Lebensnotwendig oder lebensbedrohlich?

Dichtungen für den Einsatz mit Sauerstoff

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03.10.2014 Luft setzt sich aus verschiedenen Gasen zusammen und beinhaltet ungefähr 21 Vol.-% reinen Sauerstoff. In dieser Konzentration ist er kaum gefährlich und für den Menschen sogar lebensnotwendig. Hochreiner Sauerstoff hingegen, wie er in vielen Bereichen der Chemie, Pharmachemie und Medizintechnik zum Einsatz kommt, gilt in verflüssigtem Zustand und bei hohen Betriebsdrücken als äußerst gefährlich.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • In Verbindung mit Ölen oder Fetten kann sich technisch reiner Sauerstoff selbstentzünden und so zu lebensgefährlichen Ausbränden führen. Daher sollten Betreiber hier nur geeignete Dichtungen verwenden.
  • Eine Materialfreigabe ist bei der Auswahl der korrekten Dichtung kritisch zu beurteilen, da sie keine Aussage über die Eignung in Verbindung mit einem konstruktiven Bauteil trifft.
  • Eine Norm oder Richtlinie, die die Vorgehensweise und die wichtigsten technischen Vorgaben definiert, wäre daher für alle Beteiligten - vom Materiallieferanten bis zum Endanwender - von Vorteil.

In Verbindung mit Ölen oder Fetten kann sich technisch reiner Sauerstoff selbstentzünden und so zu lebensgefährlichen Ausbränden führen. Schwere Verbrennungen oder sogar Todesfälle treten auf, weil die Temperatur dieser Brände häufig extrem hoch ist; nicht umsonst verwenden Betreiber Sauerstoff um Stahl zu schneiden.

Externe Expertise einholen
In vielen Bereichen der Anlagentechnik besteht daher die Forderung, die eingesetzten Dichtungswerkstoffe in Sauerstoffanlagen auf Reaktionsfähigkeit mit Sauerstoff durch ein externes Institut zu prüfen. Oftmals geschieht dies durch die BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) in Berlin. Sie ist auf diesem Gebiet unter anderem durch ihre Akkreditierung für Prüfungen und Zertifizierungen weltweit anerkannt und verfügt über die notwendige Ausrüstung sowie das entsprechend qualifizierte Personal. Bei der Prüfung selbst wird unterschieden zwischen flüssigem und gasförmigem Sauerstoff unter Druck. Auch spielt der Verwendungszweck des Dichtungsmaterials – in der Anwendung als Flanschdichtung oder im Einsatz in einer Armatur – eine Rolle. Die jeweiligen Untersuchungsergebnisse sind in den Merkblättern M 034-1 und M 034-2 der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (BG RCI) veröffentlicht. Das Merkblatt M 034-1 enthält eine Liste der geprüften nichtmetallischen Materialien, die für den Einsatz in Anlagenteilen für Sauerstoff als geeignet eingestuft sind. Das Merkblatt M 034-2 beinhaltet analog dazu die Armaturen, Schläuche und Anlagenteile. Für den Endanwender ist wichtig zu wissen, dass er ein Dichtungsmaterial, auch wenn es in der Liste der nichtmetallischen Werkstoffe als geeignet aufgeführt ist, nicht automatisch bedenkenlos in einer Sauerstoffanlage einsetzen kann. Die sicherheitstechnische Funktionalität der eingesetzten Dichtung wird nämlich zusätzlich durch verschiedene konstruktive Faktoren beeinflusst.

Freigabe kritisch betrachten
Bei den Untersuchungen der BAM handelt es sich lediglich um eine sicherheitstechnische Beurteilung des verwendeten Dichtungsmaterials im Einsatz von flüssigem und/oder gasförmigem Sauerstoff und dessen unter verschiedenen Gesichtspunkten betrachteten maximalen Einsatzparametern – nicht aber um eine generelle Freigabe des Materials. Die Beurteilung gilt prinzipiell nämlich nur für die von der BAM getestete Charge. Die Bundesanstalt stellt auch nur das Materialverhalten fest, keinesfalls aber eine Eignung des Materials in Zusammenhang mit dem konstruktiven Bauteil, beispielsweise einer Armatur. In der Praxis gehen Anwender allerdings häufig davon aus, dass alle aufgeführten Materialien bedenkenlos und ohne Begrenzung zum Einsatz kommen können. Finden Betreiber einen geeigneten Werkstoff in der BAM-Auflistung, bestellen sie Dichtungen oft ohne Hinweis auf den speziellen Einsatzbereich Sauerstoff. Für den Dichtungshersteller gehen dann aber die Anforderungen, die das Dichtsystem erfüllen muss (beispielsweise Öl- und Fettfreiheit) aus der Bestellung nicht hervor und er kann nicht auf mögliche sicherheitstechnische Beschränkungen des Einsatzgebietes reagieren. Die im Prüfbericht veröffentlichten Angaben zu maximalem Betriebsdruck beziehungsweise maximaler Betriebstemperatur limitieren die Maximalbelastungen des Bauteils. Betreiber verwechseln diese Angaben häufig mit den maximalen Einsatzgrenzen der eigentlichen Dichtung. Beispiel: Bei einer Dichtung aus Reingrafit liegt die maximale Temperaturgrenze unter normalen Bedingungen (Luft) bei 450 °C. Kommt der gleiche Werkstoff jedoch bei hochreinem Sauerstoff zum Einsatz, reduziert sich die maximale Temperatur deutlich – in Abhängigkeit vom Material bis auf 300 °C. Greift ein Endanwender nun auf Dichtungen aus seinem eigenen Magazin zurück, weil er aus den Informationen der BAM schließt, dass sich das Material aufgrund der Druck- und Temperaturangaben für sein Einsatzgebiet eignet, ist nicht gewährleistet, dass diese lagerhaltigen Dichtungen für den Einsatz in Sauerstoffanlagen geeignet sind. Hier wäre ein Vermerk notwendig, der Aufschluss darüber gibt ob diese, beim Betrieb bereits vorhandenen, Dichtungen auch für den Einsatz bei hochreinem Sauerstoff geeignet sind oder ob für dieses Einsatzgebiet zwingend eine Neubestellung mit entsprechender Spezifikation nötig ist.

Sicherheit in der Produktion
Dichtungshersteller haben für Dichtungen beziehungsweise Dichtungssysteme in Sauerstoffanlagen eine spezielle Fertigungsvorschrift. Hier gibt es klare Vorgaben, welche Verfahren bei der Produktion für den sicheren Umgang mit hochreinem Sauerstoff zwingend einzuhalten sind. Das Praxisbeispiel einer Grafitflachdichtung soll eine sichere und ordnungsgemäße Vorgehensweise exemplarisch beschreiben: Im Idealfall sollte der Hersteller schon bei der Bestellung beziehungsweise Produktion der Grafitplatte darauf achten, dass Öl- und Fettfreiheit ermöglicht sind. Spätestens aber bei der Dichtungsfertigung ist darauf zu achten, dass entsprechend öl- und fettfreie Werkzeuge zum Einsatz kommen und auch beim Handling das Einsatzgebiet mit entsprechenden Maßnahmen – Verwenden von Arbeitshandschuhen etc. – berücksichtigt wird. Verunreinigungen sind beispielsweise durch fluoreszierende Untersuchungen am Endprodukt zu erkennen. Da nicht alle Fette und Öle fluoreszierend sind, bietet der Test allerdings keine hundertprozentige Sicherheit. Bei zusätzlichen Testverfahren, wie dem Wasserbenetzungstest und dem Abwischtest, ist es allerdings möglich, Öl- beziehungsweise Fettrückstände sichtbar zu machen. Einzelverpackung und das Anbringen von Labeln, die auf das Einsatzgebiet oder die entsprechende öl-und fettfreie Herstellung verweisen, sollten bei Dichtungen für Sauerstoffanlagen Standard sein. Der Endanwender muss sich bewusst sein, dass er den Einsatzbereich eines Dichtsystems immer mit dem Lieferanten kommunizieren sollte, damit dieser entsprechende Maßnahmen einleiten kann, die Einfluss auf die Eignung haben. Auch sollte der Endanwender prüfen, ob die vorliegende, sicherheitstechnische Beurteilung den technischen Ansprüchen des Betreibers beziehungsweise des Herstellers genügt. Hierzu eignet sich das Merkblatt M 034 oder der Prüfbericht der BAM. Abschließend haben natürlich auch Betreiber und Hersteller den korrekten Umgang bei der Weiterverarbeitung umzusetzen, damit eine hohe Sicherheit für den laufenden Betrieb möglich ist. Hierzu zählt auch das Vermeiden von Verschmutzungen beim Einbau durch die Monteure auf der Baustelle; außerhalb des Verantwortungsbereichs des Herstellers, ist hier eine eigenständige Arbeitsanweisung durch den Anlagenbetreiber zu erlassen.

Sicherheit durch Richtlinie?
Um eine sichere Anlagenverfügbarkeit im Bereich von Sauerstoffanwendungen zu ermöglichen ist es wichtig, dass eine geschlossene Kette von der Produktion über die Weiterverarbeitung bis hin zum Einsatz in der Anlage existiert. Die einzelnen Arbeitsschritte sind durch entsprechende Verfahrensanweisungen zu dokumentieren. Die Umsetzung dieser Vorgehensweise können Hersteller und Betreiber durch technische Absprachen sicherstellen. Sinnvoll wäre hier das Erstellen einer Norm oder Richtlinie, die die Vorgehensweise und die wichtigsten, technischen Vorgaben definiert. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die für einen bestimmten Zweck im Sauerstoffbereich eingesetzten Materialien, einschließlich der Auditierung wesentlicher Verarbeitungsschritte im Fertigungsprozess, durch die BZS (BAM-Zertifizierungsstelle) zertifizieren zu lassen. Die Zertifizierung beinhaltet die sicherheitstechnische Beurteilung der Produkte im Rahmen einer Baumusterprüfung sowie die Fertigung des Zwischen- und Endproduktes (einmaliges Fertigungsstätten-Erstaudit) sowie das anschließende, stichprobenartige Überwachen von Proben – vornehmlich bei Chargenwechsel der Produktion (und Zulieferung durch den eigentlichen Hersteller). Die Beurteilung wird in regelmäßigen Abständen, bei einem insgesamt angemessenen Kostenniveau, wiederholt. Eine solche Zertifizierung ist zurzeit nicht verpflichtend; Hersteller streben sie freiwillig an, um die Sicherheit ihrer Produkte und deren Fertigung gegenüber ihren Kunden zusätzlich zur eigenen Leistungserklärung durch eine unabhängige, kompetente Drittpartei zu dokumentieren. Dass dies aus vermeintlich wirtschaftlichen Aspekten (Kosten für die Zertifizierung) noch zu wenig genutzt wird, sollten die Praxis und der erlangte Sicherheitsgewinn sowie Wettbewerbsvorteil in Zukunft widerlegen.

 

Einen Link zum Hersteller finden Sie hier.

Zur Homepage des BAM gelangen Sie hier.

Weitere Beiträge rund um das Thema Dichtungstechnik finden Sie hier.

Die Merkblätter M 034-1 und M 034-2 können Sie über das Portal des BG RCI beziehen.

Heftausgabe: November 2014
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Jörg Skoda, Leiter Anwendungstechnik bei IDT

Über den Autor

Jörg Skoda, Leiter Anwendungstechnik bei IDT

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