahmen zur Verhütung von Gefährdungen: „4 Grundsätze für die Verhütung von Gefährdungen nach § 8 GefStoffV, 4.1 Allgemeine Grundsätze … (3), Die Gefährdung der Gesundheit und der Sicherheit der Beschäftigten bei Tätigkeiten mit Gefahrstoffen ist durch die nachfolgenden technischen, organisatorischen und personenbezogenen Maßnahmen zu beseitigen oder auf ein Minimum zu reduzieren (siehe auch § 8 Abs. 2 Satz 1 GefStoffV). (4) Zur Reduzierung der Gefährdung auf ein Minimum ist der Stand der Technik einzuhalten. In 5.1 Allgemeine Grundmaßnahmen, … (2) steht: „Gemäß § 9 Abs. 1 GefStoffV hat der Arbeitgeber Maßnahmen so festzulegen, dass die durch einen Gefahrstoff bedingte Gefährdung der Gesundheit und Sicherheit der Beschäftigten bei der Arbeit beseitigt oder auf ein Minimum reduziert wird. … (4) Lässt sich die Gefährdung nicht beseitigen, hat der Arbeitgeber diese durch Maßnahmen nach dem Stand der Technik und einer guten Arbeitspraxis in der nachstehenden Rangordnung auf ein Minimum zu verringern: 1. Gestaltung geeigneter Verfahren und technischer Steuerungseinrichtungen sowie Verwendung geeigneter Arbeitsmittel und Materialien, ...“
  • Technische Regel für Gefahrstoffe TRGS 800:2010-12 – sie führt zu erforderlichen Brandschutzmaßnahmen aus: „2 Begriffsbestimmungen, (1) Brennbare Gefahrstoffe im Sinne dieser TRGS sind: 1. entzündliche Stoffe und Zubereitungen/Gemische, gekennzeichnet mit R10, R11 oder R12, 2. entzündbare Gase, gekennzeichnet mit H220 oder H221, … (3) Eine Brandgefährdung im Sinne dieser TRGS ist die Möglichkeit, dass aufgrund der Entstehung oder Ausbreitung eines Brandes und damit einhergehender Folgen wie Wärme oder Brandrauch die Sicherheit oder Gesundheit von Beschäftigten, anderen Personen oder die Umwelt beeinträchtigt wird. In 3.2 Informationsermittlung steht, 3.2.1 Allgemeine Hinweise, (4) Zur Beurteilung der Brandgefährdung muss ermittelt werden, an welchen Orten, in welchen Mengen und in welchem Zustand brennbare oder oxidierende Gefahrstoffe vorhanden sind oder entstehen können. Dabei sind insbesondere zu berücksichtigen: 1. vorhandene Gefahrstoffe und deren gefährliche Eigenschaften, die Brandausbreitung in der Anfangsphase, die auftretenden Brandfolgeprodukte, z.B. Partikel, Rauchgase sowie Brandrückstände, 2. eingesetzte Arbeitsmittel einschließlich Anlagen, … (7). Zusätzlich zu berücksichtigende Aspekte sind z. B. … 5. Hilfsfrist und vorhandene Ausrüstung der Feuerwehr.“ Gefährdungen sind auf ein Minimum zu reduzieren, der Stand der Technik ist einzuhalten. Hier wird die Verwendung von Dichtungen mit einer niedrigen Leckagerate, einerhohen Temperaturbeständigkeit, ohne Alterung und mit sehr wenig Setzverhalten/Kriechrelaxation erwähnt.
  • Technische Regel für Betriebssicherheit TRBS 1201 Teil 2:2018-07 – sie nennt erforderliche Prüfungen und Kontrollen bei Gefährdungen durch Dampf und Druck: „2.1 Druckanlage, (1) Druckanlagen schließen alle druckbeaufschlagten Anlagenteile sowie die für den sicheren Betrieb erforderlichen Ausrüstungsteile (z. B. Sicherheitsventile, Begrenzungseinrichtungen, Absperrarmaturen) ein. … 6.4 Zusammenbau von Druckgeräten zu einer Druckanlage unter Arbeitgeberverantwortung, … (2) Hierbei gilt hinsichtlich der Beschaffenheitsanforderungen der einzelnen Druckgeräte die Richtlinie 2014/68/EU (Druckgeräterichtlinie) bzw. die Richtlinie 2014/29/EU (einfache Druckbehälter) als Stand der Technik. … (3) Die Übereinstimmung der Druckanlage mit den wesentlichen Sicherheitsanforderungen der BetrSichV und des Anhangs I der Richtlinie 2014/68/EU (Druckgeräterichtlinie) wird im Rahmen einer Prüfung nach § 15 BetrSichV festgestellt. In diesem Fall sind z.B. die nachfolgenden Prüfungen erforderlich:
    • Bewertung von Bauteilen, z.B. verbindenden Rohrleitungen, die für den Zusammenbau von Druckanlagen für eigene Zwecke erforderlich sind. Diese müssen den wesentlichen Sicherheitsanforderungen des Anhangs I der Richtlinie 2014/68/EU entsprechen, (4). Die ZÜS (zur Prüfung befähigte Person) hat dabei insbesondere folgende Aufgaben, sofern diese nicht bereits im Rahmen der Herstellung durchgeführt wurden:
    • Prüfung der technischen Unterlagen hinsichtlich Entwurf (Konzeption, Herstellung und Fertigungsverfahren);
    • Begutachtung der verwendeten Werkstoffe, wenn diese nicht den geltenden harmonisierten Normen oder einer europäischen Werkstoffzulassung für Druckgerätewerkstoffe entsprechen;
    • Prüfung der vom Werkstoffhersteller oder des vom späteren Arbeitgeber bevollmächtigten Abnahmeberechtigten ausgestellten Bescheinigungen über die vorgenommenen Werkstoffprüfungen;
    • Prüfung der angemessenen Befähigung von qualifiziertem Personal zur Ausführung der   dauerhaften Verbindungen.“
  • Technische Regeln für Betriebssicherheit/Gefahrstoffe TRBS 3146/TRGS 746:2016-09 –  trifft folgende Festlegung für ortsfeste Druckanlagen: „4 Schutzmaßnahmen, 4.4.4 Zusätzliche Ausrüstung von Druckanlagen für akut toxische Gase … 6. An allen Stutzen des ortsfesten Druckgasbehälters müssen c) … Flansche mit glatter Dichtleiste in Verbindung mit Metallweichstoffdichtungen oder Metalldichtungen eingesetzt werden.“
    Dies ist auch für Erdgas (Methan) die richtige und verantwortungsvolle Vorgehensweise, denn das Medium ist ein Klimakiller. Für Methan gilt die GHS/CLP-Einstufung H220 – Entzündbare Flüssigkeiten, Gase, Aerosole – Kategorie 1 – „extrem entzündbar“ und für Behälter unter Druck H280 – Gase unter Druck - Explosionsgefahr.
  • DIN EN 682:2006-10 Elastomer-Dichtungen – Werkstoff-Anforderungen für Dichtungen in Versorgungsleitungen und Bauteilen für Gas und flüssige Kohlenwasserstoffe – hier werden Anforderungen an die Beständigkeit der Dichtungswerkstoffe genannt. „Anwendungsbereich, … Diese Norm gilt nicht für die folgenden Dichtringe: … c) Dichtringe mit Anforderungen an eine Flammbeständigkeit oder gegen Hitzeeinwirkung“. Das gilt also für alle Dichtungen in Gasanlagen, außer solchen in Verschraubungen oder in „fester  Umgebung“, z.B. Kraftnebenschluss.
  • DIN EN 14141:2013-08 - Armaturen für den Transport von Erdgas in Fernleitungen – hier sind Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit und Prüfung definiert: „5.3 Werkstoffe, 5.3.1 Verträglichkeit der Werkstoffe, Anforderung, … Nichtmetallische Teile von Armaturen, die bei Drücken von PN 100 (Class 600) und darüber eingesetzt werden, müssen einer plötzlichen Druckentspannung widerstehen können. 5.3.5 Dichtungen, Anforderung: Aus Elastomeren  hergestellte Dichtungen müssen die Anforderungen von EN 682 oder EN 549 erfüllen. … Werden Dichtungen aus thermoplastischen Werkstoffen angewendet, muss das Dichtungssystem derart konstruiert sein, dass ein mögliches Kriechen der Dichtung ausgeglichen werden kann.“ Unter 5.3.1. ist auch die Widerstandsfähigkeit gegen „explosive Dekompression“ (RGD – Rapid Gas Decompression) zu beachten. Unter 5.3.5. muss die Anforderung an die thermoplastischen Werkstoffe auch für die Elastomere gelten, denn sie haben ein deutlich höheres Kriechverhalten.

Keine Norm oder Richtlinie, aber eine interessante Quelle ist das das FDBR-Taschenbuch Rohrleitungstechnik [2]. Zum Thema Produktleitungen schreibt Günter Wossog hier: „4.8.2 Spezielle Durchflussstoffe, a) Feuer- und explosionsgefährliche Durchflussstoffe, Zusätzliche Maßnahmen:

  • Verwendung technisch dichter Flanschverbindungen (Beispiele für geeignete Dichtungen in Tabelle 4.8-2. [2]).
  • Einsatz brandsicherer Dichtungen (fire-safe) in brand- und/oder explosionsgefährdeten Bereichen Genannt werden hier verschiedene Beispiele für Flachdichtungen von technisch dichten Flanschverbindungen, wie z.B. Weichstoffdichtungen mit metallischem Innenbördel aus Reingrafit oder PTFE, Weichstoffdichtung mit metallischem Träger, z.B. Spießblech, Streckmetall aus Reingrafit, Spiraldichtung aus Metall/Grafit, Metall/PTFE und Kammprofildichtung mit Weichstoffauflage aus Stahl mit PTFE oder Grafit.“
    Hierzu ein paar praktische Anmerkungen: Reingrafitdichtungen ohne Trägerfolie sind nicht händelbar und PTFE ist für Druckgeräte, gemäß Druckgeräterichtlinie (DGRL) Anhang I, Abschnitt 4.1, Absatz b), und nach Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) für auf Dauer technisch dichte Verbindungen wegen seines starken Kriechverhaltens und nach Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) wegen der problematischen Entsorgung nicht zulässig. Die Verwendung ist zu vermeiden oder auf ein Minimum zu beschränken. Es fällt auf, dass weder Weichstoffdichtungen aus Gummi, Gummi-Stahl-Dichtungen, Stahldichtungen mit Elastomerdichtelement im Kraftnebenschluss noch (gummigebundene) Faserstoffdichtungen zugelassen werden.

Harmonisierte Normen, wie z.B. DIN EN 13445 für Druckbehälter oder DIN EN 13480 für Rohrleitungen, gehen in keiner Weise auf die Reduzierung oder Vermeidung der Gefahren durch externen Brand ein.

Trotzdem gilt: Gefährdungen sind auf ein Minimum zu reduzieren, Stand der Technik ist einzuhalten. Die in diesem Kontext gestellten Anforderungen können heute mit üblichen Flanschen mit Dichtleiste und geeigneten Dichtungen erreicht werden. Das sind Dichtungen mit einer niedrigen Leckagerate, hohen Temperaturbeständigkeit, ohne Alterung und sehr wenig Setzverhalten/Kriechrelaxation. Daraus folgt: Dichtungen aus Elastomeren oder mit Elastomeranteil sollten auf keinen Fall in Flanschverbindungen im Krafthauptschluss von Gasleitungen oder sonstigen Verbindungen eingesetzt werden. Faserstoffdichtungen mit Elastomeranteil erfüllen die Anforderungen des BImSchG, der TA Luft (VDI 2440) bei den üblichen Betriebsbedingungen nicht. Sie schwächen durch ihre starke Fließneigung (Relaxation) und Alterung die Integrität des Dichtsystems und verursachen – bei äußerem Brand oder plötzlichem Druckabfall – erhebliche Gefahren. Sie schränken damit die Hilfsfrist (gefahrlose Eingriffszeit für Retter und Brandbekämpfer) unnötigerweise ein. Eine Option sind Metall-Weichstoffdichtungen (z.B. Wellring- oder Kammprofildichtungen mit Grafitauflagen) oder Metalldichtungen (z.B. Ring Joints). Hier gibt es Lösungen mit „Fire-Safe-Zertifikat“. Es ist zu prüfen, ob nicht eine der bestehenden höheren Anforderungen nach DIN EN ISO 10497 einen Nachweis nach DIN 30653 (ex. DVGW VP 401-HTB)ersetzt. Das wäre plausibel und dem Stand der Technik entsprechend.

Fazit

Es sind vermeidbare Gefährdungen bei Dichtungen aus oder mit Gummi oder PTFE/ePTFE bei einem Brand zu erwarten. Der Einsatz dieser Dichtungen in Systemen mit brandfördernden Medien ist nach der DGRL und dem Stand der Technik/Beste verfügbare Technik nicht zulässig.

Literatur
[1] ®flangevalid, Downloads, Technische Informationen, Technische Rechtsbegriffe - Stand der Technik usw.; http://www.flangevalid.com/uploads/allgemein/TechnischeRechtsbegriffeStandDerTechnik.pdf

[2] FDBR-Taschenbuch Rohrleitungstechnik – Hrsg. FDBR - Fachverband Dampfkessel-, Behälter- und Rohrleitungsbau e.V. 2005, ISBN 3-8027-2732-0