Lecksuche: Das müssen Sie wissen

Unter technischen Gründen wird primär der Erhalt der optimalen Kältemittelfüllmenge verstanden. Verringert sich diese, sind verlängerte Verdichterlaufzeiten, ungünstige Sauggastemperaturen etc. die Folge. Dies wirkt sich verschleißfördernd aus, führt zu erhöhtem Energieverbrauch und verkürzter Lebensdauer. Die erhöhten Aufwände für Betrieb, Reparatur, Kältemittel und ggf. Anlagenausfall sind ökonomische Gründe zur Dichtheit von Kälteanlagen, die sowohl fluorierte als auch natürliche Kältemittel betreffen.

Fluorierte Kältemittel tragen durch ihren oftmals hohen GWP-Wert zur Verstärkung des Treibhauseffektes bei. Neben den direkten Emissionen infolge von Leckagen sind jedoch auch die indirekten Emissionen bei der Erzeugung der Antriebsenergie für die Kälteanlage zu berücksichtigen. Bei ungünstigen Betriebsparametern, z. B. bei Unterfüllung durch Kältemittelmangel, steigen diese somit auch bei Einsatz von natürlichen Kältemitteln und tragen so indirekt zum Treibhauseffekt bei. Deshalb müssen Leckagen aus ökologischen Gründen bei allen Kältemitteln gering gehalten werden.

Rechtliche Gründe zur Durchführung der Lecksuche bzw. Dichtheitsprüfung beinhalten das Einhalten von Verordnungen, Normen, Regularien und das Berücksichtigen der technischen Standards. Zu nennen sind u. a. die VO (EU) 517/2014 (F-Gase-Verordnung) mit Angaben zu regelmäßigen Dichtheitsprüfungen, die Chemikalien-Klimaschutz-Verordnung mit Angaben zu spezifischen Kältemittelverlusten und das VDMA-Einheitsblatt 24243 (2005) mit Angaben zur Einzelleckagerate je Verbindungsstelle. Die genannten Verordnungen betreffen Anlagen mit fluorierten Kältemitteln. Für Anlagen mit natürlichen Kältemitteln sind sie nicht zwingend bindend, jedoch kann das VDMA-Einheitsblatt als Orientierung ausdrücklich auch für diese Anlagen angewendet werden.

Weiterhin muss der Austritt von Kältemittel auch vermieden werden, um die Ansammlung ggf. toxischer Gasmengen am Aufstellungsort der Anlage zu vermeiden und den Arbeitsplatzgrenzwert nicht zu überschreiten.

Dichtheitsprüftechnologische Grundsätze

Bei den sogenannten Prüfgasverfahren zur Dichtheitsprüfung an Kälteanlagen werden diese auf Leckagen geprüft, indem sie mit einem Prüfgas beaufschlagt und anschließend mit einem Leckdetektor abgesucht werden. Als Prüfdruck wird ein Druck in Höhe des maximal zulässigen Betriebsdrucks angestrebt. Für Anlagen, die mit fluorierten Kältemitteln betrieben werden, liegt dieser Druck in der Regel unter 30 bar, für transkritische CO₂-Anlagen jedoch deutlich höher.

Zur erfolgreichen Lecksuche sind prüftechnologische Grundsätze zu beachten. Zu nennen sind folgende Punkte:

1. Dichtheitsprüfung erst nach erfolgter Druckfestigkeitsprüfung

Aus Gründen der Arbeitssicherheit darf die Dichtheitsprüfung erst nach der Druckfestigkeitsprüfung erfolgen.

2. Prüfbelastungsrichtung gleich Betriebsbelastungsrichtung

Im Allgemeinen werden Anlagen im Überdruck betrieben. Die Prüfung sollte auch im Überdruck erfolgen, da Lecks von der Betriebsbelastung abhängig sein können. Beispielsweise kann ein Flansch, der bei Unterdruck dicht“ ist, bei Überdruck undicht sein.

3. Prüfdruck gleich maximal zulässigem Betriebsdruck

Druck und Leckagerate stehen in einem (nahezu) quadratischen Zusammenhang. Je höher der Prüfdruck, desto höher ist die Leckagerate bei einem geometrisch gleich großen Leck (vgl. Tabelle 1). Mit höherem Prüfdruck steigt somit die Aussagekraft der Prüfung. Durch einen höheren Prüfdruck lassen sich Flüssigkeiten aus Lecks schneller austreiben und die mechanische Belastung des Prüflings steigt.

4. Grobdichtheitsprüfung vor Feindichtheitsprüfung

Große Lecks stören die Feinlecksuche. Deshalb sollten die bei der Grobdichtheitsprüfung festgestellten Lecks vor der anschließenden Feinlecksuche beseitigt werden. Beispielsweise kann zunächst die Groblecksuche mit Lecksuchspray erfolgen. Nach Verschließen der gefundenen Lecks erfolgt dann die Feinlecksuche.

5. Prüflinge säubern und trocknen, Prüfung möglichst vor Farbgebung

Schmutz, Flüssigkeiten (Öl, Feuchtigkeit), Schutzanstriche etc. können Lecks (meist kurzzeitig) verschließen bzw. Leckdetektoren beschädigen.

6. Homogenes Prüfgas gewährleisten

Werden Prüfgasgemische verwendet, so muss sichergestellt werden, dass diese homogen sind. Zu beachten ist, dass sich Gase in engen Leitungen und kleinen Räumen nur sehr langsam mischen. Eine Stickstoffzugabe zur Druckerhöhung bei einer Kältemittelrestfüllung ist insbesondere bei fluorierten Kältemitteln zu vermeiden, da deren absichtliche Freisetzung laut VO (EU) 517/2015 verboten ist.

7. Anwendung von Feinprüfverfahren für Anlagenteile, die während des Betreibens unzugänglich sind

Die Feinprüfung muss die gesamte Anlage erfassen, so auch Anlagenteile, die während des Betreibens unzugänglich sind, beispielsweise im Estrich verlegte Rohrleitungen.

8. Korrekte Bedienung der Leckdetektoren einschließlich Funktionstest

Vor jeder Anwendung sollte unter Verwendung eines Testlecks sichergestellt werden, dass der Leckdetektor ordnungsgemäß funktioniert (Bild 1).

9. Beachtung der Nachweisempfindlichkeit der Lecksuchverfahren

Die Dichtheitsprüfung besteht aus Grob- und Feinprüfung. Zur korrekten Anwendung der Verfahren müssen die jeweiligen Nachweisgrenzen beachtet werden.

Beispiel Empfindlichkeiten:

Seifenblasentest: 250 … 1000 g/a

mobiler Leckdetektor: ca. 5 g/a

10. Dichtheitsprüfung und Lecksuche nur durch Sachkundige

Das sichere Finden von Lecks erfordert ein prinzipielles Verständnis über Funktion und Aufbau einer Kälteanlage sowie die physikalisch-technischen Zusammenhänge der Lecksuche.

Für die Lecksuche an Anlagen mit fluorierten Kältemitteln gilt als Mindestanforderung die Qualifikation Kategorie IV nach VO EG 303 / 2008. Diese beinhaltet den Mindeststandard zur Durchführung der Lecksuche / Dichtheitsprüfung ohne Eingriff in den Kältemittelkreislauf. Seminare zur Erlangung dieses Zertifikats werden unter anderem vom ILK Dresden und der BFS Maintal angeboten.

11. Umgebungseinflüsse minimieren

Viele Verfahren zur Lecksuche bzw. Dichtheitsprüfung sind gegenüber Umgebungseinflüssen querempfindlich. Beispielsweise reagiert die Druckabfallprüfung auf Temperaturschwankungen während der Prüfdauer. Diese und andere Einflüsse können das Prüfergebnis negativ beeinflussen.

12. Besonderheiten der zu prüfenden Anlage beachten

Die Grundsätze 1 bis 11 sind flexibel in der Handhabung und dem Einzelfall entsprechend umzusetzen. Beispielsweise arbeitet eine Absorptionskälteanlage (Wasser/ Lithium-Bromid) im Unterdruck – dadurch sind andere Prüfverfahren anzuwenden.

Prüfverfahren zur Dichtheitsprüfung und Leckortung

Zur Leckortung stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Prinzipiell wird nach Grob- und Feinprüfverfahren unterschieden. Bei einem Grobprüfverfahren ist die Nachweisgrenze größer als die zulässige Leckagerate, bei einem Feinprüfverfahren ist diese kleiner.

Weiterhin unterscheidet man in lokale Verfahren, bei denen die Leckstelle unmittelbar angezeigt wird, und integrale Verfahren, die Auskunft über die Gesamtleckagerate einer Anlage bzw. eines Anlagenabschnitts geben. Außerdem ist zu beachten, dass teilweise ein Eingriff in die Kälteanlage notwendig ist, was mit höherem Aufwand verbunden ist.

In Tabelle 2 sind typische Verfahren zur Lecksuche an Kälteanlagen mit ihren spezifischen Eigenschaften aufgeführt.

Besonderheiten bei der Lecksuche an CO₂-Anlagen

Die Voraussetzung für die Verwendung eines Prüfgases zur Lecksuche bzw. Dichtheitsprüfung ist gegeben, wenn ein guter technischer Nachweis möglich ist und wenn das Gas möglichst nicht in der Prüfatmosphäre vorkommt. Obwohl der CO₂-Nachweis mit elektronischen Leckdetektoren gut möglich ist, wird die Lecksuche dadurch erschwert, dass CO₂ in signifikanter (wechselnder) Konzentration in der Prüfumgebung vorkommt:

Außenluft: 300 … 400 ppm

Raumluft: 1 000 … 2 000 ppm

Ausatemluft: 40 000 ppm (4 Prozent)

Im Vergleich dazu liegt die Ansprechschwelle mobiler Leckdetektoren für CO₂ bei ca. 100 ppm. Vergleicht man diese Ansprechschwellen von CO₂-Detektoren mit der Konzentration der Ausatemluft, so wird das prinzipielle Problem der Schnüffellecksuche mit dem Prüfgas CO₂ deutlich.

In der Anwendung im offenen Raum liegt die praktische Nachweisgrenze der CO₂-Detektoren daher im Bereich von 50 bis 100 g/a. Um Fehlalarme, die durch die (wechselnde) CO₂-Umgebungskonzentration hervorgerufen werden, zu vermeiden, kann das Hüllverfahren zur Anwendung kommen (Bild 2).

Bei diesem Verfahren (DIN EN 1779, Verfahren B3) wird der Prüfling bzw. der Anlagenabschnitt dicht eingehüllt, z. B. mit einer Folienhülle. Das freie Volumen in der Hülle sollte möglichst klein sein. Das austretende CO₂ führt zu einem Konzentrationsanstieg in der Hülle. Je kleiner das freie Volumen in der Hülle ist, desto schneller kommt es zu einem messbaren Konzentrationsanstieg in der Hülle. Andererseits darf die Hülle nicht so eng am Prüfling anliegen, dass eine freie Strömung des Prüfgases aus dem sich an unbekannter Stelle befindlichen Lecks zum Detektor verhindert wird.

Mit dem Hüllenverfahren kann allerdings nur die Gesamtleckagerate in einem umhüllten Bereich festgestellt werden. Die praktische Nachweisgrenze dieses integralen Verfahrens liegt in der Größenordnung von 5 bis 50 g/a CO₂, in Abhängigkeit von Hüllvolumen und Akkumulationszeit.

Lecksuche an Anlagen mit Kohlenwasserstoffen

Die Lecksuche an Anlagen mit Kohlenwasserstoffen ist mit der Lecksuche an Anlagen mit fluorierten Kältemitteln weitgehend vergleichbar. Als Orientierung für die zulässigen Leckageraten dient wiederum das VDMA-Einheitsblatt 24243-1 mit einer zulässigen Leckagerate von 5 g/a je Verbindungsstelle bei geschlossenen Anlagen bzw. 0,5 g/a bei dauerhaft geschlossenen Anlagen. Die Nachweisempfindlichkeit der marktüblichen mobilen Leckdetektoren beträgt ca. 5 g/a Kältemittel. Damit ist die Lecksuche an geschlossenen Anlagen möglich. Zur Lecksuche an dauerhaft geschlossenen Anlagen empfiehlt sich die Verwendung von Tischgeräten mit einer prak-tischen Nachweisempfindlichkeit von 0,5 g/a Kältemittel. Weiterhin ist die Anwendung des Hüllverfahrens für Feldeinsatz und Fertigung möglich. Bei entsprechend verlängerter Akkumulationszeit kann die Nachweisempfindlichkeit 0,5 g/a Kältemittel erreichen. Vor der Anwendung des Hüllenverfahrens ist eine Groblecksuche durchzuführen, um die Entstehung einer gefährlichen explosiven Atmosphäre innerhalb der Umhüllung zu vermeiden. Weiterhin ist zu beachten, dass Anlagen mit dem Kältemittel R 600 a bei Verdampfungstemperaturen <11 °C im Unterdruck arbeiten. Die Lecksuche muss deshalb bei deutlich höheren Verdampfungstemperaturen als 11 °C bzw. im Anlagenstillstand durchgeführt werden.

Fazit

Die Herstellung und das Betreiben dauerhaft dichter Anlagen ist technisch möglich und praktisch durchführbar. Um die Lecksuche bzw. Dichtheitsprüfung erfolgreich zu gestalten, sind prüftechnologische Grundsätze zu beachten. Insbesondere sind die Prüfverfahren bezüglich der jeweiligen Nachweisgrenze auszuwählen, die Detektoren korrekt anzuwenden und die Ergebnisse kritisch zu bewerten. Dies gilt für Anlagen unabhängig vom eingesetzten Kältemittel.

Prinzipiell sind die bekannten Lecksuch-Verfahren auch für Anlagen mit natürlichen Kältemitteln geeignet. Allerdings sind einige Besonderheiten zu beachten.

Bei der Lecksuche an CO₂-Anlagen ergeben sich die Besonderheiten einerseits durch die hohe Drucklage, die bei gleicher Leckdimension zu höheren Leckageraten gegenüber Anlagen mit fluorierten Kältemitteln führen, andererseits durch die Beeinträchtigung der Lecksuche durch das in der Umgebungsluft befindliche CO₂.

Bei Anlagen mit Kohlenwasserstoffen ist vor allem zu beachten, dass sich in unmittelbarer Nähe zu einem Leck ggf. eine gefährliche explosive Atmosphäre bilden könnte und die Lecksuche bedingt durch die Drucklage bei Anlagen mit R 600 a auch bei Anlagenstillstand durchgeführt werden sollte.

befassen sich in der Arbeitsgruppe Lecksuche und Dichtheitsprüfung am Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH (ILK), Dresden, u. a. mit der Durchführung von Dichtheitsprüfungen an Bauteilen und Anlagen.