Druckprüfung Gasleitung

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Eine Gegenüberstellung der bisherigen und neuen Druckprüfmethoden findet sich in Tab. 1. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass für das Messmedium Druckluft nicht mehr zwischen den Prozessarten Druckmessung und Druckdifferenzmessung differenziert wird, sondern in der Prozessqualität: Bei der Präzisionsdruckmessung wird im Prozessablauf zwischen Edelstahl und Plastik differenziert. Die Druckdifferenzmessung mit Testflasche wurde als nicht mehr zeitgemäß gelöscht.

Der Messdruck wird über den Zeitraum T = Vgeo * 0,5 h/m3 oder T = Vgeo * 1 h/m3, jedoch mind. 0,5 h aufzeichnet. Wenn der Druckabfall während der Testzeit weniger als 100 Millibar ist, dann ist die Linie zugelassen. Für die Druckmessung müssen als Messgeräte ein mechanischer Druckaufnehmer mit einem Meßbereich zwischen 0 und 10bar und einer Meßbereichsöffnung von 1bar verwendet werden.

Sie können bis 10 Millibar mit einem Meßfehler von 1% (von 1 bar) = 10 Millibar auslösen. Als Alternative können die elektronischen Druckrekorder mit einem Meßbereich von 0 bis 10 bar und einer Mindestauflösung von 10 Millibar verwendet werden. Sie dürfen keine grösseren Meßfehler als der oben erwähnte Druckaufnehmer mit Meßbereichsfenster verursachen, d.h. um einen Meßfehler von 10 mmBar bei einem Meßbereich von 0 bis 10 mmBar aufrechtzuerhalten, darf er 0,1% nicht überschreiten.

Messmethode Für die Gasleitung über DP 5 bis DP 16 muss das Präzisions-Druckmessverfahren mit Druckluft verwendet werden. Drei Verfahren sind als Präzisionsdruckmessmethoden festgelegt, bei denen eine Messung der Temperatur von mind. 2, bei Oberleitungsabschnitten mind. 3 Temperaturmesspunkte durchgeführt und über die Geometrie der Teilvolumina gewichtet werden müssen: Verfahren 1: Direkte Druckmessung mit einem Manometer. Die absoluten Leitungsdrücke ergeben sich aus der Addition von Platten- und Druckluft.

Methode 2: Differenzdruckmessung mit Druckausgleich. Die Druckkurve kann über ein unmittelbar messbares Signal der Wirkdruckmesszelle im Internet auf dem Rechner abgelesen werden. Die absoluten Leitungsdrücke sind die Summen aus Anpressdruck, Wirkdruck und Vordruck. Dabei wird der Druck über ein Absperrventil abgebaut und über einen Membrangaszähler ohne Druck abgelassen. Wenn man 1 des Rohrvolumens von nimmt, muss ein Druckverlust von genau 1 Millibar gemessen werden.

Wenn z. B. ein Druckverlust von 2 Millibar festgestellt wird, kann z. B. ein Schieber in der Leitungsmitte verschlossen und die zweite Leitungshälfte nicht in die Messung miteinbezogen werden. Bei Temperaturmessgeräten muss eine Messwertauflösung von mind. 0,05 K und ein Messabweichung von ? 0,1 K für ein Temperaturverhalten von 0 bis 40°C vorliegen.

Manometer müssen eine Messauflösung von 1 bar und einen Messwertfehler von 5 bar bei einem Temperaturbereich von 0 bis 40°C haben. Der Langzeitstabilitätswert muss weniger als 0,1% Abweichungen vom Meßbereich pro Jahr betragen. Da eine Leckage einen immer geringeren Messdruckverlust bei immer größerem Rohrvolumen verursacht, sind die Prüfvolumina für Stähle auf 500 m³ Rohrvolumen beschränkt.

Das heißt, bei einem Testdruck von 10bar darf das Volumen des Rohres Vgeo = Pn / P' * Vp = 1,013/10 * 500 = 50 m³ nicht überschreiten. Der Prüfaufwand liegt bei 0,5 Std. /m3 geometrischem Linienvolumen, jedoch mind. 2 Std. und max. 72 Std. Aufgrund der linearen Abhängigkeiten der Messzeit vom Volumen der Geometrie ist sichergestellt, dass bei einer Leckage gleicher Größe immer der gleiche messbare Messdruckverlust auftritt.

Durch die automatische Erfassung elektronischer Messgeräte ist es z.B. möglich, große Leitungsmengen über 72 h ohne Zusatzkosten und Stillstandszeiten zu vermessen, wenn die Druckprüfung über das ganze Woche geplant ist. Der Kolben-Zylinder expandiert bei höherer Temperatur, so dass der entstehende Luftdruck bei gleicher Masse abnimmt. Diese Messabweichung ist jedoch sehr geradlinig, so dass sie genau ausgeglichen werden kann.

Die Temperatureinstellzeit beträgt mind. 1h/bar. Empfehlenswert ist die Kombination der Präzisions-Druckmessverfahren mit elektrischen Messwertaufnehmern zur kontinuierlichen Messung und einer 1-stündigen Differenzdruckmessung oder einer direkten Druckmessung mit einem Manometer zu Prüfbeginn und -ende. Zum einen wird die Meßgenauigkeit durch das Kolbendruckmanometer aufrechterhalten, zum anderen wird durch die automatische kontinuierliche Erfassung von Drücken und Temperatur mit der Elektronik Zeit gespart.

Die Effektivdruckdifferenz wird aus der um den Temperatureinfluß korrigierten Abweichung zwischen dem Absolutdruck zu Messbeginn und -ende berechnet. Die Druckverluste liegen bei konstanten 30 Millibar. Dies entspricht der DKD-Richtlinie 6-1 (Kalibrierung von Druckmessgeräten). Die Meßunsicherheit der eingesetzten Manometer, die typischerweise mit 10 bar bei ? erprobt wurden, darf 1/3 des erlaubten Druckverlustes nach den entsprechenden Vorschriften der DVGW-Fachregeln nicht überschreiten.

In Kunststoffrohren wird bei einem Testdruck über 10 Bar ein viscoelastisches Dehnungsverhalten beobachtet, das innerhalb von 24 Stunden nicht völlig abklingt und die Druckprüfung stört. Das Werkslabor kann auf eigene Initiative ohne Zulassung geführt werden, muss aber z.B. für die Druckmesstechnik in regelmäßigen Abständen durch das Kalibrierbüro oder DKD, in der Regel ein Kolbendruckmessgerät, kalibrieren lassen.

In einer Klimakammer wird der Drucksensor plus Datenlogger, d.h. die gesamte Meßeinheit, platziert und, wenn möglich, 3 in der Anwendung wahrscheinliche Temperaturmeßzustände gesetzt (Bild 7). Während der Kalibration werden zumindest in 2 meist 3 Meßreihen von z.B. 0 bis 22bar aufwärts bzw. abwärts vermessen. Linearitätsabweichung: Dies ist bei der Druckprüfung nahezu irrelevant, da der Meßbereich für die Dichtigkeitsprüfung nicht zwischen 0 und 20bar liegt, sondern meist nur im Bereich von 100nmbar.

Beispiel: Bei 20bar hat das Gerät eine Regelabweichung von 2ms bei 22bar von 10ms. Damit liegt die grösste Geradheitsabweichung in der gesamten Messserie bei 8 Millibar in einem 2-bar-Band. Unter der Annahme einer nicht springenden Fehlerkurve, die üblicherweise gilt, ergibt sich bei einem 100 mbar-Messbereich eine Regelabweichung von nur 0,4 mmBar und ist damit vollkommen unbedeutend.

Wiederholbarkeit: Diese Defektgröße ist für die Druckprüfung mitentscheidend. Obwohl der Fühler eine Linearitätsabweichung hat, muss er immer den selben Betrag ausgeben. Im Beispiel resultiert ein Wiederholfehler von 1 ms bei Pe = 1 ms zwischen oben und unten und bei Pe = 7 ms zwischen und oben und unten.

Die Messabweichung liegt damit bei 1 Millibar in Bezug auf 22 Millibar, das sind 0,004%. Temperaturabweichungen: Bei einem Druckaufnehmer ist dies weder von der Eichbehörde noch vom DKD bescheinigt. Er ist für die Druckprüfung sehr bedeutsam und muss daher durch eine Werksbescheinigung festgelegt werden. Kalibrierzertifikat DKD >> Messbereich: 1bar abs. bis 22b abs. Auflösung: 0,001b abs. PeM1 bisM2 abM3 bisM4 abM5 bisM6 abMittelAbwei.

Bild 8 verdeutlicht, wie der Meßfehler bei tiefen Umgebungstemperaturen stark zunimmt. Sie haben naturgemäß einen sehr kleinen Meßfehler hinsichtlich Temperatursensitivität und Wiederholbarkeit. Fehlerausgleich: Einige Drucksensorhersteller haben eine besonders komplexe Technologie entwickelt, mit der eine beachtliche Genauigkeit erzielt werden kann.

In der Klimakammer werden in einer flächigen Matrize Bezugsmessungen von Luftdruck und Lufttemperatur vorgenommen und die Längenmessabweichungen in Funktion von Luftdruck und Lufttemperatur über n - m Kalibrierpunkten erfasst. Von diesen Punkten wird ein interpolierendes Polynom, d.h. ein sogenannter Korrektur-Algorithmus, rechnerisch hergeleitet und in ein "Eprom" im Druckaufnehmer eingelesen.

Die Drucksensoren selbst sind mit einem Temperatursensor und einem eingebauten Microprozessor ausgerüstet, mit dem die Längenmessabweichungen im Fühler ausgeglichen werden. So kann der Anwender einen Meßfehler von < 0,05% bei einem Druckmeßbereich von 0 bis 10bar oder einer Offsetschaltung von 12 bis 22bar und einem Temperaturverhalten von 0°C bis +30°C gewährleisten.

Stahlrohr DN200; DP16; Rohrlänge = 1528 mm; das Rohrvolumen ist 48 Kubikmeter; der Testdruck ist auf 19bar-Absolutdruck eingestellt; die durchschnittliche Rohrtemperatur liegt bei 20,0°C. Versuchszeit 0,5 Std. /m3 - 48 Kubikmeter = 24 Std. Die zulässigen Druckverluste innerhalb der Prüfzeit betragen 30 mm. Fehlerberücksichtigung: Es wird ein Präzisions-Drucksensor von 12 bis 22bar Messbereich eingesetzt.

Dies führt bei 0,04% Messabweichung zu einem 4ms-Messwert. Wird dieser in einen zu korrigierenden Druckmessabweichung umgewandelt, beträgt das Ergebnis 3 Millibar. Aufgrund der indirekten Messung der Umgebungstemperatur und nicht der Temperatur der Direktleitung muss auch bei sorgfältiger Wahl und Wichtung ein Messabweichung angewendet werden; im Beispiel mit 0,05 K wird diese auf 3 bar umgesetzt.

Bei der Kumulierung ergeben sich 10 Millibar Messabweichungen. Für eine zuverlässige Dichtheitsangabe muss die Grenzabweichung, d.h. der erlaubte Druckabfall, also mind. 30 Millibar sein. Meßbeispiel: Die Linie fällt nach 24 h um 17 mmBar ab. Temperaturabhängig resultiert daraus ein Druckabfall von 4 mm. Die zulässigen Druckverluste liegen bei 30 bar.

Weil der daraus entstehende Druckabfall auch eindeutig in der Addition aller Messabweichungen enthalten ist, kann eine genaue Dichtheitsangabe gemacht werden. Aufgrund des Gefährdungspotentials von hochverdichteter Druckluft sollte bei Anlagen mit DP > 16bar das Druckmessmodul B 2 mit dem Messmedium Wasser angewendet werden. Speziell für den Gebrauch von Druck- und Temperatur-Messgeräten wurden die minimalen Anforderungen festgelegt, die durch Kalibrierzertifikate nachweisbar sind.

Die Verwendung von elektronischen Messgeräten, ggf. in Verbindung mit klassischer Messtechnologie, mindert die Güte von Druckversuchen nicht, solange die vorgegebenen Voraussetzungen gegeben sind. Das Druckprüfverfahren wird durch ihren Gebrauch dahingehend verbessert, dass der gesamte Prozessablauf rund um die Uhr durch eine vollautomatisierte Messwerterfassung vollständig erfasst wird, so dass auf eine permanente Präsenz des Personals während der Messzeit gänzlich verzichtet werden kann.

Wichtig ist es, die Temperaturmesspunkte richtig zu wählen, eine sinnvolle Temperaturbewertung durchzuführen und aufgrund der genauen Kenntnis der Wechselbeziehungen zwischen Messfehlern und Toleranz eine zuverlässige Aussage über die Dichtheit machen zu können. Durch die Bestimmung der Testdauer in Funktion des Geometrievolumens mit konstantem zulässigem Leitungsdruckverlust werden die gleichen Voraussetzungen für die Dichtheitsangabe geschaffen, und zwar ungeachtet der Leitungsgröße.