How to meet the challenges of sealing chemical applications and comply with the amended TA Luft.

Environmental and climate protection in conjunction with safety and sustainability are top priorities at Garlock. Not only should our sealing solutions meet the high demands that science and legislation place on us and our products, we also see it as our duty to do the corresponding educational work and offer our know-how to our customers. After all, regulations and directives are anything but light fare and demand measures from companies in the chemical industry that must be met.

After seven years of discussions on drafts and votes on bills in the Cabinet and the Bundesrat, the time had come on 1 December 2021 and the new Technical Instructions on Air Quality Control (TA Luft) came into force. These essentially set ambient exposure and emission requirements for old and new plants. With the amendment, current Best Available Techniques were integrated and adjustments and additions to the state of the art were made.

What are the effects of the new regulation with regard to sealing and sealing material?

Basically, chapter 5.2.6 ff of the new TA Luft states that flange connections with welded metallic gaskets are to be regarded as technically tight by design. For other flange connections, reference is made to VDI2290 (June 2012 edition), in which all metallic flange connections below 400°C, which carry media listed in TA Luft, must provide proof of tightness according to tightness class L0,01 by means of mathematical proof of technical tightness in accordance with DIN EN 1591-1 calculation. If this is not possible, e.g. because no characteristic sealing values are available in accordance with EN13555, a new, modified component test or an equivalent method must be used, whereby the described “new” component test also specifies changes compared to the “old” component test.

The most important difference, apart from the changed test criteria, is now that the assembly must be tested in the real flange assembly from the field, under the real operating conditions of the plant (fastening, temperature, pressure, bolts, actual flange assembly, etc.).

In addition to a significantly increased number of different flanges to be tested, different pressure and temperature testing is now also necessary depending on the pipe class, as the materials do not behave uniformly.

Garlock GYLON^® sealing solutions – tested to EN13555.

Garlock GYLON^® Style 3504 requires only a minimum surface pressure of 9 MPa at 2 mm initial thickness within EN13555 testing to achieve a tightness of 1.0 x10^-2 [mg/(s×m)]. GYLON^® Style 3504 gaskets belong to the third generation of PTFE gaskets and, in addition to being calendered to stop cold flow and maintain surface pressure, have a modification with aluminosilicate spheres (also known as hollow glass micro spheres) to allow good conformability to the flange surface at low surface pressures.

GYLON^® Style 3504 has already passed tests according to the “new” component test with polypropylene (PP) flanges using a short welding neck and grooved sealing surface as well as using PVDF flanges, also with grooved sealing surface, without retightening.

GYLON^® Style 3504 was also able to achieve the new required limit value of 1.0 x10^-2 [mg/(s×m)] with a sufficiently high residual surface pressure in repeat tests.

Consultations with the chemical and petrochemical industry showed that GRP flanges can often withstand much higher surface pressures and are often mounted with up to 30 MPa. The tests were therefore repeated using a still conservative approach of 20 MPa mounting surface pressure. The result was consistently positive.

GYLON^® Style 3504 was also able to achieve the required limit value of 1.0 x 10^-2 [mg/(s×m)] in repeat tests with an excellent residual surface pressure for GRP flanges. Subsequent tests with a GYLON EPIX^® Style 3504 gasket material not primarily advertised for GRP also produced positive results.

Effects of TA Luft on “static” flange connections.

In the future, plant operators will have to pay more critical attention to the purchase of their components. If the flange connections are made of metallic material and are according to DIN EN 1092-1 or AMSE B16.5, for example, they are not difficult for TA Luft because they can easily provide proof of tightness using EN13555 characteristic values for sealing materials according to VDI2290 (June 2012 edition) with a DIN EN 1591-1 calculation.

In the case of “low-load” flange systems, where the flange assemblies are e.g. made of PP, PE, PVDF or FRP, testing will be necessary in accordance with the “new” component test (which is still to be agreed) and will involve the flange manufacturers and the provision of effective proof of strength by the manufacturers which will require validation in the subsequent testing.

In future, plant operators will have to ensure that their work standards include many types of gasket, if possible, when they are designed, also in cooperation with the flange manufacturer who produces the purchased part.

If entire systems are purchased, it must be ensured that the corresponding calculations are available and the strength verifications are provided by the manufacturers.

If you have any questions on the subject of TA Luft, please contact Garlock Application Engineering – our specialists will be happy to provide you with application-related and specialist advice.

Wie Sie die Herausforderungen bei der Abdichtung chemischer Anwendungen meistern und die novellierte TA Luft erfüllen.

Umwelt- und Klimaschutz in Verbindung mit Sicherheit und Nachhaltigkeit stehen bei Garlock an erster Stelle. Nicht nur unsere Dichtungslösungen sollen die hohen Anforderungen, die Wissenschaft und Politik an uns und unsere Produkte stellen, erfüllen, wir sehen uns auch in der Pflicht, entsprechende Aufklärungsarbeit zu leisten und unseren Kunden unser Know-how anzubieten. Denn Verordnungen und Richtlinien sind alles andere als leichte Kost und verlangen von Unternehmen der chemischen Industrie Maßnahmen, die es zu erfüllen gilt.

Nachdem in den letzten sieben Jahren im Kabinett und Bundesrat über Entwürfe diskutiert und über Gesetzesvorlagen abgestimmt wurde, war es am 1. Dezember 2021 soweit und die neue Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) trat in Kraft. Hierin werden im Wesentlichen Immissions- und Emissionsanforderungen für Alt- und Neu-Anlagen gestellt. Mit der Novellierung wurden aktuelle BTV-Schlussfolgerungen (Industrieemissionsrichtlinie – Beste verfügbare Techniken) integriert sowie Anpassungen und Ergänzungen zum Stand der Technik durchgeführt.

Welche Auswirkungen hat die neue Regelung hinsichtlich der Abdichtung und des Dichtungsmaterials?

Grundsätzlich ist im Kapitel 5.2.6 ff der neuen TA Luft festgehalten, dass Flanschverbindungen mit Schweißdichtungen bauartbedingt als technisch dicht anzusehen sind. Für andere Flanschverbindungen wird auf die VDI2290 (Ausgabe Juni 2012) verwiesen, in der alle metallischen Flanschverbindungen unterhalb von 400°C, welche ein in der TA Luft gelistetes Medium führen, einen Dichtheitsnachweis über die Einhaltung der Dichtheitsklasse L0,01 durch einen rechnerischen Nachweis der technischen Dichtheit gemäß DIN EN 1591-1 Berechnung erbringen müssen. Ist dies nicht möglich, weil z.B. keine Dichtungskennwerte gemäß EN13555 vorliegen, so ist ein neuer, abgeänderter Bauteilversuch oder eine gleichwertige Methode anzuwenden, wobei im beschriebenen „neuen“ Bauteilversuch auch Änderungen gegenüber dem „alten“ Bauteilversuch benannt sind.

Wichtigster Unterschied ist neben dem geänderten Prüfkriterium jetzt, dass der Aufbau im realen Flanschpaar aus dem Feld, unter den realen Betriebsbedingungen des Anlagenbetreibers (Befestigung, Temperatur, Druck, Schraube, vorliegende Flanschpaarung etc.) beprobt werden muss.

Neben einer wesentlich erhöhten Anzahl an verschiedenen zu beprobenden Flanschen ist zudem nun vermutlich je nach Rohrklasse auch eine andere Druck- und Temperatur-Beprobung notwendig, da sich die Materialien eben nicht uniform verhalten.

Garlock GYLON^® Dichtungslösungen – beprobt nach EN13555

Garlock GYLON^® Style 3504 benötigt bei 2mm Ausgangsdicke innerhalb der EN13555 Beprobung nur eine Mindestflächenpressung von 9MPa, um eine technische Dichtheit von 10E-03 [mg/(s×m)] zu erreichen. GYLON^® PTFE Dichtungen gehören zur dritten Generation der PTFE Dichtungen und verfügen neben der Kalandrierten Herstellung zum Stoppen des Kaltflusses und zum Aufrechterhalten der Flächenpressung über eine Modifikation mit Aluminosilikatsphären, den so genannten „Mikrohohlglaskugeln“, um ein gutes Anpassen an die Flanschoberfläche mit geringen Flächenpressungen zu ermöglichen.

Beprobungen gemäß dem „neuen“ Bauteilversuch mit Polypropylen (PP) Flanschen unter Verwendung von einem kurzen Vorschweißbund und gerillter Dichtfläche sowie unter Verwendung von PVDF Flanschen, ebenfalls mit gerillter Dichtfläche, konnte GYLON^® Style 3504 bereits ohne Nachziehen bestehen.

GYLON^® Style 3504 konnte auch bei Wiederholungsprüfungen den neuen geforderten Grenzwert von 1,0×10^-2 [mg/(s×m)] mit einer ausreichend hohen Restflächenpressung erreichen.

Rücksprachen mit der Chemischen- wie auch Petrochemischen Industrie zeigten auf, dass GFK Flansche vielfach wesentlich höhere Flächenpressungen ertragen und häufig mit bis zu 30MPa montiert werden. Die Versuche wurden daher einem immer noch konservativen Ansatz von 20MPa Montageflächenpressung wiederholt. Das Ergebnis war durchweg positiv.

GYLON^® Style 3504 konnte auch bei Wiederholungsprüfungen den geforderten Grenzwert von 1,0×10^-2 [mg/(s×m)] mit einer für GFK Flansche exzellenten Restflächenpressung erreichen. Die anschließend durchgeführten Versuche mit einem nicht vornehmlich für den Werkstoff GFK beworbenem Dichtungsmaterial des Typs GYLON EPIX^® Style 3504 brachten ebenfalls positive Ergebnisse zu Tage.

Auswirkungen der TA Luft auf „statische“ Flanschverbindungen.

Anlagenbetreiber müssen nun zukünftig wesentlich kritischer auf den Zukauf ihrer Komponenten achten und entsprechende Normung auch bei Werksnormen vorantreiben. Sind die Flanschverbindungen aus metallischem Werkstoff und z.B. nach DIN EN 1092-1 oder nach AMSE B16.5 normiert gefertigt, so sind diese eher unkritisch zu bewerten, da diese unter Anwendung von EN13555 Kennwerten für Dichtungsmaterialien gemäß VDI2290 (Ausgabe Juni 2012) mit einer DIN EN 1591-1 konformen Berechnung den Dichtheitsnachweis häufig einfach erbringen können.

Bei „Low-Load“ Flanschsystemen, bei denen die Flanschpaarungen z.B. aus PP, PE, PVDF oder GFK bestehen, wird eine Beprobung gemäß dem noch abzustimmenden „neuen“ Bauteilversuch notwendig werden und eine Einbindung der Flanschhersteller und das Erbringen eines effektiven Festigkeitsnachweises der entsprechenden Hersteller wird größere Aufmerksamkeit bedürfen als die anschließende Beprobung als solches.

In Zukunft müssen Anlagenbetreiber darauf achten, dass ihre Werknormen möglichst bereits bei Erstellung viele Dichtungstypen auch in Zusammenarbeit mit dem Flanschhersteller, der das Zukaufteil herstellt, beinhalten.

Werden ganze Anlagen zugekauft, ist darauf zu achten, dass die entsprechenden Berechnungen bereits vorliegen und die Festigkeitsnachweise durch die Hersteller der zugekauften Anlagen bereits erbracht werden.

Bei Fragen zu dem Thema TA Luft wenden Sie sich gerne an das Garlock Application Engineering – unsere Spezialisten beraten Sie anwendungsbezogen und fachspezifisch.