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Was eine Druckklasse wirklich bedeutet

ASME B16.5 „Pipe Flanges and Flanged Fittings: NPS 1/2 through NPS 24 Metric/Inch Standard“ definiert Flansche über die Druckklasse und nicht über einen festen Druck in bar oder psi. Die sieben Klassen sind 150, 300, 400, 600, 900, 1500 und 2500. Die Klassenzahl ist eine dimensionslose Kennzahl. Der Druck, den ein Flansch tatsächlich aufnehmen darf, hängt von zwei weiteren Faktoren ab: der Werkstoffgruppe und der Betriebstemperatur.

Ein Flansch der Klasse 300 bedeutet daher nicht 300 psi. Gemeint ist ein Flansch, dessen zulässiger Druck bei einer bestimmten Temperatur den Druck-Temperatur-Tabellen der Norm zu entnehmen ist.

Warum die Druckbelastbarkeit mit steigender Temperatur sinkt

Stahl verliert bei erhöhter Temperatur an Festigkeit, daher sinkt der zulässige Betriebsdruck mit steigender Temperatur. Jede Werkstoffgruppe in ASME B16.5 hat ihre eigene Druck-Temperatur-Tabelle. Die Tabellen geben den maximal zulässigen Überdruck bei abgestuften Temperaturen an und gelten für Flansch, Schrauben und Dichtung als Verbindung.

Zwei Punkte werden oft übersehen:

• Der höchste Wert in einer Tabelle gilt bei einer niedrigen Referenztemperatur, nicht bei der tatsächlichen Auslegungstemperatur.
• Werte zwischen den angegebenen Temperaturen dürfen nur interpoliert werden, soweit die Norm es erlaubt. Der Wortlaut des betreffenden Abschnitts ist zu prüfen.

Werkstoffgruppen

ASME B16.5 ordnet die erfassten Werkstoffe Gruppen zu (Tabelle 1A der Norm listet die Werkstoffe auf und weist jedem eine Gruppennummer zu). Beispiele für geschmiedete Werkstoffe, die üblicherweise Gruppen zugeordnet werden:

Man sollte nicht davon ausgehen, dass zwei Werkstoffe mit ähnlicher Bezeichnung dieselbe Druckbelastbarkeit haben. Ein Flansch aus Kohlenstoffstahl und ein Flansch aus nichtrostendem Stahl derselben Klasse haben bei gleicher Temperatur unterschiedliche zulässige Drücke. Einige nichtrostende Sorten haben zudem je nach Kohlenstoffgehalt oder Wärmebehandlungszustand getrennte Zuordnungen. Zuerst ist stets die Gruppennummer zu ermitteln, dann die Tabelle.

Auswahl einer Klasse

Die Vorgehensweise ist einfach:

• Auslegungsdruck und Auslegungstemperatur festlegen, einschließlich Störfallbedingungen.
• Flanschwerkstoff und dessen Gruppe nach ASME B16.5 bestimmen.
• Die Tabelle dieser Gruppe lesen und die niedrigste Klasse finden, deren zulässiger Druck bei der Auslegungstemperatur den Auslegungsdruck erreicht oder übersteigt.

Klasse 150 ist die niedrigste Klasse. Bei höheren Temperaturen sinkt ihre Belastbarkeit deutlich, daher ist sie nicht mit einer allein nach dem Druck gewählten Klasse austauschbar. Die Klassen 900, 1500 und 2500 werden für schwere Betriebsbedingungen eingesetzt; für diese Klassen enthält die Norm besondere Regeln zu Abmessungen und zur Verwendung größerer Nennweiten. Zu beachten ist, dass Klasse 2500 in der Norm nur bis zu einem begrenzten Größenbereich abgedeckt ist; die Größengrenzen sind in der verwendeten Ausgabe zu bestätigen.

Weitere Einflüsse auf die Druckbelastbarkeit

• Dichtfläche: Flansche mit Vorsprung, glatter Dichtfläche und Ringnut haben unterschiedliche Maßvorgaben, einschließlich der Höhe des Dichtleistenvorsprungs in den Klassen 150 und 300 gegenüber den höheren Klassen.
• Flanschart: Vorschweißflansche, Aufsteckflansche, Muffenschweißflansche, Gewindeflansche, Lose Flansche mit Bund und Blindflansche sind alle nach Klassen eingestuft, jedoch hat jede Art eigene Größen- und Einsatzgrenzen.
• Schrauben und Dichtungen: Die Druckbelastbarkeit setzt eine geeignete Auswahl von Schrauben und Dichtung voraus. Dichtungsmaße sind in ASME B16.20 (metallisch) und ASME B16.21 (nichtmetallisch) geregelt.
• Rohrwanddicke: Ein Vorschweißflansch sollte passend zur Rohrwanddicke (Schedule) nach ASME B36.10M oder ASME B36.19M ausgebohrt sein.
• Größere Nennweiten: Flansche über NPS 24 fallen unter ASME B16.47 (Serie A und B), nicht unter B16.5.

Vergleich mit anderen Systemen

EN 1092-1 verwendet PN-Bezeichnungen und eigene Werkstoffgruppen, mit Druckbelastbarkeiten in den Tabellen der EN 1092-1. DIN-Flansche (die nationalen Vorgänger der EN-Reihe) und Flansche nach GOST 33259 folgen ebenfalls einer PN-Logik. In Australien gilt AS 4087. PN und Klasse sind nicht direkt gleichwertig: Flansche der Klasse 150 und PN 20 oder PN 16 können bei bestimmten Größen einige Lochkreise gemeinsam haben, dürfen aber nicht ohne Prüfung der Maße und Druckbelastbarkeiten in der jeweiligen Norm als austauschbar betrachtet werden.

Checkliste für den Käufer

• Norm und Ausgabe angeben, z. B. ASME B16.5 mit Jahreszahl.
• Klasse, Nennweite (NPS), Art und Dichtfläche angeben.
• Den Werkstoff mit der genauen ASTM-Bezeichnung festlegen, einschließlich Sorte und etwaiger Zusatzanforderungen wie Kerbschlagprüfung.
• Auslegungsdruck und -temperatur angeben und anhand der richtigen Gruppentabelle prüfen.
• Das Rohr-Schedule für die Bohrung von Vorschweißflanschen angeben.
• Anforderungen an Dichtung, Schrauben und Oberflächenbeschaffenheit der Dichtfläche festlegen.
• Die Art des Werkstoffzeugnisses anfordern, z. B. EN 10204 3.1, sowie etwaige Kennzeichnungsanforderungen.
• Größengrenzen für die Klasse bestätigen und für NPS über 24 ASME B16.47 verwenden.