Verbindungstechnik Anforderungen an Schraubverbindungen im Anlagenbau

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Im Anlagenbau steckt der Teufel oft im Detail: So kann eine fehlerhafte Schraubverbindung immense Folgen haben – von hohen Kosten durch Produktionsausfälle bis hin zu gravierenden Sicherheitsrisiken. Wie lässt sich sicherstellen, dass Montage und Wartung normgerecht und sicher ablaufen?

Schrauben gehören zu den weniger sichtbaren, aber tragenden Elementen im Anlagenbau. Ohne die sichere Verbindung der einzelnen Komponenten wäre die Integrität von Reaktoren, Rohrleitungen und Lagerbehältern nicht gewährleistet. Gleichzeitig stellen die Umgebungsbedingungen und die Eigenschaften der chemischen Produkte höchste Anforderungen an die Verbindungselemente. Große Drücke, extreme Temperaturbereiche und korrosive Medien sind nur einige Kriterien, die es zu berücksichtigen gilt.

Neben der Montage- und Wartungsfreundlichkeit steht bei der Auswahl der Verschraubungen die Anlageneffizienz im Fokus. Denn Leckagen in Hydraulik- oder Dampfsystemen, undichte Druckluftleitungen oder der Austritt anderer Medien können den Wirkungsgrad und die Energiebilanz negativ beeinflussen. Oberste Priorität haben jedoch Sicherheit und Umweltschutz: Ein Austritt chemischer Produkte käme einem Totalausfall der Schraubverbindung gleich.

Werkstoffe oder die Formgebung haben einen entscheidenden Einfluss auf die Sicherheit einer Schraubverbindung oder eines Dichtsystems. Deshalb werden in der Regel Verbindungselemente aus speziellen Werkstoffen mit besonderen Prüfanforderungen eingesetzt. Auch Schraubwerkzeuge müssen besonders hohe Anforderungen hinsichtlich Lebensdauer, Sicherheit und Einsatzmöglichkeiten erfüllen.

Auf der sicheren Seite: Goldstandards in der Schraubtechnik

Hersteller von Schraubverbindungen haften für fehlerhafte Produkte und müssen im Zweifelsfall nachweisen, dass sie nach dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik gefertigt haben. Dieser wird durch technische Regeln definiert, im Falle der Schraubtechnik und der zugehörigen Prüfmethoden beispielsweise durch VDI/VDE-Richtlinien.

Die VDI 2230-Richtlinie ist dabei weltweit als Referenzwerk für die Berechnung von Schraubverbindungen anerkannt. Sie bietet Konstrukteuren und Berechnungsingenieuren eine strukturierte Anleitung in Form von Rechenschritten, um Schraubverbindungen sowohl funktions- als auch betriebssicher auszulegen und dabei die maximale Tragfähigkeit der Schrauben auszunutzen. Darüber hinaus gibt in Europa die Druckgeräterichtlinie (DGRL) wesentliche Vorgaben für den Einsatz von Verbindungselementen in der chemischen Industrie. Die Umsetzung erfolgt z. B. durch harmonisierte Normen wie EN 1515-4, EN 13445-2 und EN 13480-2 sowie AD 2000-Merkblätter. In diesen Regelwerken sind alle technischen und sicherheitstechnischen Anforderungen festgelegt. Die für den Anlagenbau in der Chemieindustrie verwendeten Schraubverbindungen müssen unbedingt über entsprechende Zertifizierungen verfügen.

Da Flanschanwendungen in Öl- und Gasraffinerien sehr häufig vorkommen, gilt ihrer Montage besonderes Augenmerk. Biegung, Stoßbelastung und das Erreichen der richtigen Vorspannung gehören zu den größten Herausforderungen. Denn Schrauben können sich lockern, wobei Setzungen und Relaxation zu einem Verlust der Vorspannung führen. Deshalb hat der Verband der Chemischen Industrie e. V. (VCI) einen Leitfaden für die Montage von Flanschverbindungen in verfahrenstechnischen Anlagen herausgegeben. Dieser Leitfaden ist in der Industrie, insbesondere in Deutschland, weit verbreitet und wird häufig als Referenz bei der Montage von Flanschverbindungen herangezogen. Er enthält genaue Angaben zu den für die Montage verantwortlichen Personen, zur Qualifikation des Montagepersonals, zu Werkzeugen und Hilfsmitteln sowie zu den Anforderungen an die Montageumgebung.

Wer normgerecht produziert und sich rechtlich absichern will, um z. B. im Schadensfall vor Regressansprüchen geschützt zu sein, sollte diese Richtlinien beachten. Dies erhöht nicht nur die Sicherheit im Betrieb, sondern beugt auch einer fehlerhaften Montage vor.

Effizienz und Sicherheit bei der Wartung

Die hohe Komplexität von chemischen Anlagen erhöht die Störanfälligkeit. Deshalb sind regelmäßige Wartungen und Instandhaltungsmaßnahmen notwendig, um kostenintensive Stillstände und Ausfälle zu vermeiden. In periodischen Abständen seht außerdem ein Anlagen-Turnaround auf der Agenda. Bei diesem geplanten Stillstand erfolgen umfangreiche Wartungs-, Inspektions- und Reparaturarbeiten. Er stellt einen kritischen Moment im Betriebszyklus dar und wird typischerweise alle paar Jahre durchgeführt. Schraubverbindungen spielen eine zentrale Rolle beim Turnaround, da sie zu den Hauptelementen gehören, die die verschiedenen Anlagenteile und -systeme miteinander verbinden. Damit dieser Prozess zügig und sicher abläuft, müssen geeignete Schraubwerkzeuge zur Hand sein.

Denn in explosionsgefährdeten Bereichen dürfen nur funkensichere Werkzeuge verwendet werden. Hierfür sind beispielsweise pneumatische Drehmomentschrauber oder Hydraulikwerkzeuge bestens geeignet. Diese Werkzeuge bieten zusätzlichen Schutz gegen Entzündung von brennbaren Dämpfen, Gasen, Nebeln und Stäuben. Diese Anforderungen werden beispielsweise in der ATEX-Richtlinie (II 2G/D EX c IIB/IIIB T6) spezifiziert.

Druckluftwerkzeuge verfügen über eine Reihe von Vorteilen: Sie können in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, sind überlastsicher und zeichnen sich durch ihre kompakte und robuste Bauform aus. Außerdem sind sie unempfindlich gegen Feuchtigkeit und Staub, haben ein geringes Gewicht und eine hohe Schalldämmung.

Einfach gute Verbindungen

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Oft sind die zu wartenden Anlagenteile nicht ohne weiteres zugänglich. Um schwere Schraubverbindungen mit großen Gewinden bei engen Platzverhältnissen mit hohen Kräften anzuziehen, bieten sich Hydraulikschrauber an. Sie sind in der Regel in der Lage, ein sehr hohes Drehmoment zu erzeugen, was sie ideal für schwere industrielle Anwendungen macht, bei denen große Schraubverbindungen angezogen oder gelöst werden müssen.

Im Einzelfall gilt es allerdings die Vor- und Nachteile von Druckluft- und Hydraulik-Technologien abzuwägen. Da sie Flüssigkeit nutzen, können Hydraulikschrauber bei extremen Temperaturen weniger effizient sein, insbesondere wenn die Hydraulikflüssigkeit eindickt. Andererseits arbeiten Druckluftschrauber in einem breiteren Temperaturbereich zwar effiziente, können aber empfindlicher auf Verunreinigungen im Luftsystem reagieren.

Fragen wie diese oder zur allgemeinen Auslegung von Schraubverbindungen erfordern oft externes Know-how. Auf der Regionalmesse Schraubtec Ost in Dresden am 14. November 2023 präsentieren die Aussteller ihre aktuellsten Lösungen und können konkrete Antworten geben.

In einer Welt, in der Technologie und Komplexität ständig fortschreiten, bleibt das Fundament des Anlagenbaus – die Schraubverbindung – ein entscheidendes Element für Sicherheit und Effizienz. Es sind nicht nur die großen, sichtbaren Komponenten, die den Erfolg eines Projekts bestimmen, sondern oft die kleinen, unscheinbaren Details, die im Hintergrund arbeiten.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal www.process.de

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