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DACH Jahrestagung St. Gallen, April 2008

Prüfkonzept für Beschaffung und Betrieb von

Druckwechseladsorbern unter

Einbeziehung der Schallemissionsprüfung

© TÜV AUSTRIA / Juni 08 Page 1

Dipl.-Ing. Gerald Lackner, TÜV AUSTRIA SERVICES GMBH

Dr.-Ing. Andreas Hecht, BASF SE Ludwigshafen

BASF SE, Standort Ludwigshafen


Der Verbundstandort Ludwigshafen ist das größte zusammenhängende Chemieareal der Welt

DACH-Jahrestagung 2008 in St.Gallen - Mi.3.B.1

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Chemische Industrie


Verfahrenstechnische Anlagenzur Herstellung unterschiedlichster Produkte

Verfahrenstechnische Anlagen

HerstellungEntwurf Betrieb

Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV)• Innere Prüfung mindestens alle 5 Jahre• Innenbesichtigung bei Innerer Prüfung kann

durch ZfP ersetzt oder ergänzt werden• Festigkeitsprüfung („Druckprobe“) mit

Wasser oder Gas mindestens alle 10 Jahre• kann durch ZfP ersetzt oder ergänzt werden• Art um Umfang der ZfP hängen von der

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erwarteten Schadensart ab• Festlegung von Art und Umfang durch

1 - Betreiber 2 - Betreiber und Befähigte Person3 - Betreiber und Zugelassene

Überwachungsstelle (ZÜS)Druckbehälter für Gase

Fluidgruppe 1

2

Druckwechseladsorber• Druckbehälter einfacher Bauart zur

Gasreinigung gefüllt mit einem Granulat („Molsieb“)

• Druckwechseladsorber in• Druckwechseladsorber in unterschiedlichen Betriebsanlagen

• Hohe dynamische Beanspruchung:z. B. ständig in 15 min. von 0 bar auf 30 barBetriebsüberdruck und wieder zurück auf 0 bar

• Auslegung nach AD 2000 Merkblatt S2• Molsiebwechsel nur alle 20 Jahre erforderlich


• Inspektionsintervalle nach AD 2000 S2 sindlebensdauerorientiert und gehen von einem„Null-Fehler“ - Zustand aus

• BASF - Inspektionskonzept basiert aufeinem bruchmechanischen Ansatz

Parameter für Inspektionskonzept

•Geometrie–Hauptabmessungen der Behälter–Wanddicke–Längs- und Rundnähte, Stutzen

•Belastungsprofil–max. Überdruck–Drucksteigerungsraten–Anzahl Lastwechsel

•Mögliche Unregelmäßigkeiten–Ovalität des zylindrischen Mantels


–Aufdachung der Längsnähte–Anrisse von der Innenseite

• mit UT (P-Scan) von außen sicher feststellbar

• max. 10 mm lang und 1 mm tief• Schweißnähte innen und außen beschliffen

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Beispiel Inspektionskonzept•Herstellung (zusätzlich zu AD 2000 HP 5/3):

- Ultraschallprüfung des Wurzelbereiches der Schweißnähte mit P-Scan als Nullzustandsprüfung(Impuls/Echo; 45º Einschallwinkel)Aufdachungsmessung- Aufdachungsmessung

- Messung der Unrundheit•alle 2,5 Jahre:

- P-Scan-Prüfung (siehe oben)•nach 5 Jahren:

- Bescheinigung einer Inneren Prüfung auf Basis der P-Scan-Prüfungen

•nach 10 Jahren:F ti k it üf l G d k üf


- Festigkeitsprüfung als Gasdruckprüfung (keine Wasserdruckprüfung möglich aus betrieblichen Gründen)

- P-Scan-Prüfung (siehe oben)•nach ca. 20 Jahren (Molsiebwechsel):

- Innenbesichtigung + MT der Schweißnähte - P-Scan-Prüfung (siehe oben)

Erweitertes Inspektionskonzept

•Sicherer Betrieb der Druckwechseladorberin Betreiberverantwortung ist sichergestellt

•Möglichkeiten der Schallemissionsprüfungf üh iti E k t llzur frühzeitigen Erkennung eventueller

Schädigungen kennenlernen- im laufenden Betrieb während derständigen Lastwechsel

-während einer Gasdruckprüfung mit1,1-fachem Betriebsüberdruck

•Beauftragung des TÜV AUSTRIA als ZfP-Dienstleister durch den Anlagenbetreiber in


der BASF•Begleitung aller Prüfungen durch

-Technische Anlagenüberwachung BASFals Zugelassene Überwachungsstelle (ZÜS)

-Fachgruppe „Zerstörungsfreie Prüfungen“

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Schallemissionsprüfung•Schallemissionsprüfung: ZfP-Verfahren, wird nach EN 473 mit AT bezeichnet.

•Für gegebenes Prüfproblem (Rissdetektion) ist dieses ZfP-Verfahren bestens geeignetist dieses ZfP-Verfahren bestens geeignet.

•Abklärung der Prüfbarkeit während des laufenden Betriebs und im Zuge einer Gasdruckprüfung (Hintergrundgeräusch)

•Schritt 1: Messung des Hintergrund-geräusches

•Schritt 2: Bestimmung Schallausbreitungs-eigenschaften


•Schritt 3: Wahl einer geeigneten Sensor-anordnung für planare Quellenortung

•Schritt 4: Messung während des laufenden Betriebs

•Schritt 5: Messung im Zuge einer Gasdruck-prüfung

• Bei Risswachstum und Rissuferreibung wird Schallemission freigesetzt.

• Der ausgelöste Ultraschallwellenimpuls

Messprinzip

breitet sich im angrenzenden Material aus.• Piezoelektrischer Sensor wandelt die

mechanische Welle in ein elektrisches Signal um.

• Vorverstärker liefert das zu messende transiente Spannungssignal am Kanaleingang.

• Ultraschallwellenimpuls wird von


U t asc a e e pu s d ounterschiedlichen Sensoren i.a. zu unterschiedlichen Zeitpunkten detektiert. Die Laufzeitunterschiede werden für die Ortung ausgewertet.

• Für Ortung in der Ebene (planare Ortung) mindestens drei Sensoren erforderlich.

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• Hintergrundgeräusch bei jeder Messung vorhanden (als Resultat der Umgebungs-einflüsse).

Nachweisbarkeit von Ereignissen

• Je höher das Hintergrundgeräusch, umso höher muss die Messschwelle gesetzt werden.

• Nur Signale größer als die Messschwelle werden aufgezeichnet.

• Risswachstum oder Rissuferreibung also nur dann nachweisbar, wenn sich die zugehörigen Signale deutlich vom


Hintergrundgeräusch abheben.• Bleistiftminenbruch (Hsu-Nielsen-Quelle)

als Referenz für die erwartete Schallemission durch Risswachstum oder Rissuferreibung.

Schallschwächung

Schallschwächung VS150

100

•Sensor:VS 150-RIC

•Messsystem:

40

50

60

70

80

90

Max

imal

ampl

itude

/ dB

AE

yAMSY5

•Hsu-Nielsen:2H mit 0,5 mm

•20e:0,5 m

•Fernfeld:3 3 dB/m


400 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

Abstand / m

Maximalamplitude des Signals zufolge Bleistiftminenbruch in Abhängigkeit zum Sensorabstand entlang Zylindererzeugenden

3,3 dB/m•Nahfeld:21 dB

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Ortungskontrolle

Ortung der Bleistiftminenbrüche an den Schweißnähten des


zylindrischen Mantels (Bild links), an den zentralen Stutzen des oberen Bodens (Bild oben links) und des unteren Boden (Bild oben rechts)Ortungskontrolle während des laufenden Betriebs ausgeführt

Hintergrundgeräusch •Hintergrundgeräusch an den Messkanälen 3 (Position unterer Boden, grün), 7 (Position Mitte, rot) und 14 (Position oberer Boden, gelb)

•Darstellung über der Zeit zusammen mit dem gDrucksignal (blau)

•Maximalamplituden der Signale zufolge Behälterbetrieb an den Messkanälen 3 (Position unterer Boden, grün), 7 (Position Mitte, rot) und 14 (Position oberer Boden gelb)


14 (Position oberer Boden, gelb)•Darstellung über der Zeit zusammen mit dem Drucksignal (blau)

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Zwischenbilanz

•Prüfung der Druckwechseladsorber auf Risse mittels Schallemissionsprüfung während des laufenden Betriebs ist durchführbar, da die Nachweisbarkeit für Signale mit 60 dBAE und darüber

-beim Druckaufbau über 20 bar und-beim Druckabbau unter 10 bar gegeben ist

•Prüfung der Druckwechseladsorber auf Risse mittels Schallemissionsprüfung im Zuge einer Gasdruckprüfung ist durchführbar, da der Druckaufbau und der Druckabbau dabei wesentlich


langsamer erfolgen. Die zu erwartenden Strömungsgeräusche sind deutlich niedriger.

•Die Messungen wurden an drei der insgesamt sechs DWAs durchgeführt. Die Ergebnisse waren für alle Behälter gleichartig.

Gasdruckprüfung


•Sensoranordnung wie bei Messung während des laufenden Betriebs•Gewähltes Druckprofil: 2-maliges Anfahren des Prüfdrucks von 37 bar•Druckaufbringung mit Hilfe von Stickstoff•Gasdruckprüfung der DWAs mit Molsieb (Schüttung)

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Ortungsergebnisse


1. Druckaufbau 1. Entlastung 2. Druckaufbau 2. EntlastungNähe Behältermitte ergaben sich einige Ortungen aufgrund des Molsiebgitters

Zusammenfassung

•Prüfung der Druckwechseladsorber auf Risse mittels Schallemissionsprüfung während des laufenden Betriebs ist machbar.

•Prüfung der Druckwechseladsorber auf Risse mittels Schallemissionsprüfung im Zuge einer Gasdruck-prüfung wurde durchgeführt.

•Ergebnis der Schallemissionsprüfung:Es wurden bei keinem der geprüften Behälter (drei von insgesamt sechs DWAs) Rissanzeigen gefunden.

•Aus Sicht der Schallemission alles ‚im grünen Bereich‘.•Die BASF hat mit der Schallemissionsprüfung ein


e S at t de Sc a e ss o sp ü u g ezusätzliches Werkzeug zur Prüfung der DWAs zur Verfügung. Je nach Bedarf erfolgt der Einsatz während des laufenden Betriebs oder während der Gasdruck-prüfung.

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