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Technische Regeln zur Druckbehälterverordnung - Druckbehälter -
Anlage zu TRB 801 Nr. 34 - Ammoniaklagerbehälteranlagen *
Ausgabe Juli 1996
(BArbBl. 7-8 1996 S. 75 aufgehoben)
1 Geltungsbereich
1.1 Diese Anlage gilt für Ammoniaklagerbehälteranlagen zum Lagern von druckverflüssigtem Ammoniak.
1.2 Diese Anlage gilt nicht für Ammoniaklagerbehälteranlagen, die Bestandteil von verfahrenstechnischen Anlagen oder Kälteanlagen sind.
2 Begriffsbestimmungen
2.1 Die Ammoniaklagerbehälteranlage (Anlage) endet an der Verbindungsstelle der Leitung
2.2 Ammoniak (NH3) ist ein Druckgas im Sinne des § 3 Absatz 4 DruckbehV (jetzt BetrSichV).
Ammoniak ist gemäß Gefahrstoffverordnung ein eingestufter gefährlicher Stoff (Gefährlichkeitsmerkmale: giftig, entzündlich; Gefahrensymbol T, siehe § 4a Gefahrstoffverordnung in Verbindung mit der Bekanntmachung der Liste der gefährlichen Stoffe und Zubereitungen nach § 4a der Gefahrstoffverordnung).
3 Werkstoffe für ammoniakbeaufschlagte Anlagenteile
3.1 Zulässige Werkstoffe
3.1.1 Bleche
3.1.1.1 Ferritische Stähle nach AD-Merkblatt W 1, Abschnitte 2.2 und 2.3 und DIN EN 10028 Teil 1 und 3 im normalgeglühten Zustand mit einem Mindestwert der Streckgrenze bei Raumtemperatur kleiner oder gleich 355 N/mm2 und einem Mindestwert der Bruchdehnung (Meßlänge Lo = 5 do) größer oder gleich 22 %, in Verbindung mit Grenzwerten für die chemische Zusammensetzung und für die gemessene Streckgrenze bei Raumtemperatur nach Abschnitt 3.1.6.
3.1.1.2 Stabilisierte oder kohlenstoffarme (C-Gehalt < 0,03 %) austenitische Stähle, z.B. nach AD-Merkblatt W 2. Diese dürfen unter Berücksichtigung von AD-Merkblatt W 8 auch als Auflagewerkstoff bei Walzplattierungen eingesetzt werden.
3.1.2 Rohre für Stutzen
3.1.2.1 Nahtlose Rohre, z.B. nach AD-Merkblatt W 4 aus St 37.0 nach DIN 1629. St 35.8 Gütestufe III nach DIN 17 175 sowie aus Feinkornbaustählen nach DIN 17179 mit einem Mindestwert der Streckgrenze kleiner oder gleich 355 N/mm2 in Verbindung mit Grenzwerten für die chemische Zusammensetzung und für die gemessene Streckgrenze bei Raumtemperatur nach Abschnitt 3.1.6.
3.1.2.2 Rohre aus stabilisierten oder kohlenstoffarmen (C-Gehalt < 0,03 %) austenitischen Stählen, z.B. nach AD-Merkblatt W 2.
3.1.3 Flansche
Flansche, z.B. nach AD-Merkblatt W 9 aus:
Gehäuse und Pumpen aus:
3.1.5 Sonstige unlegierte normalgeglühte Stähle nach Eignungsfeststellung
Sonstige unlegierte normalgeglühte Stähle, die nicht in Abschnitt 3.1.1.1 genannt sind, müssen einen Mindestwert der Streckgrenze bei Raumtemperatur kleiner oder gleich 355 N/mm2 und einen Mindestwert der Bruchdehnung (Meßlänge L = 5 do) größer oder gleich 22 %, sowie einen Mindestwert der Kerbschlagarbeit (ISO-V, Mittelwert aus 3 Proben, Probenrichtung wie bei den vergleichbaren Stählen nach Abschnitt 3.1.1 bis 3.1.3) bei Feinkornbaustählen von 21 J bei -20 °C, bei anderen Stahlsorten von 27 J bei 20 °C aufweisen.
Der Nachweis der Schweißeignung ist durch den Hersteller zu führen. Die Vorwärmung, die Wärmeführung während des Schweißens und die Art der Wärmebehandlung nach dem Schweißen sind vom Hersteller anzugeben.
3.1.6 Zusätzliche Beschränkungen für ferritische Stahle
In der Schmelzenanalyse darf der Masseanteil an Molybdän höchstens 0,04 % und der an Vanadium höchstens 0,02 % betragen.
Bei Stählen mit einer Mindeststreckgrenze von 355 N/mm2 ist die chemische Zusammensetzung so einzustellen, daß im normalgeglühten Zustand die gemessene Streckgrenze bei Raumtemperatur den Wert von 440 N/mm2 und bei warmgeformten Böden aus Blechen nach Abschnitt 3.1.1.1 den Wert von 470 N/mm2 nicht übersteigt. Bei warmgeformten Böden aus Blechen sind Werte über 470 N/mm2 zulässig, wenn an zusätzlich normalgeglühten Proben aus dem Boden nachgewiesen wird, daß die gemessene Streckgrenze bei Raumtemperatur den Wert von 440 N/mm2 nicht übersteigt.
3.2 Nicht zulässige Werkstoffe
Alle Werkstoffe, die von Ammoniak angegriffen werden, z.B. Kupfer, Kupferlegierungen, Nickellegierung NiCu 30 Fe, cadmierte Werkstoffe, dürfen für ammoniakbeaufschlagte Anlagenteile nicht verwendet werden.
4 Berechnung
4.1 Lagerbehälter
4.1.1 Die Berechnung der Wanddicke für einwandige Lagerbehälter bei oberirdischer Lagerung erfolgt für einen Überdruck gleich dem Dampfdruck des Ammoniaks bei der höchstmöglichen Temperatur gemäß TRB 801 Nr. 27 Abschnitt 3.5, wenn betriebsmäßig kein höherer Druck vorgesehen ist oder entstehen kann.
4.1.2 Zusatzkräfte in der Behälterwandung werden nach AD-Merkblatt S 3 rechnerisch berücksichtigt. In der Regel handelt es sich um Zusatzkräfte, die durch Behälterstühle oder Sättel, auch in Abhängigkeit von der Bettungsart, entstehen können.
4.1.3 Bei der konstruktiven Ausführung sind mehrachsige Spannungszustände durch örtliche Werkstoff- und Schweißgutanhäufungen sowie schroffe Wanddickenübergänge, d.h. örtliche Steifigkeitssprünge, zu vermeiden. Die Schweißnähte sind, soweit möglich, in Zonen verringerter Beanspruchung, also nicht im unmittelbaren Bereich von Form- und Querschnittsübergängen sowie von Krafteinleitungspunkten. zu legen. Die Behälterabmessungen sind, unabhängig von der Berechnung gegen Innendruck, so zu wählen, daß keine angeschweißten Versteifungsringe notwendig sind.
5 Herstellung
5.1 Allgemeine Anforderungen
5.1.1 Alle Schweißverbindungen am Lagerbehälter müssen für die vorgesehenen zerstörungsfreien Prüfungen zugänglich und prüfbar sein.
5.1.2 Bei Ausführung des Lagerbehälters als liegender zylindrischer Behälter ist die Auflagerung entsprechend DIN 28080, Form D, auszuführen. Es handelt sich um Sättel mit Verstärkungsblech, auf die der Lagerbehälter lose aufgelegt und, z.B. durch Nocken, gegen Verschieben und Verdrehen gesichert ist. Die Verstärkungsbleche dürfen am Lagerbehälter nicht angeschweißt werden. Der Umschlingungswinkel sollte mindestens 120° betragen.
5.1.3 Schweißverbindungen sind gegenüber Flanschverbindungen zu bevorzugen. Beim Einsatz von Flanschverbindungen sind Flansche mindestens der Druckstufe PN 25 mit formschlüssigen Dichtungen (z.B. DIN 2526) zu wählen.
5.2 Anforderungen bei ferritischen Stählen
5.2.1 Schweißen
5.2.1.1 Beim Schweißen normalgeglühter Feinkornbaustähle ist SEW 088 zu beachten.
5.2.1.2 Kaltumgeformte Böden, auch solche, die vor dem Kaltumformen aus Einzelteilen zusammengeschweißt werden, sind normalzuglühen.
5.2.1.3 Für die Ausführung der Schweißverbindungen kommen das WIG-Verfahren, das E-Hand- oder das UP- Verfahren zur Anwendung. mit einer zur Erzielung möglichst niedriger Härte geeigneten Wärmeeinbringung. Dabei soll die Härte im Schweißgut am Bauteil nach dem Spannungsarmglühen 230 HV 10 (Mittelwert aus 3 Messungen) nicht überschreiten.
5.2.1.4 02 Es dürfen nur eignungsgeprüfte Schweißzusätze verwendet werden, die weder molybdän- noch vanadiumlegiert sind. Die Umhüllung von Elektroden bzw. das UP-Schweißpulver müssen basischen Charakter haben.
Damit das Schweißgut nicht durch Wasserstoff geschädigt wird, sind für die Lagerung und Trocknung folgende Angaben zu beachten:
Für StE 355 ist wasserstoffkontrolliertes Schweißgut nach z.B. SEW 088 Beiblatt 2 Tafel 1, Bewertung "mittel" einzusetzen. Bei Rohrleitungen sind die Wurzellagen ausschließlich nach dem WIG-Verfahren zu schweißen. Abweichungen bedürfen der Abstimmung mit dem Sachverständigen.
Die Schweißzusätze und -hilfsstoffe sind so auszuwählen und schweißtechnisch zu verarbeiten, daß die Streckgrenze bei Raumtemperatur des Schweißgutes und die Härte der Schweißverbindung dem Grundwerkstoff angepaßt sind, z.B. durch den Einsatz von Schweißgut mit Mn-Gehalten kleiner 1 %. Die Zugfestigkeit und die Streckgrenze des reinen Schweißgutes dürfen die Gewährleistungswerte des Grundwerkstoffes bis um 10 % unterschreiten, wenn die Zugprobe quer zur Schweißnaht die Festigkeitswerte des Grundwerkstoffes erreicht.
5.2.1.5 Die Arbeitsprüfung an Prüfstücken erfolgt nach den einschlägigen AD-Merkblättern der Reihe HP.
5.2.1.6 Die Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen für das Schweißen der Feinkornbaustähle sollen mindestens 100 °C betragen; die obere Temperaturgrenze ist nach den VdTÜV-Werkstoffblättern 351/1 bis 354/1 bzw. 354/3 festzulegen. Diese Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen können gleichermaßen auch für sonstige unlegierte Stähle verwendet werden. Es sollten dabei für Schweißungen am Lagerbehälter, großflächig über den Werkstoffquerschnitt, Temperaturen im oberen angegebenen Bereich zur Anwendung kommen und mit einer ausreichenden Zahl von Meßstellen überwacht werden.
5.2.1.7 Die Schweißnahtgüte muß der Bewertungsgruppe B nach DIN EN 25817 entsprechen.
5.2.2 Spannungsarmglühen
5.2.2.1 Vor dem Spannungsarmglühen sind die Schweißnahtoberflächen wie folgt zu bearbeiten:
Die Anschweißteile, z.B. Nocken, sind vor dem Spannungsarmglühen anzubringen.
5.2.2.2 Die Eignung der Wärmebehandlungseinrichtung im Hinblick auf die vorgegebenen Temperaturtoleranzen ist vor der Wärmebehandlung zu überprüfen.
5.2.2.3 Die Lagerbehälter sind nach der Fertigstellung, unter Erfassung aller Schweißnähte und kaltumgeformten Grundwerkstoffbereiche, einer Spannungsarmglühung bei 570 + 20 °C zu unterziehen; Haltedauer 2 min/mm Wanddicke, mind. 30 min, jedoch nicht mehr als 90 min (mit Rücksicht auf mögliche Mehrfachglühung). Die Meßstellen müssen in ausreichender Zahl (Abstimmung zwischen dem Besteller, Hersteller und Sachverständigen), über Umfang und Länge verteilt, am Lagerbehälter angebracht werden.
Die Temperaturführung ist beim Glühvorgang zu überwachen. Für das Anwärmen des Lagerbehälters auf Glühtemperatur gilt eine maximale Wärmrate von 50 K/h und für das Abkühlen eine Kühlrate im Temperaturbereich 300 °C < t < 570 °C von maximal 50 K/h. Die Abkühlung unter 300 °C erfolgt an ruhender Luft. Alternative Maßnahmen zur Vermeidung unzulässiger Spannungen oder zum Spannungsabbau bedürfen der Zustimmung des Bestellers und des Sachverständigen.
5.2.2.4 Die Lagerbehälter sollten als Ganzes im Ofen einer Spannungsarmglühung unterzogen werden. Ein anderes Vorgehen bedarf der Zustimmung des Bestellers und des Sachverständigen.
5.2.2.5 Nach dem Spannungsarmglühen dürfen am Lagerbehälter keine Schweiß- oder Schleifarbeiten und keine Verformungsvorgänge, die Zugspannungen auf der Lagerbehälterinnenseite nach sich ziehen, ausgeführt werden. Kleinere Schleifarbeiten an der Lagerbehälteraußenseite sind zulässig. Abweichungen hiervon bedürfen der Zustimmung des Bestellers und des Sachverständigen.
5.2.2.6 Ein Spannungsarmglühen ist weiterhin erforderlich an:
Wenn aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten von einer hinreichend niedrigen Gefährdung durch Spannungsrißkorrosion ausgegangen werden kann, kann nach Rücksprache mit dem Sachverständigen auf das Spannungsarmglühen nach Satz 1 verzichtet werden.
5.2.3 Kugelstrahlen
Ist eine Kugelstrahlbehandlung bei Lagerbehältern vorgesehen, soll diese nach der Druckprüfung vorgenommen werden.
5.3 Anforderungen bei austenitischen Stählen
Für austenitische Stähle gelten die Anforderungen an die Herstellung des Lagerbehälters nach dem AD-Regelwerk.
6 Ausrüstung
6.1 Lagerbehälter
6.1.1 Für eine Inertisierung des Lagerbehälters nach Abschnitt 8.2 sind entsprechende Einrichtungen vorzusehen.
6.1.2 Wird für die Einstiegöffnungen und Rohranschlüsse ein Domschacht vorgesehen, muß er so hoch sein, daß alle im Domschacht vorgesehenen Flanschverbindungen unterhalb dessen Oberkante zu liegen kommen. Der Domschacht muß nicht mit dem Druckbehälter durch Schweißnähte verbunden sein. Er ist konstruktiv so auszuführen, daß die Dehnungsbehinderung am Behältermantel gering gehalten wird.
6.1.3 An dem Lagerbehälter sollte für die Restentleerung an der tiefsten Stelle ein Stutzen mit einer innenliegenden oder einer außenliegenden eingeschweißten Armatur und Blindflanschabschluß angebracht sein.
6.1.4 Alle Stutzen am Lagerbehälter sollen eine Mindest-Nennweite von DN 50 haben. Das Verhältnis ss/sA sollte 1,5 nicht überschreiten (Bezeichnungen nach TRB 300; AD-Merkblatt B 9). Scheibenförmige Ausschnittverstärkungen sind nicht zulässig. Die Verschwächung ist durch die Wanddicke der Stutzen zu kompensieren. Die Stutzen sollen innenbündig eingesteckt und voll über den Querschnitt der Behälterwand, Anschweißteile (außer Schachtbleche) mit K-Naht und Doppelkehlnaht angeschweißt werden. Stutzen bis einschließlich DN 100 können auch aufgeschweißt werden, wobei die Nahtwurzel auszubohren oder auszuschleifen ist (ohne Restspalt). Bei eingesteckten Stutzen sind die Innenkanten und bei aufgesteckten Stutzen die Bohrung innen abzurunden.
6.2 Verdampfer
6.2.1 Verdampfer in Anlagen mit einem Fassungsvermögen größer 30 t müssen den folgenden Anforderungen genügen.
6.2.1.1 Verdampfer müssen indirekt, z.B. über einen Wärmeträgerkreislauf beheizt werden. Ammoniakeinbruch in das Wärmeträgermedium muß zu einem unverzüglichen Absperren der Ammoniakzufuhr und Abschalten der Beheizung führen.
6.2.1.2 Im Bereich von Verdampfern muß ein Not-Aus-System mit leicht erreichbarem Auslösesystem vorhanden sein, das den Verdampfer von anderen Anlagenteilen absperren kann. Das Not-Aus-System kann in Teilsysteme untergliedert werden und von Hand oder selbsttätig ausgelöst werden.
6.2.1.3 Die Verdampferstation ist mit Gasdetektoren auszurüsten, die an einer zentralen Gaswarnanlage angeschlossen sind und zum Absperren der Ammoniakzufuhr führen. Die gesamte Einrichtung aus Gaswarnanlage und Einrichtung zur Erfüllung der Abschaltfunktion muß hinreichend fehlersicher sein; dies ist beispielsweise erfüllt, wenn DIN VDE 0116 Abschnitt 8.7 eingehalten wird.
6.3 Armaturen
Armaturen, die mit Ammoniak in der Flüssigphase oder in ungeregelter Gasphase betrieben werden, sind in der Druckstufe mindestens PN 25 auszuführen.
7 Aufstellung
7.1 Allgemeine Anforderungen
7.1.1 Pumpen für Ammoniak dürfen nicht in engen Schächten aufgestellt werden. Die Aufstellung in einem Auffangraum unter Erdgleiche ist zulässig, wenn die Entwässerung über automatisch arbeitende, explosionsgeschützte Tauchpumpen in einen Auffangraum der Anlage erfolgt.
7.1.2 Armaturen sollten in Gruppen zusammengefaßt werden.
7.1.3 Armaturengruppen sind mit einer Wassersprüheinrichtung zum Niederschlag von Gas aus Leckagen auszurüsten. Stationäre Wassersprüheinrichtungen können durch eine ständig in Bereitschaft gehaltene Werkfeuerwehr ersetzt werden. Die Leistung der Wassersprüheinrichtung soll etwa 100 l/m2 h betragen. Die Niederschlagsfläche muß die möglichen Leckagestellen mit einem Sicherheitsüberstand von mindestens 1 m überdecken. Bei Armaturen im Domschacht ist die gesamte Domfläche zu besprühen. Das Berieselungswasser ist sicher abzuleiten, z.B. in einen Auffangraum.
7.1.4 Der Druck in den Hauptzuleitungen für die Sprüheinrichtungen und zu den Berieselungsanlagen muß überwacht und Störungen müssen angezeigt werden.
7.1.5 Es muß sichergestellt sein, daß die wasserführenden Leitungen nicht einfrieren. Bis zur ersten frostsicheren Absperrarmatur können die Sprüh- und Berieselungssysteme als Trockenleitung ausgeführt sein.
8 Betrieb
8.1 Anlagen
8.1.1 Während des Betriebes muß die Anlage von unterwiesenem Personal regelmäßig begangen werden. Die Häufigkeit der Begehung ist in der Betriebsanweisung festzulegen. Bei der Begehung ist auf ordnungsmäßigen Zustand der Anlagenteile und einwandfreies Betriebsverhalten zu achten.
8.1.2 Betriebliche Abhilfemaßnahmen zur Vermeidung von Spannungsrißkorrosion bestehen darin, die Verunreinigungen im Ammoniak zu verhindern durch sorgfältig kontrollierten Luftabschluß im Lagerbehälter sowie bei der Entnahme und Füllung des Lagerbehälters bzw. durch sorgfältiges Inertisieren und Spülen der Verbindungsleitungen. Als eine weitere Maßnahme zur Vermeidung der Rißbildung wird die Inhibierung von Ammoniak durch gezielte Zugabe von Wasser in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt in der Literatur beschrieben; jüngere Erfahrungen in der Praxis zeigen allerdings, daß trotz Wasserzugabe die Spannungsrißkorrosion auch in der Dampfphase auftreten kann.
8.1.3 Müssen Anlagenteile von Ammoniak entleert werden, so ist die Flüssigphase soweit wie möglich in geschlossene Systeme abzuführen. Verbleibende Restmengen sind gefahrlos abzuführen. (Schnittstelle zum Immissionsschutz und Gewässerschutz)
8.2 Lagerbehälter
Der Lagerbehälter ist vor der ersten Füllung und vor Füllung nach Prüfungen luftfrei zu machen (z.B. Füllen mit Wasser und Verdrängen mit Stickstoff). Die Spülgase sind sicher abzuleiten.
9 Prüfungen
9.1 Prüfungen vor Inbetriebnahme
9.1.1 Wegen Abschnitt 3.1.6 sind Böden einer Einzelprüfung zu unterziehen.
9.1.2 Im Rahmen der Arbeitsprüfung nach AD-Merkblatt HP 5/2 sind zum Nachweis der Anforderungen des Abschnittes 5.2.1.4 zusätzlich folgende Prüfungen erforderlich:
(1) Zugversuch nach DIN 50145 an einer Schweißgutprobe (Rundprobe mit L0 = 5 d0, nach DIN 50125) für Dicken > 10 mm zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften des Schweißgutes. Die Streckgrenze bei RT soll 500 N/mm2 nicht überschreiten.
Eine Unterschreitung der Mindestzugfestigkeit des GW in der SG-Probe um bis zu 10 % ist zulässig, wenn in der Probe quer zur SN (DIN 50120 Teil 100, Entwurf 10/91, Bild 1) die Mindestzugfestigkeit des GW erreicht wird.
(2) Härte der Schweißverbindung nach DIN 50163 Teil 1. Der Härtewert von 230 HV 10 (Mittelwert aus 3 Messungen) soll im Schweißgut auf der mediumberührten Seite nicht überschritten werden.
Bei den zusätzlichen Prüfungen sind jedes bei den Rund- oder Längsnähten zur Anwendung kommende Schweißverfahren, alle verwendeten Schweißzusätze und -hilfsstoffe und jede Schmelze der verwendeten Blechwerkstoffe, einschließlich der für die Böden, zu erfassen. Vor dem Herausarbeiten der Proben sind die Prüfstücke einer mitlaufenden Spannungsarmglühung nach Abschnitt 5.2.2 zu unterziehen.
9.2 Wiederkehrende Prüfungen
Bei den wiederkehrenden Prüfungen nach TRB 514 Abschnitt 5.1 an Lagerbehältern aus ferritischen Werkstoffen sind Rund- und Längsnähte auf der ammoniakbeaufschlagten Seite zunächst im unteren Behälterbereich einer Magnetpulverprüfung zu unterziehen. Falls nennenswerte Befunde festgestellt werden, ist die Prüfung auf alle Schweißnähte auszudehnen. Ebenso ist bei den Nähten der Stutzen und Anschweißteile auf der ammoniakbeaufschlagten Seite zu verfahren.
9.2.1 Die Inanspruchnahme von Anhang II Nr. 34 Satz 2 DruckbehV (jetzt BetrSichV) setzt voraus, daß Behälter aus ferritischen Stählen nach dem Spannungsarmglühen im Umfang nach Tabelle 1 geprüft wurden und der Sachverständige sich von der einwandfreien Durchführung der Prüfungen überzeugt hat. Im Rahmen dieser wiederkehrenden Prüfung sind mindestens 10 % der Nahtlängen durch Ultraschallprüfung bzw. Durchstrahlungsprüfung und mindestens 25 % der Nahtlänge durch Oberflächenrißprüfung vom Sachverständigen zu überprüfen.
| US-Volumen- Prüfung | Prüfung mit magnetischem Streuflußverfahren 3 | ||
| Längs- und Rundnähte | ammoniakseitig | 100 % 1 Prüfklasse C | 100 % |
| Behälteraußenseite | - | alle Stoßstellen auf eine Lange von rd. 400 mm. | |
| Stutzennähte | beidseitig | 100 % 2 in Anlehnung an Prüfklasse C | 100 % |
| Anschweißteile | ammoniakseitig | 100 % 2 in Anlehnung an Prüfklasse C | 100 % |
| Behälteraußenseite | - | 100 % | |
| 1) Diese Prüfung wird zweckmäßigerweise von der Außenseite aus durchgeführt.
2) Randbedingungen nach AD-HP 5/3 Tafel 1, Werkstoffgruppe 5.1, Spalte 22 3) Möglichst Magnetpulverprüfung mit fluoreszierender Eisenpulver-Suspension | |||
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