Unterschied zwischen PED und ASME Code bei der Verwendung von Stahlsorten nach den europäischen Werkstoffnormen und dem ASME Code.

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1 Unterschied zwischen PED und ASME Code bei der Verwendung von Stahlsorten nach den europäischen Werkstoffnormen und dem ASME Code. Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Die Bedingungen für den Bau und den Einsatz von z.b. Dampfkesseln und Druckbehältern regelt die Druckgeräterichtlinie für die Mitgliedsstaaten der Europäischen Union. In den USA und Kanada gilt die verbindliche Anwendung des ASME Codes für die Mehrzahl der Staaten der USA und Provinzen von Kanada. Seitdem die Druckgeräterichtlinie vor inzwischen mehr als 3 Jahren in Kraft getreten ist gibt es Diskussionen um die Anwendung des ASME Codes für Druckgeräte im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie. Davon betroffen sind auch die zum Bau verwendeten Werkstoffe. Die Dillinger Hütte als größter Grobblechhersteller in Europa liefert Grobbleche sowohl nach europäischen Werkstoffnormen als auch nach dem ASME Code. In ihrer Weiterverarbeitung werden daraus geschweißte Mantelschüssen, Böden und Pressteile gefertigt, die wesentlichen drucktragenden Umschließungen von Druckgeräten. Gegenstand dieses Beitrages ist es, die Unterschiede zwischen PED und ASME Code bei der Verwendung von Stahlsorten nach den europäischen Werkstoffnormen und dem ASME Code ansatzweise zu erläutern. Dazu werden zunächst die generellen Unterschiede zwischen PED und ASME Code in seiner offiziellen Anwendung in den USA und Kanada erklärt. Dann werden europäische Werkstoffnormen, Europäische Werkstoffzulassung und Einzelgutachten mit den ASME Material Standards und Code Cases verglichen. Abschließend wird die Vorgehensweise zur Überprüfung der Zähigkeitseigenschaften nach dem ASME Code in Verbindung mit der Druckgeräterichtlinie betrachtet. Druckgeräterichtlinie und ASME Code Während die Druckgeräterichtlinie im Anhang I in den grundlegenden Sicherheitsanforderungen eher globale Hinweise zu Entwurf und Fertigung von Druckgeräten und darüber hinaus zu den zu verwendenden Werkstoffen enthält gibt der ASME Code wesentlich detailliertere Vorgaben für die Auslegung und den Bau von Dampfkesseln und Druckbehältern. Der ASME Code ist daher eher vergleichbar mit den europäischen harmonisierten Produktnormen, wie z.b. EN oder EN Ein wesentlicher Unterschied zwischen den europäischen harmonisierten Produktnormen und dem ASME Code liegt darüber hinaus in der rechtlichen Verbindlichkeit des Codes den USA und in Kanada. Dennoch besteht dort im Einzelfall grundsätzlich die Möglichkeit, mit den örtlich zuständigen Behörden vom ASME Code abweichende Druckgeräte zu betreiben. Die europäischen harmonisierten Produktnormen stellen in Europa hingegen nur einen Weg dar, wenn auch den wesentlichen, um die grundlegenden Sicherheitsanforderungen der Druckgeräterichtlinie zu erfüllen. Der ASME Code ist das weltweit für den Bau von Dampfkesseln und Druckgeräten am häufigsten angewendete Regelwerk und findet, wie bereits erwähnt, nicht nur in den USA Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite1 von 12

2 und Kanada Anwendung. Allerdings werden außerhalb der USA und Kanada die Regelungen des ASME Codes wegen der fehlenden rechtlichen Verbindlichkeit im Betreiberland häufig weniger restriktiv und weniger verbindlich angewendet, wie wir im folgenden Beitrag noch sehen werden, wenn etwa ein amerikanische Erdölkonzern in Europa eine Raffinerie oder eine neue Produktionsroute, wie z.b. die Entschwefelung von Dieselkraftstoff, errichten will. In der Vergangenheit mußte die Prozesstechnologie und die dafür erforderlichen Druckgeräte den jeweiligen nationalen Vorschriften angepaßt werden. Seit der Einführung der Druckgeräterichtlinie ist die Anwendung des ASME Codes in Verbindung der Druckgeräterichtlinie deutlich vereinfacht. Druckgeräterichtlinie Die Verwendung von Werkstoffen wird in der Druckgeräterichtlinie im Anhang I, Abs. 4, Werkstoffe geregelt (Anlage 1). Danach müssen Werkstoffe im Rahmen der Druckgeräterichtlinie einer der folgenden Bedingungen genügen. Die Anforderungen an den zu verwendenden Werkstoff sind in - harmonisierten Normen oder in - Europäischen Werkstoffzulassungen festgelegt; alternativ kann im Einzelfall die Eignung in einem - Einzelgutachten nachgewiesen werden. Harmonisierte Normen: die harmonisierten Werkstoffnormen werden im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaft veröffentlicht und können auch im Internet unter der Adresse eingesehen werden. Leider halten die Veröffentlichungen von Werkstoffnormen und deren Harmonisierung nicht miteinander Schritt. So ist z.b. die Werkstoffnorm EN 10028, Teil 2, Flacherzeugnisse aus Druckbehälterstählen unlegierte und legierte Stähle mit festgelegten Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen, bereits im Juni 2003 veröffentlicht worden und ersetzt die bis dahin gültige Ausgabe Dennoch ist die Ausgabe 2003 bisher noch nicht als harmonisierte Werkstoffnorm veröffentlicht worden (Anlage 2). Da in den harmonisierten Produktnormen mitgeltende Normen, und somit auch Werkstoffnormen, nur als sogenannte datierte Verweisungen referenziert werden, kann im Zusammenhang mit deren Anwendung immer nur die Ausgabe der Werkstoffnorm herangezogen werden, auf die in der Produktnorm datiert verwiesen wird. Dies sei am Beispiel der EN für unbefeuerte Druckgeräte und eben den Werkstoffnormen für Grobbleche aus der Normenreihe EN erläutert. Der Teil 2 der EN 10028, Ausgabe 2003 darf wegen fehlender Harmonisierung nicht verwendet werden, obwohl hierin inzwischen Stahlsorten genormt wurden, die in der bisherigen Ausgabe noch nicht enthalten waren, z.b. 12CrMo9-10 oder 15NiCuMoNb5(- 6-4), für die bis zur Neuausgabe der Norm im Jahr 2003 neben den Werkstoffblättern der Werkstoffhersteller lediglich VdTÜV Werkstoffblätter veröffentlicht waren. Für diese Werkstoffsorten ist bis zur Harmonisierung der Norm nach wie vor ein Einzelgutachten erforderlich (Anlage 3). Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite2 von 12

3 Europäische Werkstoffzulassung Die zweite Möglichkeit zur Verwendung von Werkstoffen im Zusammenhang mit der Druckgeräterichtlinie ist der Einsatz von Werkstoffen nach Europäischen Werkstoffzulassungen. Diese sind ebenfalls über die oben erwähnte Internet-Adresse zugänglich. Europäische Werkstoffzulassungen werden nach den Grundsätzen für den Inhalt der Entwürfe der Europäischen Werkstoffzulassungen auf Antrag eines oder mehrerer Hersteller von Werkstoffen oder Druckgeräten von einer benannten Stelle, die speziell dafür bestimmt wurde, erstellt. Sie werden für Werkstoffe erstellt, die regelmäßig verwendet werden sollen, für die es jedoch keine harmonisierte Werkstoffnorm gibt. Europäische Werkstoffzulassungen sind im weitesten Sinne vergleichbar mit den VdTÜV Werkstoffblätter. Anders als in der Vergangenheit bei den VdTÜV Werkstoffblättern sind jedoch die Europäischen Werkstoffzulassungen nicht auf die beantragenden Hersteller beschränkt, sondern können auch von anderen Werkstoffherstellern verwendet werden. Dies ist auch in der Leitlinie 9/4 festgelegt (Anlage 4). In der Hersteller-unabhängigen Zulassung ist nicht zuletzt der Grund zu sehen, dass bisher erst wenige Europäische Werkstoffzulassungen veröffentlicht wurden. Einzelgutachten Die dritte Art der Verwendung von Werkstoffen, für die weder eine harmonisierte Werkstoffnorm noch eine Europäische Werkstoffzulassung existiert, ist die Erstellung eines Einzelgutachtens, das immer dann angewendet wird, wenn für den einzusetzenden Werkstoff weder eine harmonisierte Werkstoffnorm noch eine Europäische Werkstoffzulassung existiert. Wichtig ist in dem Zusammenhang festzustellen, dass das Einzelgutachten nach Druckgeräterichtlinie nicht mit dem Einzelgutachten verwechselt werden darf, wie es früher z.b. bei der Verwendung von sonstigen Werkstoffen nach den AD-Merkblättern der Fall war. Leider hat man bei der deutschen Übersetzung der Druckgeräterichtlinie für den im englischen Original verwendeten Begriff des Particular Material Approval, also die besondere Beurteilung des Werkstoffes, den mißverständlichen anders belegten bisherigen Begriff Einzelgutachten verwendet. Im AD2000 Regelwerk wird bereits seit einigen Jahren statt des Begriffes Einzelgutachten der Term Eignungsfeststellung eingesetzt. Anläßlich der 5. Europäischen Druckgerätetage 2003 wurde dieser Aspekt detailliert ausgeführt und kann in den entsprechenden Unterlagen nachgelesen werden. ASME Code ( mit ASME Stamp ) In den folgenden Ausführungen wird zunächst die verbindliche Verwendung des ASME Codes in Verbindung mit der Anwendung des Code Symbols (ASME Stamp) betrachtet, wie dies in den USA und Kanada der Regelfall ist. Der ASME Boiler and Pressure Vessel Code besteht aus insgesamt 12 Sections, die wiederum in Sections oder Divisions unterteilt sind (Anlage 5). Entsprechend den Zulassungsbedingungen des ASME Codes dürfen nur solche Druckgeräte und Teile davon (Parts) mit dem Code Symbol des jeweiligen Code Section gestempelt werden, die alle Anforderungen des Codes ohne Vorbehalt erfüllt haben. Jeder Code Section, der sich mit Geräten beschäftigt, sieht die Kennzeichnung der nach diesem Code Section gefertigten Produkte mit einem oder mehreren Code Symbol vor (Anlage 6). Beispiel: Dampfkessel nach ASME I S-Stamp Druckbehälter nach ASME VIII-1 U-Stamp oder UM-Stamp. Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite3 von 12

4 Für Werkstoffe im Geltungsbereich des ASME Codes gilt Section II, Material, mit Part A bis D. Eisenwerkstoffe, und somit auch die Stähle und die Bleche, die bei der Dillinger Hütte gefertigt werden und mit denen sich dieser Beitrag beschäftigt, sind in Section II, Part A genormt, Nichteisenwerkstoffe im Part B, Schweißzusatzwerkstoffe und Zusatzwerkstoffe zum Löten im Part C. Die zulässigen Berechnungskennwerte für die einzelnen Code Sections sind im Part D nachzuschlagen. Im großen Umfang sind die in ASME Code Section II genannten Werkstoffe identisch mit denen, die in den allgemeineren ASTM Standards behandelt sind. Mitunter gibt es im Standard nach dem ASME Code jedoch Einschränkungen gegenüber den allgemeineren ASTM Standard, auf dem ASME basiert. Es dürfen in den einzelnen Code Section jedoch nicht alle Werkstoffe und Stähle, die in ASME Section II genormt sind, verwendet werden. Die für die jeweiligen Sections des ASME Codes ( z.b. Section VIII Division 1, Unfired Pressure Vessel oder Section VIII Division 2, Alternative Rules) zulässigen Werkstoffe sind zunächst im jeweiligen Code Section in Tabellen aufgelistet (Anlage 7). Weiterhin können zunächst nur solche Werkstoffe nach den einzelnen Code Section verwendet werden, für die in ASME II, Part D, Berechnungskennwerte veröffentlicht sind. Es gibt z.b. im Section II, Part A, Werkstoffe, für die im Part D keine Berechnungskennwerte veröffentlicht sind. Anders als in den europäischen harmonisierten Produktnormen sind die Berechnungskennwerte des ASME Codes nicht ohne weiteres aus den Material Standards Berechnungskennwerte des ASME Codes werden vielmehr nach vorgegebenen Kriterien von ASME Committees verbindlich festgelegt und veröffentlicht. Hierin unterscheiden sich ASME und ASTM Standards deutlich von den europäischen Werkstoffnormen. In den ASME Material Standards werden in der Regel lediglich Angaben zur chemischen Zusammensetzung und den Eigenschaften im Zugversuch bei Raumtemperatur festgelegt, wie z.b. in SA 516 für den Grade 70, einer Stahlsorte, vergleichbar mit der europäischen Stahlsorte P355N, die sehr oft im Druckbehälterbau nach ASME VIII-1 oder VIII-2 Verwendung findet (Anlage 8). ASME SA516, Ausgabe 2004 basiert auf ASTM A 516, Ausgabe 1990! An dieser Stelle sei auf die supplementary requirements in den Material Standards verwiesen. Es handelt sich dabei um Zusatzanforderungen, die zwischen Besteller und Werkstoffhersteller vereinbart werden können und die nicht von Hause aus in den Leistungskatalog des Material Standards als Gewährleistung eingebunden sind. Bisher konnten die Stähle wie SA 516 Grade 70 nach dem ASME Code oft noch nach Verfahren gefertigt werden, die mit den modernen Stahlerzeugungsmethoden nicht mehr vergleichbar sind. Inzwischen hat eine Neuorientierung eingesetzt, wie dies etwa in der Neuausgabe 2004 des ASTM Standard A 516 Eingang gefunden hat. Jetzt können die Festigkeitseigenschaften mit niedrigeren Kohlenstoffgehalten bei gleichzeitig erhöhten Mangangehalten eingestellt werden, eine Stahldefinition, wie sie in der Vergangenheit in den niederländischen Stoomwezen Regels voor Toestellen onder Druk bereits genormt war und die dem üblichen europäischen Konzept für Feinkornstähle entspricht (Anlage 9). Es ist abzusehen, dass ASME diese Neuerung demnächst übernimmt. Betrachtet man die unterschiedlichen Ausgabedaten von ASTM und ASME Standrads so erkennt man, dass der ASME Code ebenso wie die harmonisierten Normen in Europa mit datierten Verweisungen arbeitet; es dürfen immer nur diejenigen Ausgaben auch von den ASTM Standards - herangezogen werden, die im jeweiligen ASME Standard und dem ASME Code Section genannt sind, es sei denn, die anzuwendenden Regelungen Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite4 von 12

5 des ASME Standards stimmen mit denen des neuen ASTM Standards überein! Die Verantwortung zur Sicherstellung dieser Übereinstimmung liegt beim Gerätehersteller, der dies ggf. dem Authorised Inspector oder im Rahmen eines Reviews nachweisen muss. ASME ist derzeit dabei, seine Codes einer Aktualisierung zu unterziehen und sie damit die Akzeptanz auf dem internationalen Markt noch weiter zu steigern. Die Vorreiterfunktion hat dabei ASME VIII-2 übernommen, in dem teilweise sogar Passagen zu finden sein werden, die aus EN bekannt sind. Zur Berechnung werden nach dem ASME Code die bereits erwähnten Berechnungskennwerte des ASME Section II, Part D verwendet, die selbst nicht als Freigabekriterium von Werkstoffen im Rahmen der Abnahmeprüfungen zu verwenden sind (Anlage 10). In den Tabellen des Part D werden darüber hinaus die Anwendungsgrenzen für die Auslegung nach den einzelnen Costruction Codes festgelegt. Der ASME Code kennt keinen Warmzugversuch als Abnahmekriterium für Werkstoffe, die z.b. in warmgehenden Geräten eingesetzt werden. Wenn die Durchführung eines Warmzugversuches als supplemenatry requirements zwischen den Beteiligten vereinbart wurde, so erfolgt dies regelmäßig auf informatorischer Basis, es sei denn, hierfür wurden Sollwerte verabredet. Auch hierin unterscheidet sich ASME deutlich von der europäischen Vorgehensweise. Ein weiterer wesentlicher Unterschied zu den europäischen Werkstoffnormen für Stähle besteht darin, dass die ASME Material Standards Zähigkeitsanforderungen im Regelfall ebenfalls lediglich als supplementary requirement definierten, deren Anwendung zwischen Besteller und Werkstoffhersteller zu vereinbaren sind. In den Design und Construction Codes wie z.b. ASME VIII Div. 1 oder Div. 2 werden Zähigkeitsanforderungen grundsätzlich gefordert. Bei den hochfesten wasservergüteten Stählen wird dabei mitunter auch der Pellini Versuch spezifiziert. Von dieser Forderung nach einem Zähigkeitsnachweis darf lediglich in bestimmten Ausnahmen abgewichen werden. Dies gilt immer dann, wenn nach der Auffassung von ASME nicht mit einem spröden Versagen der Konstruktion zu rechnen ist (Anlage 11). So ist etwa in ASME I für die warmgehenden Dampfkessel, bei denen kein Sprödbruch zu erwarten ist, grundsätzlich kein Zähigkeitsnachweis gefordert. Hieraus hat sich in den letzten Jahren der wesentliche Kritikpunkt in der Diskussion über die Zulässigkeit von ASME Werkstoffen im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie ergeben. Wenn bei der Herstellung eines Bauteils nach dem ASME Code Section ein Zähigkeitsnachweis erforderlich ist, das entsprechende Materialzeugnis jedoch keine entsprechenden Prüfergebnisse enthält, so hat der Gerätehersteller im Rahmen des ASME Codes innerhalb eines vorgegebenen Rahmens die Möglichkeit, die Werkstoffeigenschaften des von ihm eingesetzten Werkstoffes in eigener Regie und unter eigener Verantwortung zu überprüfen und die Übereinstimmung mit den Anforderungen des ASME Codes nachzuweisen. In diesem Punkt unterscheidet sich der ASME Code auch deutlich von den europäischen Regelungen, wo eine Nachqualifikation nur unter bestimmten Bedingungen und unter Einschaltung des Werkstoffherstellers möglich ist, wie dies in der Leitlinie 7/24 beschrieben wird (Anlage 12). Code Case Wenn in einem begründeten Bedarfsfall zum Bau eines ASME Behälters ein Werkstoff verwendet werden soll, der im anzuwendenden Konstruktionscode, z.b. ASME Section I, nicht als zulässiger Werkstoff aufgelistet ist oder für den in Section II, Part D keine Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite5 von 12

6 Berechnungskennwerte veröffentlicht sind, sieht der ASME Code eine weitere Möglichkeit zu dessen Verwendung vor. Für solche Werkstoffe kann ein sogenannter Code Case in einem festgelegten Verfahren bei ASME beantragt werden. Code Cases werden in einem eigenen ASME Handbuch veröffentlicht. Ein Code Case für Werkstoffe ist annähernd vergleichbar mit der Europäischen Werkstoffzulassung. Er kann erst dann angewendet werden, wenn der Code Case mit seinen Anwendungsgrenzen veröffentlicht ist. Wie die Europäische Werkstoffzulassung ist ein Code Case nicht auf den Werkstoffhersteller beschränkt, der die Daten für den Code Case beigestellt hat. Neben dem Anwendungsbereich des Werkstoffes werden im Code Case chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften und Berechnungskennwerte festgelegt, die notwendig sind, um den Werkstoff im Sinne des Codes zu definieren und einzusetzen. Wenn in den Konstruktionscodes des ASME Codes oder hinsichtlich des Einsatzbereiches des Werkstoffes der Zähigkeitsnachweis notwendig ist, so wird dieser auch in den dafür ausgestellten Code Cases spezifiziert. Als Beispiel ist der Code Case beigefügt (Anlage 13). Bis zur Ausgabe 2004 des ASME Codes war die Geltungsdauer eines Code Case zeitlich begrenzt. Nach Ablauf der Gültigkeit konnte der Code Case entweder verlängert, zurückgezogen oder offiziell im jeweiligen ASME Code Section berücksichtigt werden. Für Werkstoffe ist dies Section II. Nach den neueren Regelungen des ASME Codes sind Code Cases seit der Ausgabe 2004 nicht mehr mit einem Gültigkeitsdatum versehen. Seither verliert ein Code Case seine Gültigkeit erst dann, wenn er offiziell zurückgezogen wird (Anlage 14). Eine dem Einzelgutachten nach der Druckgeräterichtlinie vergleichbare Regelung, für einem speziellen Anwendungsfall durch die benannte Stelle, vergleichbar der Authorised Inspection Authority bzw. dem Authorised Inspector, oder gar durch den Gerätehersteller selbst einen Werkstoff zu qualifizieren, sieht der ASME Code nicht vor. Authorised Inspection Authority nach ASME Code und zuständige unabhängige Stelle nach Druckgeräterichtlinie. Während die Druckgeräterichtlinie den benannten Stellen einen sehr großen Entscheidungsspielraum zugesteht, sind die damit vergleichbaren Authorised Inspection Authorities und deren Mitarbeiter, die Authorised Inspectors, gemäß ASME Code in ihrem Entscheidungsspielraum deutlich eingeschränkt. Im ASME Code ist der für den Hersteller zuständigen einzelnen Authorised Inspector verantwortlich um sicherzustellen, dass die Anforderungen mit dem ASME Code beim Entwurf, der Herstellung und Prüfung eingehalten wurden. In dem für das Gerät oder das Part ausgestellten Data Report wird die individuelle Registriernummer des Authorised Inspectors ausgewiesen. Nach der Druckgeräterichtlinie trägt die benannte Stelle, bzw. die anerkannte unabhängige Prüfstelle respektive die Betreiberprüftselle diese Verantwortung, während deren einzelne Mitarbeiter nicht im Vordergrund stehen. Die benannte Stelle hat nach der Druckgeräterichtlinie zu überprüfen, dass die grundlegenden Sicherheitsanforderungen der Richtlinie eingehalten werden und kann in einem recht weit gespannten Rahmen individuell entscheiden, wie das in der Praxis umgesetzt wird, sogar das sogenannte Cherrypicking, wie es in der Leitlinie 9/6 beschrieben wird (Anlage 15). Nach dem ASME Code ist der Rahmen deutlich enger gefaßt. Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite6 von 12

7 Der Authorised Inspector nach dem ASME Code hat lediglich die Funktion zu überprüfen, ob bei der Auslegung, Fertigung und Abnahme eines ASME Behälters die Regelungen des ASME Codes strikt eingehalten wurden. Er hat jedoch weder die Befugnis, die Regelungen des ASME Codes zu interpretieren noch das Recht, mögliche festgestellte Abweichungen vom ASME Code zu bewerten und zu beurteilen. Sollte im Rahmen einer Abnahme eines ASME Behälters eine Abweichung von den Regeln des jeweiligen ASME Code Sections festgestellt werden, so muß diese den zuständigen ASME Gremien, z.b. im Rahmen eines Code Cases zur Entscheidung zugeleitet werden. Auslegungsfragen zu einzelnen ASME Code Sections werden nach einem festgeschriebenen Verfahren zur Interpretation an ASME gesandt und dort in den zuständigen Gremien einer Auslegung zugeführt. Die Interpretations werden in regelmäßigen zeitlichen Abständen zusammen mit den Addenda zu den jeweiligen Code Sections veröffentlicht und stehen in der Zwischenzeit auch im Internet zur Einsichtnahme bereit. Diese Vorgehensweise zur Auslegung des ASME Codes ist in etwa vergleichbar mit den Leitlinien zur Druckgeräterichtlinie. Anders als bei der Druckgeräterichtlinie ist beim ASME Code durch diese - mitunter zeitaufwendige - Vorgehensweise eine einheitliche Umsetzung sichergestellt, da diese Fälle immer von den gleichen Gremien behandelt werden und dem individuellen Entscheidungsspielraum, wie dies bei der Vielzahl der benannten Stellen in Europa möglich ist, Grenzen gesetzt sind. Die soeben beschriebenen restriktive Handhabung des ASME Codes hinsichtlich z.b. der Qualifikation der Gerätehersteller, der Qualifikation und der Verantwortung der Authorised Inspection Authority bzw. des Authorised Inspectors gilt nur für den Fall, dass die Geräte mit ASME Stamp und der damit verbundenen Vorgehensweise gefertigt wurden. ASME Code ( ohne Stamp ) Wie wir anfangs bereits gehört haben ist der ASME Code das weltweit am häufigsten angewendete Regelwerk. Da die Anwendung des Code Symbols und die damit verbundenen Auflagen außerhalb der USA und Kanadas nicht staatlich geregelt ist wird dort die Umsetzung der Anforderungen des Codes mitunter großzügiger gehandhabt, als dies sonst zulässig ist. In diesen Fällen ist die Anwendung des ASME Codes im Regelfall auf Vereinbarung zwischen dem Betreiber der Anlage, ggf. einer oder mehrerer eingebundener Engineering-Firmen, und dem Hersteller der Anlage geregelt. Das Code Symbol ist in solchen Fällen üblicherweise nicht erforderlich. Mitunter sind auch Behörden für die Errichtung und den Betrieb einer Anlage einzuschalten. Abweichungen von den strikten Vorgaben des ASME Codes sind in diesen Fällen zwischen den Beteiligten frei zu vereinbaren und werden in der Praxis sehr oft genutzt. Im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie kann dies nicht zuletzt über die bereits erwähnte Leitlinie 9/6 (Anlage 15) begründet werden. Wenn der ASME Code im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie angewendet werden soll, so muß zumindest für das Inverkehrbringen des Druckgerätes die zuständige unabhängige Stelle ihrer sich aus der Richtlinie ergebenden Aufgabe nachkommen und die Berücksichtigung der grundlegenden Sicherheitsanforderungen der Druckgeräterichtlinie überprüfen und sicherstellen. Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite7 von 12

8 Weitere Aspekte, die sich auf die Prüffristen der wiederkehrenden Prüfungen ergeben können, müssen mit den für den Betriebsort zuständigen Stellen rechtzeitig geklärt werden, um beim Betrieb vor unliebsamen Überraschungen gefeit zu sein. ASME Werkstoffe in europäischen Normen und europäische Stähle im ASME Code Kommen wir zurück zu der eigentlichen Fragestellung dieses Beitrages, den Unterschied zwischen PED und ASME Code bei der Verwendung von Stahlsorten nach den europäischen Werkstoffnormen und dem ASME Code. Beide Regelwerke, um einmal diesen Begriff übergeordnet für Druckgeräterichtlinie und ASME Code zu verwenden, erlauben grundsätzlich die Verwendung von Stahlsorten nach dem jeweils anderen Regelwerk. Allerdings sind die Möglichkeiten zum Einsatz europäisch genormter Stahlsorten gemäß ASME Code, wenn das Code Symbol angewendet werden soll, aus den oben beschriebenen Gründen deutlich restriktiver als dies nach der Druckgeräterichtlinie in umgekehrter Richtung der Fall ist. In ASME Section II, Part A gibt es die Standards SA/EN und -3, die zumindest auf den ersten Blick die Stahlsorten nach EN Teil 2 und Teil 3, in beiden Fällen die Ausgabe 1992 der Norm, für die Anwendung nach dem ASME Code regeln (Anlage 16). Wie bereits erwähnt, können, vom Sonderfall des Code Cases abgesehen, in den einzelnen Konstruktionscodes nur solche Werkstoffe verwendet werden, die darin ausdrücklich erwähnt sind und für die in ASME Section II Part D Berechnungskennwerte festgelegt sind. In ASME Section I für Dampfkessel ist unter den zulässigen ASME Standards SA/EN genannt, in ASME VIII-1 daneben auch SA/EN In ASME II-D gibt es jedoch lediglich Berechnungskennwerte für die Stahlsorten P295GH nach EN Teil 2 und P275NH nach EN Teil 3. Somit ist die Zahl der nach diesen europäischen Normen spezifizierten Stahlsorten nach dem ASME Code auf diese beiden Güten beschränkt (Anlage 17). Interessant ist in diesem Zusammenhang die Gegenüberstellung der Warmstreckgrenzenwerte nach der EN Teil 2 und den Berechnungswerten nach ASME II-D (Anlage 18 und 19). Anders als in den europäischen Regelwerken und Produktnormen werden im ASME Code nicht die Streckgrenzenwerte bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen der europäischen Normen als Berechnungskennwerte übernommen. Typisch ist vielmehr, dass die Berechnungskennwerte, oft unabhängig von der Bauteildicke, von tiefen Temperaturen beginnend bis zu recht hohen Temperaturen hin konstant sind. Der werkstoffspezifische Abfall der Streckgrenze mit steigender Temperatur wird im ASME Code nicht berücksichtigt. Auf der anderen Seite haben in EN Teil 2, Ausgabe 2003, inzwischen die Stahlsorten 13CrMoSi5-5, 13CrMoV9-10 und 12CrMoV12-10 Eingang gefunden, welche ihren Ursprung in ASTM bzw. ASME Standards haben (Anlage 20). Allerdings hat man für diese Stahlsorten die in Europa typischen werkstoffgerechte Sollwerte für die Festigkeitseigenschaften definiert, die, wie bei den europäischen Regelwerken üblich, sowohl für den Abnahmeversuch wie auch für die Berechnung herangezogen werden. Die genannten Stahlsorten werden regelmäßig z.b. für den Bau von Chemiereaktoren in der Petrochemie eingesetzt und sind in Spezifikationen von international tätigen Engineering-Firmen zu finden. Auf diese Weise wird der Einsatz dieser Spezialstähle im internationalen Geschäft erleichtert, ohne dass die technologischen Prozessparameter Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite8 von 12

9 der Anlagen, für die sie bestimmt sind, hinsichtlich der Werkstoffauswahl nennenswert geändert werden müssen. 13CrMoSi5-5 ist vergleichbar mit SA 387 Grade 11 Class 2. 13CrMoV9-10 ist vergleichbar mit SA 542 Type D Class 4a, einem 2 ¼ %Cr 1%MoV Stahl und 12CrMoV12-10 ist vergleichbar mit SA 542 Type C oder E Class 4a, einem 3% Cr 1%MoV Stahl. Zur Verwendung mit dem ASME Code gibt es neben den genannten Stahlsorten auch noch Code Cases für europäische Stahlsorten, wie etwa den Code Case 2353 für nahtlose Rohre aus der europäischen Stahlsorte 15NiCuMoNb5(-6-4). Auf Antrag eines Herstellers von ASME Behältern wurde, basierend auf der Werkssondergüte DILLINAL 460/630 NL der Dillinger Hütte, aktuell der Code Case 2477 erstellt. Es handelt sich dabei um die modifizierte Stahlsorte P460NL1 nach EN Teil 3 mit auf 630MPa erhöhter Mindestzugfestigkeit und höheren Sollwerten für die Kerbschlagarbeit. Dieser Code Case ist noch bis zum 20. Juni 2005 in der öffentlichen Stellungnahme und steht somit kurz vor der Veröffentlichung. Der Stahl wird zum Bau von Transportbehältern für Gefahrgüter für Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie für Container verwendet. Wie bereits erwähnt war in der Vergangenheit der Verzicht auf den Kerbschlagbiegeversuch ein wesentlicher Kritikpunkt bei der Verwendung von ASME Werkstoffen im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie. Diese Forderung leitet sich ab aus der Druckgeräterichtlinie Anhang I, Abs. 7.5 Im Abschnitt 7.5 werden Werkstoffeigenschaften benannt, die als besondere quantitative Anforderungen für bestimmte Druckgeräte gelten sollen (Anlage 21). Eine wichtige Forderung ist dabei, daß die Kerbschlagarbeit an der ISO-V Probe bei einer Temperatur von höchstens 20 C, jedoch höchstens bei der vorgesehenen tiefsten Betriebstemperatur mindestens 27J beträgt. Diese Anforderung ist in den neuen Ausgaben der europäischen Werkstoffnormen die teilweise schon harmonisierten sind- eingearbeitet. Bereits in der ersten Ausgabe der AD2000-Merkblätter wurde von deutscher Seite bei der Anpassung der AD-Merkblätter an die Richtlinie diese Bestimmung der Richtlinie berücksichtigt. In Diskussionen mit benannten Stellen, zumeist solche mit Hauptsitz außerhalb Deutschlands, wurde und wird diese Forderung jedoch nach wie vor nicht mit der Verbindlichkeit betrachtet und angewendet, wie dies in Deutschland der Fall zu sein scheint. Die Leitlinie 8/6 versucht, die von der Regel abweichenden Möglichkeiten und Ausnahmen dahingehend zu präzisieren, dass das Erreichen eines gleichwertigen Gesamtsicherheitsniveaus nachgewiesen werden kann (Anlage 22). Diese Leitlinie führt aus, dass bei Anwendung einer harmonisierten Produktnorm für Druckgeräte keine weitere Begründung für die quantitativen Werte gemäß Anhang I, Abs. 7 der Richtlinie erforderlich ist. Es wird aber auch festgestellt, dass die Anwendung eines anerkannten Codes alleine nicht ausreichend ist, um ein gleichwertiges Gesamtsicherheitsniveau nachzuweisen. Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite9 von 12

10 Der Druckgerätehersteller muß in einem solchen Fall ggf. auch die Zustimmung der benannten Stelle finden, um im Rahmen des Konformitätsbewertungsverfahrens mit dem von ihm gewählten Verfahren ein gleichwertiges Gesamtsicherheitsniveau nachweisen zu können. Nach dem Wortlaut in Abschnitt 7.5 im Anhang I der PED gelten die dort genannten Anforderungen, also auch die 27J im Kerbschlagbiegeversuch, "sofern nicht andere zu berücksichtigende Kriterien andere Werte erfordern...". Von den eben aufgezeigten Möglichkeiten in der Richtlinie und der Leitlinie 7/17 (Anlage 23), alternative Regelungen zum Kerbschlagbiegeversuch bei einer bestimmten Temperatur mit bestimmten Anforderungen in Anspruch zu nehmen, wird regelmäßig, auch bei Anwendung von harmonisierten Produktnormen und technischen Regelwerken Gebrauch gemacht, im Geltungsbereich der harmonisierten Norm EN ebenso wie in den an die Anforderungen der Druckgeräterichtlinie angepaßten nationalen Vorschriften, z.b. CODAP 2000 in Frankreich und PD5500 in Großbritannien. Alle diese Vorschriften lassen unter bestimmten Bedingungen tiefste Betriebstemperaturen zu, die tiefer liegen als die Temperatur, bei der nach Abs im Anhang I der Richtlinie "die Kerbschlagarbeit an der ISO-V Probe... mindestens 27J" beträgt. Von der Möglichkeit zur Verwendung von sprödem Gußeisen oder austenitischer Stählen, die bis zu sehr tiefen Betriebstemperaturen eingesetzt werden und üblicherweise mit dem Kerbschlagbiegeversuch nur bei Raumtemperatur überprüft werden, einmal abgesehen. Die Besonderheiten bei der Umsetzung von Abs. 7.5 im Anhang I zur PED handelt es sich also nicht um ein spezifisches Problem des ASME Codes, das aber dessen Anwendung im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie immer wieder in Frage stellt. Auf die Begriffe andere Werte und andere Kriterien im Text von Anhang I der PED geht die Leitlinie 7/22 ein (Anlage 24). Danach sind mit anderen Kriterien solche zu verstehen, die abhängig von Typ, Abmessungen, Produktform, Beanspruchungsniveau und Betriebsbedingungen des Druckgerätes zu berücksichtigen sind, um z.b. die erforderliche Zähigkeit und Bruchdehnung sicher zu stellen. Der Begriff andere Werte bezieht sich auf diese anderen Kriterien und kann sich sowohl auf höhere Anforderungen an die genannten Kriterien Zähigkeit und Bruchdehnung beziehen, aber auch Anforderungen an zusätzliche Eigenschaften. Auch die Lieferung von Druckgeräten nach dem ASME Code im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie orientieren sich an diesen Formulierungen, ohne die entsprechenden Leitlinien hinsichtlich ihres Rechtsstatus überzubewerten. Wie bereits erwähnt kennt ASME I für Dampfkessel gar keinen Nachweis der Kerbschlagarbeit. In ASME VIII-1, UCS-66 und in VIII-2, AM-218 sind Ausnahmen von der generellen Nachweispflicht für die Kerbschlagarbeit zu finden, jeweils für ein Anwendungsspektrum von tiefster Betriebstemperatur (der sogenannten Minimum Design Metal Temperature ), Stahlsorte und Wanddicke (Anlage 25). Mit Verweis auf die oben zitierten Abschnitte 7 bzw. 7.5 im Anhang I der Richtlinie ist durch die Anwendung des jeweiligen Regelwerkes und der darin angewendeten Sicherheitsphilosophie davon auszugehen, daß mit deren Anwendung die in der Richtlinie geforderten geeigneten Maßnahmen" ergriffen wurden, um ein gleichwertiges Gesamtsicherheitsniveau zu erzielen", und somit andere zu berücksichtigende Kriterien andere Werte erfordern. Im Falle des ASME Codes kann das bedeuten, daß keine oder andere Werte für den Kerbschlagbiegeversuch erforderlich sind als im Abs. 7.5 im Anhang I zur Richtlinie angegeben. Wir haben in den letzten Jahren bei der Dillinger Hütte zahlreiche Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite10 von 12

11 Anwendung gesehen, in denen in Verbindung mit der PED vollinhaltlich nach ASME Code verfahren wurde, d.h. es war bei Anwendung von ASME Code ( ohne Stamp ) in Verbindung mit der Druckgeräterichtlinie kein Kerbschlagbiegeversuch spezifiziert. In diesen Fällen ist es nicht die Aufgabe des Werkstoffherstellers für das gleichwertige Gesamtsicherheitsniveau im Sinne der Richtlinie zu sorgen, sondern die des Geräteherstellers und der benannten Stelle. Allerdings werden diese Fälle immer seltener, da im Regelfall der Mindestwert von 14% für die Bruchdehnung und der Kerbschlagbiegeversuch zum Nachweis des 27J Kriteriums der Richtlinie spezifiziert wird, auch dann, wenn im ASME Code formal auf den Kerbschlagbiegeversuch verzichtet werden könnte. So wird auch formal die Übereinstimmung mit den Anforderungen mit der Richtlinie erreicht und die Akzeptanz der Anwendung des ASME Codes durch die benannte Stelle erleichtert. Die bereits erwähnte Leitlinie 7/17 setzt sich mit der Frage auseinander, ob eine Stahlsorte, die für ein drucktragendes Teil eingesetzt wird, immer spezifizierte Kerbschlagarbeitswerte haben muß, wie dies im Anhang I, Abs. 7.5 der Richtlinie angesprochen wird (Anlage 23). Auch aus der Leitlinie 7/17 läßt sich der Verzicht auf den Nachweis der Kerbschlagarbeit, wie dies im ASME Code mitunter zulässig ist, durchaus ableiten. Die Sicherheitsphilosophie des ASME Codes geht in den Fällen, in denen auf den Nachweis der Kerbschlagarbeit verzichtet werden kann, davon aus, dass kein Sprödbruch auftritt, sofern strikt nach den Regelungen des ASME Codes gearbeitet wird, wie dies bei den Behältern mit ASME Stamp immer der Fall ist. Die Leitlinie 7/17 läßt beim bereits als zulässig beschriebene selektive Arbeiten mit Auszügen aus Regelwerken ( Rosinenpicken) einen solchen Verzicht nicht zu, sondern nur dann, wenn ein Regelwerk als Ganzes angewendet wird. Aber auch hier gilt: Leitlinien haben nur informellen Charakter und man sieht, dass man aus Leitlinien fallweise Argumente ableiten kann, die in die Konformitätsbewertung eines Druckgerätes einfließen können. Zusammenfassung Druckgeräterichtlinie und ASME Code regeln Entwurf, Bau und Abnahme z.b. von Druckbehältern und Dampfkesseln. Während der ASME Code dafür detaillierte Vorgaben macht gibt die Druckgeräterichtlinie nur eher allgemeine Anleitungen und grundlegende Sicherheitsanforderungen, die auf vielfältige Weise eingehalten werden können. Während der ASME Code in der Mehrzahl der Staaten der USA und Provinzen in Kanada von Einzelfällen und Ausnahmen abgesehen- das einzige und verbindliche Regelwerk für Druckgeräte in diesen Ländern darstellt, bietet die Druckgeräterichtlinie auch die Möglichkeit, ASME Behälter im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie in Europa in Verkehr zu bringen. Dies trifft auch für die Verwendung der zum Bau der Geräte zulässigen Werkstoffe zu. Im vorliegenden Beitrag wird der Unterschied zwischen PED und ASME Code bei der Verwendung von Stahlsorten nach den europäischen Werkstoffnormen und dem ASME Code. Anhand von Beispiele wird aufgezeigt, wie europäische Stahlsorten im Rahmen des ASME Codes verwendet werden können, und wie ursprünglich amerikanische Stahlsorten in europäischen Normen Eingang gefunden haben. Die Anforderungen an die Kerbschlagarbeit im Abs. 7.5 in Anhang I zur PED und die dazu veröffentlichten Leitlinie werden hinsichtlich der Regelungen zum Zähigkeitsnachweis des ASME Codes diskutiert. Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite11 von 12

12 Dabei wird deutlich, dass die Regelungen des ASME Codes durchaus mit dem derzeitigen Stand der veröffentlichten Leitlinien zur PED im Einklang stehen, so wie das auch in der Praxis von benannten Stellen befürwortet wird. Allerdings werden in der letzten Zeit immer häufiger sowohl die Anforderungen an die Bruchdehnung wie auch an die Kerbschlagarbeit im Sinne der PED, Anhang I, Abs. 7.5 für ASME Stähle spezifiziert, um so auch formal die Übereinstimmung mit den grundlegenden Sicherheitsanforderungen der PED zu demonstrieren. Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite12 von 12

13 Zusammenfassung Druckgeräterichtlinie und ASME Code regeln Entwurf, Bau und Abnahme z.b. von Druckbehältern und Dampfkesseln. Während der ASME Code dafür detaillierte Vorgaben macht, gibt die Druckgeräterichtlinie nur eher allgemeine Anleitungen und grundlegende Sicherheitsanforderungen, die auf vielfältige Weise eingehalten werden können. Während der ASME Code in der Mehrzahl der Staaten der USA und Provinzen in Kanada von Einzelfällen und Ausnahmen abgesehen das einzige und verbindliche Regelwerk für Druckgeräte in diesen Ländern darstellt, bietet die Druckgeräterichtlinie auch die Möglichkeit, ASME Behälter im Geltungsbereich der Druckgeräterichtlinie in Europa in Verkehr zu bringen. Dies trifft auch für die Verwendung der zum Bau der Geräte zulässigen Werkstoffe zu. Im vorliegenden Beitrag wird der Unterschied zwischen PED und ASME Code bei der Verwendung von Stahlsorten nach den europäischen Werkstoffnormen und dem ASME Code. Anhand von Beispiele wird aufgezeigt, wie europäische Stahlsorten im Rahmen des ASME Codes verwendet werden können, aber auch wie ursprünglich amerikanische Stahlsorten in europäischen Normen Eingang gefunden haben. Die Anforderungen an die Kerbschlagarbeit im Abs. 7.5 in Anhang I zur PED und die dazu veröffentlichte Leitlinie werden hinsichtlich der Regelungen zum Zähigkeitsnachweis des ASME Codes diskutiert. Dabei wird deutlich, dass die Regelungen des ASME Codes durchaus mit dem derzeitigen Stand der veröffentlichten Leitlinien zur PED im Einklang stehen, so wie das auch in der Praxis von benannten Stellen befürwortet wird. Allerdings werden in der letzten Zeit immer häufiger sowohl die Anforderungen an die Bruchdehnung wie auch an die Kerbschlagarbeit im Sinne der PED, Anhang I, Abs. 7.5 für ASME Stähle spezifiziert, um so auch formal die Übereinstimmung mit den grundlegenden Sicherheitsanforderungen der PED zu demonstrieren. Summary ASME Code as well as PED give advises for the design, construction and inspection e.g. for boiler and pressure vessel. The use of the ASME Code is mandatory in most of the States of the USA and Provinces of Canada. Pressure equipment as per other rules and standards can be used only case by case. In Europe it is on the other hand easily possible to build pressure equipments following the ASME Code in combination with the PED, to place them on the market and to putt them into service. This is also applicable in terms of the material to be used for the construction of those equipments. In this report the differences between PED and ASME Code will be shown in the application of steel grades following European material standards and ASME material standards. Some examples will be shown where European steel grades are used as per ASME Code and European standards where steel grades based on ASME Standards are standardised. The requirements on impact strength as per clause 7.5 in Annex I of PED and the published Guidelines are discussed with regard to the regulations on impact test as per ASME Code. It will be shown that the regulations as per ASME Code are comparable to those of PED and the related Guidelines. The application of the ASME Code in combination with PED Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite1 von 2

14 is regularly applied in the EC. When using the ASMEV Code in combination with PED the equipment manufacturer specify in the last years regularly the requirements of PED, Annex I, clause 7.5 on elongation and impact strength to demonstrate formally the compliance with the essential safety requirements as per PED. Rudolf CAWELIUS, AG der DILLINGER HÜTTENWERKE Seite2 von 2

15 6. Europäische Druckgerätetage Juni 2005, München Unterschied zwischen PED und ASME Code bei der Verwendung von Stahlsorten nach europäische Werkstoffnormen und dem ASME Code Anhang I, Grundlegende Sicherheitsanforderungen Abs.. 4, Werkstoffe 4.2. b) der Hersteller hat in den technischen Unterlagen Angaben zur Einhaltung der Werkstoffvorschriften der Richtlinie in einer der folgenden Formen zu machen: - Verwendung von Werkstoffen entsprechend den harmonisierten Normen; - Verwendung von Werkstoffen, für die eine europäische Werkstoffzulassung für Druckgeräte gemäß Artikel 11 vorliegt; - Einzelgutachten zu den Werkstoffen. c) Bei Druckgeräten der Kategorien III und IV wird das Einzelgutachten gemäß Buchstabe b) dritter Gedankenstrich von der für die Konformitätsbewertung des Druckgerätes zuständigen benannten Stelle durchgeführt. Anlage 1

16 EN Teil 2 Ausgabe 2003 Anlage 2 Europäische harmonisierte Normen (Auszug) Anlage 3

17 Leitlinie 9/4 Frage: Darf eine europäische Werkstoffzulassung für Werkstoffe, deren Verwendung vor dem 29. November 1999 als sicher befunden wurde" auf einen oder mehrere Werkstoffhersteller beschränkt werden? Antwort: Nein, siehe Leitlinie 9/3. Anmerkung: Wenn ein Werkstoff, der von einer europäischen Werkstoffzulassung erfaßt ist, patentiert oder zum Patent angemeldet ist, sollte diese Information in die europäische Werkstoffzulassung aufgenommen werden. Anlage 4 Anlage 5 3

18 ASME Code Symbols ( Stamp ) Anlage 6 Zulässige Werkstoffe (Auszug) gemäß ASME VIII Divison 2 Anlage 7

19 SA 516 Grade 70 (Auszug) Anlage 8 Vergleich chemische Analyse ASME SA 516 Ed. 2004/ ASTM 516 Ed Anlage 9

20 Einsatzbereich und Allowable Stress Values nach ASME II Part D, u.a. für P295GH Anlage 10 Zähigkeitsanforderungen gemäß ASME VIII Div. 2 Anlage 11

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