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Rohrleitungssysteme für den Transport von Wasserstoff Internationale Normen (EN 13480, ASME B31.3 und ASME B31.12) W. Khemakhem, D. Kölbl, Essen Die beiden bewährten Normen für Industrierohrleitungen ASME B31.3 und DIN EN 13480 werden im direkten Vergleich mit ASME B31.12 an zwei hypothetischen Projekten verglichen. Für Betreiber, Planer, Auslegung, Fertigung und Abnahme ist beispielhaft dargestellt, welchen Einfluss die Auswahl der Normen hat. Zusammenfassung Die verglichenen Normen sind oberflächlich betrachtet sehr ähnlich. Werden ASME B31.3, ASME B31.12 oder EN 13480 vollständig angewandt, bekommt der Anwender offenbar eine Leitung, die mit hinreichenden Sicherheitsmargen ausgelegt und in gewissem Umfang geprüft wurde. In den Details zeigen sich jedoch gewaltige Unterschiede. ASME B31.3 und EN 13480 sind allgemeine Rohrleitungsnormen, die für vielfältige Fluide, inklusive Wasserstoff, anwendbar sind, aber jeweils nicht die Besonderheiten für Druckwasserstoff ansprechen. Dagegen ist die ASME B31.12 ausschließlich für Wasserstoff gedacht. Sie regelt Industrieleitungen und Überlandleitungen. Im Vergleich der Industrierohrleitungen stellt die B31.12 Forderungen, die Besonderheiten von Druckwasserstoff, zum Beispiel durch Auslegungskoeffizienten oder Härtemessungen, berücksichtigen. Bei den anderen Normen müssen die Anwender diese Besonderheiten kennen und separat spezifizieren. Hinsichtlich Auslegung, Fertigung, Prüfung und Druckprobe werden hier nur einige der wirklich zahlreichen Unterschiede herausgestellt. Die Anwender sind somit gewarnt, sich wirklich für die Projekte mit den Normen, aber auch regulatorischen Anforderungen zu befassen. Vor dem Vermischen der Normen wird jedoch eindringlich gewarnt. 1 Einleitung Ein Vergleich von Normen ist grundsätzlich unvollständig und immer vom Blickwinkel des Betrachters abhängig. So ist auch diese Darstellung der Regelwerke „ASME B31.3 Process Piping“, „ASME B31.12 Hydrogen Piping and Pipelines“ und „DIN EN 13480 Metallische Industrielle Rohrleitungen“ eine Betrachtung ausgewählter Aspekte. Am Beispiel zweier Werkstoffe soll hier ein Eindruck von den Unterschieden erweckt werden. Natürlich ist im Rahmen dieses Artikels kein kompletter Vergleich möglich; den würde ohnehin niemand lesen wollen, er wäre deutlich länger als drei Normen zusammen. Bevor die Normen verglichen werden können, sind für das betreffende Projekt die Gesetze und Verordnungen am Ort der Anlage anzuwenden. Dann kommt die Spezifikation durch den Betreiber ins Spiel. Manch ein Betreiber überlässt alles dem Anlagenbauer, andere Betreiber haben eine genaue Vorstellung von Auslegungskriterien, Materialien, Komponenten, Prüfungen und Dokumentation. Diese gilt es dann in Einklang mit den Vorgaben des betreffenden Regelwerks zu bringen. Dabei geht es auch immer um Kosten, um Sicherheit und um Verantwortung. Hier wird ein erster Eindruck von der Unterschiedlichkeit der Regelwerke vermittelt, mit ein paar Stärken und Schwächen. In diesem Artikel geht es übrigens nicht um einen Wettbewerb, sondern um die vergleichende Anwendung dreier Normen an einem hypothetischen Projektbeispiel. Es wird eine Rohrleitung für 8 MPa Wasserstoffgas, im ersten Fall bei gemäßigten Temperaturen von -40 bis 100 °C und im zweiten bei 400 °C, durchaus warm, betrachtet. Bei den angestellten Vergleichen liegt das Augenmerk auf den Geltungsbereichen, den Verantwortlichkeiten, der Auswahl von Materialien, den Festigkeitskennwerten, der Kerbschlagerprobung (ja, die gibt es auch in der ASME Welt) sowie den resultierenden Wanddicken und Prüfumfängen. Abnahmen, Druckprobe und die erforderliche Dokumentation schließen diese kurze Betrachtung ab. Das Fazit ist: Die drei Normen sind verschieden. Sehr wenigen Gemeinsamkeiten stehen sehr viele Unterschiede gegenüber. Es bleibt dem Leser überlassen, diese Unterschiede zu bewerten. Es gibt keine prozentualen Unterschiede von Wanddicke Prüfkosten oder Prüfdruck, die universell gelten können. Der Anlagenbauer muss sich mit dem Regelwerk beschäftigen, damit gebaut wird, was der Betreiber gebrauchen kann, damit die Anlage in Betrieb gehen kann, damit die Anlage sicher die Herausforderungen des Fluidtransports bewältigen kann. Nur genaue Kenntnisse der Stärken und Schwächen von ASME B31.3, B31.12 und EN 13480 erlauben es, im Wettbewerb des internationalen Anlagenbaus mitzumachen, geeignete Zusatzforderungen festzulegen und sichere Anlagen zu bauen. <strong>DVS</strong> 392 5
2 Gesetze und Verordnungen Für industrielle Rohrleitungssysteme gelten je nach Aufstellungsort unterschiedliche gesetzliche Vorgaben. In der Europäischen Union muss die Druckgeräterichtlinie [3], im Vereinigten Königreich muss die Pressure Equipment (Safety) Regulation 2016 UK (PESR) [4] und in den USA sowie Kanada müssen jeweils die Kesselgesetze der einzelnen Staaten, Provinzen oder großen Städte [5] berücksichtigt werden. Dementsprechend sind die anzuwendenden Regelwerke und allfälligen Zusatzforderungen von Ort zu Ort nicht einheitlich, aber verbindlich zu beachten. Im US Bundesstaat Oregon beispielsweise [5] ist im Kesselgesetz vorschrieben, dass die ASME B31.3 verbindlich für Rohrleitungen eingehalten werden muss. An anderen Orten kann der Betreiber, seine Planungsfirma oder auch der Hersteller selbst entscheiden, welches Regelwerk für ein Projekt angewandt werden soll, etwa im Bundesstaat Texas [5]. Hier kann der Betreiber auch B31.12 oder EN 13480 vorgeben, das liegt in seinem Verantwortungsbereich. Weder die Druckgeräterichtlinie noch die PESR schreiben die Anwendung der EN 13480 vor. Diese harmonisierte Norm enthält in ihrem Teil 7 die Anleitung für die Durchführung des Konformitätsbewertungsverfahrens, das schlussendlich zur CE-Kennzeichnung des Rohrleitungssystems führt. Die Verwendung der ASME Normen unter der Druckgeräterichtlinie ist entgegen anderslautender Gerüchte nicht verboten, sondern durchaus gängige Praxis. Die verantwortliche Marktteilnehmer müssen dann freilich die Erfüllung der Wesentlichen Sicherheitsanforderungen aus der Richtlinie nachweisen und das Konformitätsbewertungsverfahren durchführen. Das soll aber in dieser Darstellung nicht weiter ausgeführt werden. 3 Geltungsbereiche und Zulassungen Wir betrachten einige ausgewählte Aspekte der aktuellen ASME B31.3-2022, ASME B31.12-2019 und der EN13480-2017. Der Zeit entsprechend wenden wir diese Aspekte an einer hypothetischen Wasserstoffrohrleitung an. Die betrachtete Rohrleitung hat einen Außendurchmesser von 168,3 mm (NPS 6 bzw. DN 150) und soll für 8 MPa Auslegungsdruck gemäß der jeweiligen Normen dimensioniert werden. Der Geltungsbereich der ASME B31.3 umfasst Prozess-Rohrleitungen mit über 15 psi oder 105 kPa Auslegungsdruck und/oder gefährlichen, heißen oder kalten Medien, während die EN 13480 bereits bei mehr als 0,5 bar Druck gilt. ASME B31.12 dagegen wurde konkret für das Medium Wasserstoff geschrieben. Es gibt keine Untergrenze hinsichtlich Druck oder Temperatur. Allerdings gibt es Obergrenzen beim Druck. Der Auslegungsdruck darf 15000 psi, etwa 103 MPa, für einige Werkstoffe sogar nur 6000 psi oder 4500 psi, nicht überschreiten. [6, Fußnoten (a), (2) und (5) der Tabelle GR-2.1.1-1] Für Temperaturen über 1000 °F (538 °C) wird in B31.12 auf die Regeln für „Elevated Temperature Service“ in der ASME B31.3 verwiesen, der Betrieb im Zeitstandbereich wird in B31.12 pauschal über die Festigkeitskennwerte behandelt [6]. ASME B31.12 beschreibt neben Industrierohrleitungen auch Überlandleitungen und Flüssiggasrohrleitungen. (Wasserstoff hat bei atmosphärischem Druck eine Siedetemperatur von -253 °C oder 20K). Überlandleitungen werden in diesem Vergleich allerdings ausgeklammert, der Leser wird auf den Part „PL“ in der B31.12 verwiesen. In unserem Beispiel ist die Leitung bei 8 MPa und -40 bis 100 °C bzw. 20 bis 400 °C in den Geltungsbereichen aller drei Normen enthalten. Bezüglich der Klassifizierung treffen wir jedoch auf völlig verschiedene Ansätze, Bild 1. Wasserstoffgas ist entzündlich und daher Fluidgruppe 1 (EN) aber „Normal Fluid“ in B31.3. Insofern wird das Medium Wasserstoff als Gas in der EN 13480 in zweifacher Hinsicht anders behandelt als etwa flüssiges Pflanzenöl. In der B31.3 gibt es keine Unterscheidung des Aggregatszustandes. Darüber hinaus gilt Wasserstoff als brennbares, aber nicht toxisches Fluid, als „Normal Fluid Service“. Hinsichtlich der Prüfumfänge und der Modulauswahl wird das noch eine Rolle spielen. 6 <strong>DVS</strong> 392
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