ISBN 978-3-8439-2870-0

978-3-8439-2870-0, Reihe Verfahrenstechnik

Lukas Pansegrau
Charakterisierung von fluiden Emissionen aus Rohrleitungsflanschen

113 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die abdichtenden Eigenschaften von Flanschdichtungen werden heutzutage in Laborversuchen mit Helium untersucht. Jedoch ist nicht bekannt ob die Ergebnisse quantitative Aussagen zum Leckageverhalten von Flüssigkeiten und Gasen liefern. Um Parameter aufzudecken, wie sich Flüssigkeiten und Gase während der Leckage verhalten, ist daher ein umfassendes Versuchsprogramm mit Modellierung des Transportprozesses notwendig.

In einer vorangegangenen Arbeit hat sich die Spülgasmethode als geeignetes Verfahren zum Messen von Flüssigkeits- und Gasemissionen ergeben. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten mit Hilfe dieser Methode die Emissionen von Methan und Ethan aus einer Graphit- und einer ePTFE Dichtung unter Variation der Prozessparameter Druck, Flächenpressung und Temperatur bestimmt werden. Dazu wurde der Versuchsaufbau der Spülgasmethode um eine Temperierung erweitert um die Auswirkung zusätzlicher Parameter auf die Leckage aufzudecken. Neben den Experimenten mit Gasen wurden Versuche mit Methanol an Dichtungen des gleichen Typs durchgeführt um Unterschiede des Leckageverhaltens von Flüssigkeiten und Gasen zu untersuchen.

Messungen an Graphitdichtungen zeigten, dass Gase und Flüssigkeiten einen ähnlich hohen Emissionsmassenstrom aufweisen. Bei ePTFE Dichtungen hingegen weisen Gase eine um mehrere Größenordnungen höhere Emission auf als Flüssigkeiten. Zudem zeigen die verwendeten Gase eine unterschiedliche Emissionscharakteristik gegenüber den Dichtungswerkstoffen. Während für Methan der Emissionsmassenstrom aus Graphitdichtungen geringer als der aus ePTFE Dichtungen ist, verhält es sich für Ethan entgegengesetzt.

Die Modellierung des Stofftransports ergab eine Strömung im Übergangsbereich zwischen laminarer Strömung und Knudsen-Diffusion, die mathematisch als Rutschströmung dargestellt werden kann. Sie besteht aus einem laminaren Anteil und einem Term, der analog zur Kapillarität bei Flüssigkeitsströmungen, die Wechselwirkung zwischen Gas und Dichtungsmaterial beschreibt. Als entscheidender Parameter hat sich der "`tangential momentum accommodation coefficient"' (kurz: TMAC) ergeben, der je nach Gas, Dichtungswerkstoff und Flächenpressung stark variieren kann.

Die Kapillarität bei Flüssigkeiten und der TMAC bei Gasen werden bei der Zertifizierung von Dichtungen bisher nicht beachtet. Die Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Fluid und Dichtungsmaterial stellt somit ein großes Potenzial zur Verbesserung von Flanschdichtungen dar.