Ausblasesichere Flanschverbindungen verhindern das plötzliche und katastrophale Versagen einer Dichtung durch Zerstörung oder verhindern dass außergewöhnliche Leckagen auftreten. Ein „Versagen“ tritt in der Regel auf, wenn der ausgeübte Innendruck die mechanische Belastbarkeit einer Dichtung übersteigt. Ein Versagen stellt eine Gefahr für Personal, Anlagen und die Umwelt dar – heiße, giftige oder gefährliche Flüssigkeiten oder Gase können rasch aus der gerissenen Dichtung entweichen, wodurch möglicherweise Personen verletzt und Anlagen beschädigt werden, während die Stoffe in die Umwelt gelangen.

Es obliegt dem Konstrukteur im Rahmen einer Risikoanalyse die geeigneten Maßnahmen so zu wählen, dass eine sichere Flanschverbindung entsteht und dass das Risiko durch Herausdrücken der Dichtung aus der Flanschverbindung reduziert wird bzw. ausgeschlossen wird.

Was bedeutet eine ausblasesichere Flanschverbindung?

Eine ausblasesichere Flanschverbindung kann erreicht werden durch

1. konstruktive Maßnahmen wählen
2. metallisch verstärkte Flachdichtungen verwenden
3. Metalldichtungen verwenden
4. geeignete „ausblasesichere“ Flachdichtungen verwenden

1. Konstruktive Maßnahmen

Bei einer Flanschverbindung mit Nut und Feder oder Rücksprung ist die Dichtung „formschlüssig“ eingebettet. Dadurch ist ein plötzliches Versagen durch herausdrücken ausgeschlossen.
Geeignete Dichtungen:

• Dichtungstyp TG (Nut und Feder) gemäß EN 1514 für Flanschflächenform C/D
• Dichtungstyp SR (Spigot-Recess oder Male-Female) gemäß EN 1514 für Flanschflächenform E/F

2. Verwendung metallisch verstärkte Flachdichtungen

Dichtungen mit metallische Verstärkungen reduzieren das Risiko, dass diese „herausgedrückt“ werden können. Geeignete Dichtungen hierfür sind:

• Flachdichtungen mit einem äußeren Zentrierring, der durch den Außendurchmesser für Flansche vom Typ A (flache Dichtfläche) oder Typ B (erhöhte Dichtfläche) begrenzt ist
• Faser-Dichtungen mit metallischer Einlage
• Graphit-Dichtungen mit metallischer Einlage
• Glimmer-Dichtungen mit metallischer Einlage
• Spiralgewickelte Dichtungen nach EN 1514-2 (PN-Flansche) oder EN 12560-2 (Class-Flansche)
• Kammprofildichtungen
• Spiralgewickelte Dichtungen nach ASME B16.20 für Flansche nach ASME B16.5, ASME B16.47
• andere Dichtungen mit einem äußeren Zentrierring

3. Verwendung von Metall Dichtungen

Metall Dichtungen gelten als „ausblasesicher“ und sind daher auch für Risiko-Flanschverbindungen zulässig. Geeignete Dichtungen sind:

• Metallringen, die in Nuten eingesetzt werden
• RTJ-Ringdichtungen gemäß EN 12560-5 für Flansche nach EN 1759-1
• RTJ-Ringdichtungen Typ R (oval oder achteckig) gemäß ASME B16.20
• RTJ-Ringdichtungen Typ BX gemäß ASME B16.20
• RTJ-Ringdichtungen Typ RX gemäß ASME B16.20
• RTJ-Ringdichtungen Typ IX gemäß EN ISO 27509 für Flansche nach ASME B36.10/B36.19

4. Verwendung von geeigneten und getesteten „ausblasesichere“ Flachdichtungen

Flachdichtungen sind unter normalen Betriebsbedingungen zwei Kräften ausgesetzt: dem auf die innere zylindrische Oberfläche der Dichtung ausgeübten Innendruck und der Reibung, die zwischen der Dichtung und der Flanschoberfläche entsteht, um diesen auszugleichen. Der Reibungswiderstand hängt von der auf die Dichtung ausgeübten Klemmkraft (Dichtflächenpressung) sowie vom Reibungskoeffizienten zwischen der Flanschoberfläche (Rauheit) und der Dichtung ab.
Wenn die Dichtflächenpressung unter Betriebsbedingungen deutlich unterhalb der erforderlichen Mindestflächenpressung Q_Smin(L) abnimmt, wird das Gleichgewicht gestört, was zu erheblichen Leckagen führen kann oder dazu, dass die Dichtung durch den Innendruck zerstört oder herausgedrückt wird.

Eine ausblasesichere Dichtung liegt vor, wenn die Dichtflächenpressung der Dichtung unter Betriebsbedingungen deutlich unterhalb der erforderlichen Mindestflächenpressung Q_Smin(L) abfallen darf,

• ohne die Dichtung zerstört wird oder Teile der Dichtung aus der Verbindung herausgedrückt werden
• ohne größere Leckagen auftreten.

Dies kann in einem zusätzlichen speziellen Test nachgewiesen werden. Dabei wird die Flächenpressung unterhalb der Mindestflächenpressung Q_Smin(L) weiter reduziert, bis eine größere Leckage auftritt.

Allerdings können auch andere Faktoren das Spannungsverhältnis in einer Flanschverbindung stören, wie zum Beispiel:

• Kriechen der Schrauben bei hohen Temperaturen
• Das Auftreten großer Temperaturunterschiede zwischen den Schrauben und den Flanschen, z. B. im Falle eines Außenbrandes
• zusätzliche Belastungen (Kräfte, Biegemomente) auf die Flanschverbindung
• Druckstöße in Drucksystemen
• Vibrationen
• Alterung oder partielle Oxidation der Dichtung

Beispiel einer Prüfung zur Ausblasesicherheit nach VDI 2200

Nach Einwirkung der Temperatur bei gleichzeitig festgelegter Steifigkeit über den gesamten Temperaturzyklus (Alterung) wird die Prüfvorrichtung auf Raumtemperatur abgekühlt.
Anschließend wurde die Leckrate bei verbleibendem Anpressdruck in aufsteigenden Innendruckstufen ermittelt. Der Anpressdruck wurde auf 5 MPa reduziert und die Leckagerate bei steigendem Druck erneut gemessen.

Beispiel für Prüfbedingungen:

• Steifigkeit der Flanschverbindung: 500 kN/mm
• Anfangsoberflächendruck Qmin(L0,01): 20 MPa
• Alterungstemperatur: 300 °C
• Alterungszeit: 48 h
• Restoberflächendruck nach der Alterung: 16 MPa
• Reduzierter Oberflächendruck: 5 MPa
• Prüfmedium: Stickstoff

Weiterführende Informationen

ASTM F434 – Standard Test Method for Blow–Out Testing of Preformed Gaskets

VDI Richtlinie 2200 – Dichte Flanschverbindungen – Auswahl, Berechnung, Auslegung und Montage von verschraubten Flanschverbindungen