AD 2000-Merkblatt

Ersatz für Ausgabe Mai 2007; I = Änderungen gegenüber der vorangehenden Ausgabe

Die AD 2000-Merkblätter sind urheberrechtlich geschützt. Die Nutzungsrechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks,der Entnahme von Abbildungen, die Wiedergabe auf photomechanischem Wege und die Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen,

bleiben, auch bei auszugsweiser Verwertung, dem Urheber vorbehalten.

ICS 23.020.30 Ausgabe November 2008

Die AD 2000-Merkblätter werden von den in der „Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter“ (AD) zusammenarbeitenden, nachstehend genanntensieben Verbänden aufgestellt. Aufbau und Anwendung des AD 2000-Regelwerkes sowie die Verfahrensrichtlinien regelt das AD 2000-Merk-blatt G1.

Die AD 2000-Merkblätter enthalten sicherheitstechnische Anforderungen, die für normale Betriebsverhältnisse zu stellen sind. Sind überdas normale Maß hinausgehende Beanspruchungen beim Betrieb der Druckbehälter zu erwarten, so ist diesen durch Erfüllung besondererAnforderungen Rechnung zu tragen.

Wird von den Forderungen dieses AD 2000-Merkblattes abgewichen, muss nachweisbar sein, dass der sicherheitstechnische Maßstab diesesRegelwerkes auf andere Weise eingehalten ist, z. B. durch Werkstoffprüfungen, Versuche, Spannungsanalyse, Betriebserfahrungen.

Fachverband Dampfkessel-, Behälter-und Rohrleitungsbau e.V. (FDBR), Düsseldorf

Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV), Berlin

Verband der Chemischen Industrie e.V. (VCI), Frankfurt/Main

Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA), Fachgemeinschaft Verfahrenstechnische Maschinenund Apparate, Frankfurt/Main

Stahlinstitut VDEh, Düsseldorf

VGB PowerTech e.V., Essen

Verband der TÜV e.V. (VdTÜV), Berlin

Die AD 2000-Merkblätter werden durch die Verbände laufend dem Fortschritt der Technik angepasst. Anregungen hierzu sind zu richtenan den Herausgeber:

Verband der TÜV e.V., Friedrichstraße 136, 10117 Berlin.____________

Berechnung vonDruckbehältern Berechnung von Druckbehältern AD 2000-Merkblatt

B 0

Inhalt

0 PräambelZur Erfüllung der grundlegenden Sicherheitsanforderungender Druckgeräte-Richtlinie kann das AD 2000-Regelwerkangewandt werden, vornehmlich für die Konformitätsbewer-tung nach den Modulen „G“ und „B + F“.

Das AD 2000-Regelwerk folgt einem in sich geschlossenenAuslegungskonzept. Die Anwendung anderer technischerRegeln nach dem Stand der Technik zur Lösung von Teilprob-lemen setzt die Beachtung des Gesamtkonzeptes voraus.

Bei anderen Modulen der Druckgeräte-Richtlinie oder fürandere Rechtsgebiete kann das AD 2000-Regelwerk sinn-gemäß angewandt werden. Die Prüfzuständigkeit richtetsich nach den Vorgaben des jeweiligen Rechtsgebietes.

1 Geltungsbereich1.1 Die AD 2000-Merkblätter der Reihen B und S behan-deln Berechnungsregeln für drucktragende Teile von Druck-behältern. Ihre Anwendung setzt voraus, dass bei der Wahlder Werkstoffe und deren Verarbeitung die AD 2000-Merk-blätter der Reihen W und HP sowie die allgemein anerkann-

ten Regeln der Technik beachtet werden. Auf AD 2000-Merkblatt G 1 wird verwiesen.

1.2 Die AD 2000-Merkblätter der Reihen B und S 3 geltenfür überwiegend statische Beanspruchung. Bei wechseln-der Beanspruchung gelten zusätzlich die AD 2000-Merk-blätter S 1 und S 2.

2 Allgemeines2.1 Dieses AD-Merkblatt enthält gemeinsame Grundregelnder AD 2000-Merkblätter der Reihen B und S. Die übrigenAD 2000-Merkblätter der Reihen B und S können daher nur inVerbindung mit diesem AD 2000-Merkblatt benutzt werden.

2.2 Sofern in den AD 2000-Merkblättern für die Bemes-sung drucktragender Teile nichts festgelegt ist, muss im Ein-zelfall durch Anwendung anderer anerkannter Regeln derTechnik oder durch andere Berechnungsverfahren, durchDehnungsmessungen, durch einschlägige Betriebserfah-rungen oder dergleichen belegt werden, dass die Bauteile jenach Werkstoff und Verwendungszweck nicht unzulässigbeansprucht werden.

0 Präambel1 Geltungsbereich2 Allgemeines3 Formelzeichen und Einheiten4 Berechnungsdruck5 Berechnungstemperatur

6 Festigkeitskennwert7 Sicherheitsbeiwert8 Ausnutzung der zulässigen Berechnungsspannung

in Fügeverbindungen9 Zuschläge

10 Kleinste Wanddicke

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2.3 Die AD 2000-Merkblätter enthalten sicherheitstechni-sche Anforderungen, die für normale Betriebsverhältnissezu stellen sind. Sind über das normale Maß hinausgehendeBeanspruchungen beim Betrieb der Druckbehälter zu er-warten, so ist diesen durch Erfüllung besonderer Anforde-rungen Rechnung zu tragen.

2.4 Wird von den Festlegungen der AD 2000-Merkblätterabgewichen, muss nachweisbar sein, dass der sicherheits-technische Maßstab dieses Regelwerkes auf andere Weiseeingehalten ist, z. B. durch Werkstoffprüfungen, Versuche,Spannungsanalyse, Betriebserfahrungen.

3 Formelzeichen und Einheitena Hebelarm mm

b Breite mm

c1 Zuschlag zur Berücksichtigung derWanddickenunterschreitung mm

c2 Abnutzungszuschlag mm

d Durchmesser eines Ausschnitts,eines Flansches, einer Schraube usw. mm

da Außendurchmesser eines Rohres,Stutzens, Flansches mm

di Innendurchmesser eines Rohres,Stutzens, Flansches mm

dt Teilkreisdurchmesser mm

dD mittlerer Dichtungsdurchmesser mm

e breite Seite einer rechteckigen oderelliptischen Platte mm

f schmale Seite einer rechteckigen oderelliptischen Platte mm

g Schweißnahtdicke mm

h Höhe mm

k0 Dichtungskennwert für die Vorverformung mm

k1 Dichtungskennwert für den Betriebszustand mm

l Länge mm

n Anzahl –

p Berechnungsdruck bar

PS maximal zulässiger Druck bar

PT Prüfdruck bar

r Radius allgemein, z. B. Übergangsradius mm

s erforderliche Wanddicke einschl. Zuschlägen mm

se ausgeführte Wanddicke mm

v Faktor zur Berücksichtigung der Ausnutzungder zulässigen Berechnungsspannung inFügeverbindungen oder Faktor zur Berück-sichtigung von Verschwächungen –

x Abklinglänge mm

A Fläche mm2

C, b Berechnungsbeiwerte –

D Durchmesser des Grundkörpers mm

Da Außendurchmesser, z. B. einer Zylinder-schale mm

Di Innendurchmesser, z. B. einer Zylinder-schale mm

E Elastizitätsmodul bei Berechnungs-temperatur N/mm2

F Kraft N

I Flächenträgheitsmoment mm4

K Festigkeitskennwert bei Berechnungs-temperatur N/mm2

KD Formänderungswiderstand des Dich-tungswerkstoffes bei Raumtemperatur N/mm2

K20 Festigkeitskennwert bei 20 °C N/mm2

M Moment N mm

R Radius einer Wölbung mm

S Sicherheitsbeiwert beim Berechnungsdruck –

S´ Sicherheitsbeiwert beim Prüfdruck –

SD Sicherheitsbeiwert gegen Undichtheit –

SK Sicherheitsbeiwert gegen elastischesEinbeulen beim Berechnungsdruck –

S´K Sicherheitsbeiwert gegen elastischesEinbeulen beim Prüfdruck –

SL Lastspielsicherheit –

W Widerstandsmoment mm3

Z Hilfswert –

v Querkontraktionszahl –

s Spannung N/mm2

u, T Temperatur °C

4 Berechnungsdruck4.1 Die Berechnung ist im Allgemeinen mit dem maximalzulässigen Druck (PS) und dem Prüfdruck (PT) durchzufüh-ren. Der in den nachfolgenden AD 2000-Merkblättern ver-wendete Berechnungsdruck p muss ≥ dem maximalzulässigen Druck (PS) sein. Die durch die Füllung sowohlwährend des Betriebes als auch während der Prüfung her-vorgerufenen statischen Drücke brauchen nur berücksich-tigt zu werden, soweit sie die Beanspruchung der Wandungum mehr als 5 % erhöhen.1)

4.2 Wird eine drucktragende Wand von beiden Seitengleichzeitig durch Druck beansprucht, darf in der Regel nichtmit der Druckdifferenz gerechnet werden. Die Berechnungist für jeden der beiden Überdrücke einzeln durchzuführen.Ausnahmen sind zulässig, wenn nachgewiesen wird, dasseine höhere Beanspruchung als durch die Druckdifferenznicht auftreten kann.

4.3 Bei gleichzeitigem Auftreten von Überdruck und Unter-druck an einer drucktragenden Wand wird als Berechnungs-druck die Druckdifferenz eingesetzt. Dies gilt auch für dieFestlegung des Prüfdruckes. Ist der Unterdruck nicht zuver-lässig begrenzt, ist die Berechnung mit dem um 1 bar erhöh-ten Überdruck durchzuführen.

4.4 Beim Prüfdruck dürfen die zulässigen Spannungen,gebildet aus dem Festigkeitskennwert bei Prüftemperaturund dem Sicherheitsbeiwert S´ und den Tafeln 2 und 3, nichtüberschritten werden.

4.5 Statische Zusatzkräfte sind in der Zeichnung anzuge-ben, wenn dadurch die Beanspruchung der Behälterwandum mehr als 5 % erhöht wird (z. B. Auflagerkräfte, Wind-

1) Beispiel: maximal zulässiger Druck PS = 2 barBauhöhe = 5 mBeschickung: Wasserp = 2 + 0,5 – 0,05 · 2 = 2,4 bar

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AD 2000-MerkblattAD 2000-Merkblatt B 0, Ausg. 11. 2008 Seite 3

und Schneelast, Ausmauerung2)). Eine statische Berech-nung ist vorzulegen, wenn die Zusatzkräfte die Auslegungdes Druckbehälters wesentlich beeinflussen. Spannungser-höhungen durch Zusatzkräfte sind erfahrungsgemäß zu er-warten, wenn die Kriterien in den AD 2000-Merkblättern derReihe S 3 zutreffen.

5 Berechnungstemperatur5.1 Für die Auswahl des Werkstoffes und für die Festle-gung des Festigkeitskennwertes ist die höchste bei dem je-weiligen maximal zulässigen Druck (PS) zu erwartendeWandtemperatur maßgebend. Diese ergibt sich aus der zu-lässigen Betriebstemperatur (entsprechend der zulässigenmaximalen Temperatur (TS) nach DGR) sowie einem Zu-schlag für die Beheizungsart und wird als Berechnungstem-peratur bezeichnet. Bei unbeheizten Wandungen kannhierfür die höchste Betriebstemperatur eingesetzt werden.Bei beheizten Wandungen kann sie in der Regel nach Tafel 1bestimmt werden; andernfalls, z. B. bei Ausmauerungen, istsie rechnerisch oder durch Messung nachzuweisen.

Für den Wasser-/Dampf- und Heißdampfbereich ist AD 2000-Merkblatt S 6, Kapitel 4.2, Tafel 1 zu beachten.

5.2 Wird mit der Berechnungstemperatur die Grenztempe-ratur des Zeitstandsbereiches für den jeweiligen Werkstofferreicht oder überschritten, so ist das AD 2000-MerkblattS 6 anzuwenden. Die Grenztemperaturen sind den zugehö-rigen Werkstoffnormen bzw. Werkstoffspezifikationen zuentnehmen.

5.3 Liegt die höchste zu erwartende Wandtemperatur un-ter +20 °C, so beträgt die Berechnungstemperatur +20 °C.Für Betriebstemperaturen unter –10 °C wird zusätzlich aufAD 2000-Merkblatt W 10 verwiesen. Bei der Festlegung derWandtemperatur sind die Umgebungstemperatur und dieBetriebstemperatur zu berücksichtigen (Betriebsanleitung/Gefahrenanalyse).

Tafel 1. Berechnungstemperaturen

6 Festigkeitskennwert6.1 Die Festigkeitskennwerte K sind gemäß den Festle-gungen in den AD 2000-Merkblättern der Reihe W entspre-chend der Berechnungstemperatur zu wählen.

6.2 Festlegungen zu zeitabhängigen Festigkeitskennwer-ten enthält das AD 2000-Merkblatt S 6, Kapitel 4.3.

6.3 Bei Werkstoffen ohne gewährleistete Streckgrenzeoder Dehngrenze ist als Festigkeitskennwert die gewähr-

leistete Mindestzugfestigkeit entsprechend der Berech-nungstemperatur einzusetzen. In diesem Fall sind die Si-cherheitsbeiwerte der Tafel 3 anzuwenden.

6.4 Bei nicht artgleich geschweißten Verbindungen sinddie Festigkeitskennwerte des Schweißgutes dann der Be-rechnung zugrunde zu legen, wenn sie niedriger sind als diedes Grundwerkstoffes.

6.5 Durch Kaltverfestigung erzielte höhere Festigkeits-kennwerte können nur dann in die Berechnung eingesetztwerden, wenn sie nachgewiesen und am fertigen Bauteilvorhanden sind.

7 SicherheitsbeiwertDie Sicherheitsbeiwerte sind den Tafeln 2 und 3 zu entneh-men, sofern in den einzelnen AD 2000-Merkblättern keineabweichenden oder zusätzlichen Angaben gemacht wer-den.

8 Ausnutzung der zulässigen Berech-nungsspannung in Fügeverbindungen

8.1 Die Ausnutzung der zulässigen Berechnungsspan-nung in der Schweißnaht wird in der Berechnung durch denFaktor v berücksichtigt. Dieser ergibt sich durch Division derin der Übersichtstafel 1 des AD 2000-Merkblattes HP 0genannten Werte für die Ausnutzung der zulässigen Be-rechnungsspannung mit 100. Sofern für die nicht genanntenWerkstoffe in der nach AD 2000-Merkblatt HP 0 Ab-schnitt 1.2 erforderlichen Vereinbarung keine anderenWerte festgelegt sind, ist v = 1,0 einzusetzen.

8.2 Für hartgelötete Verbindungen kann mit v = 0,8 ge-rechnet werden, falls nicht in der Verfahrensprüfung einniedrigerer Wert festgelegt wird.

8.3 Weichgelötete Längsnähte sind nicht zulässig. Über-lappt weichgelötete Rundnähte an Kupfer sind bei einerÜberlappungsbreite von mindestens 10 se bis zu einerWanddicke von 6 mm und bis zu Da · p ≤ 2500 mm bar zu-lässig. In diesem Fall ist für die Rundnaht v = 0,8 einzu-setzen.

8.4 Bei weichgelöteten Verbindungen an Kupferblechenmit durchlaufender Lasche bei einer Laschenbreite ≥ 12 seauf beiden Seiten des Stoßes, einer Wanddicke se ≤ 4 mmund einem zulässigen Betriebsüberdruck ≤ 2 bar kannebenfalls v = 0,8 eingesetzt werden.

9 Zuschläge

9.1 Zuschlag zur Berücksichtigung der Wanddicken-unterschreitung

9.1.1 Bei ferritischen Stählen ist als Betrag des Zuschla-ges c1 die nach den einschlägigen Maßnormen zulässigeMinustoleranz in die Berechnung einzusetzen, sofern dieseam fertigen Bauteil auftreten kann.

9.1.2 Bei austenitischen Stählen und Nichteisenmetallenbleiben Minustoleranzen nur bei Innendruckbelastung un-berücksichtigt. Für austenitische Bleche in Verbindung mitDIN EN 10029 als Maßnorm gilt dies nur für die Minustole-ranzen bis zu Werten des unteren Abmaßes nach Klasse A,d. h. bei Verwendung von Blechen mit größeren Minustole-ranzen ist nur der Differenzbetrag zur Klasse A zu berück-sichtigen.

Beheizungsart Berechnungstemperatur

durch Gase, Dämpfeoder Flüssigkeiten

die höchste Temperatur des Heizmittels

Feuer-, Abgas- oder elektrische Beheizung3)

bei abgedeckter Wand die höchste Betriebstemperatur zuzüglich 20 K

bei unmittelbar berührter Wand die höchste Betriebstemperatur zuzüglich 50 K

2) Vergleiche DIN 280603) Gilt nicht bei mittelbarer elektrischer Beheizung (z. B. über Ölbad)

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Tafel 2. Sicherheitsbeiwerte gegen Streck-, Dehngrenze oder Zeitstandfestigkeit

Tafel 3. Sicherheitsbeiwerte gegen Zugfestigkeit

9.1.3 Bedingt der Herstellungsgang Wanddickenminde-rungen (z. B. bei gegossenen oder tiefgezogenen Bautei-len), so ist die mit c1 = 0 errechnete erforderlicheWanddicke in der Zeichnung zu vermerken und als solchezu kennzeichnen.

9.2 Abnutzungszuschlag9.2.1 Bei ferritischen Stählen beträgt der Abnutzungszu-schlag c2 = 1 mm. Er entfällt, wenn se ≥ 30 mm beträgt. Erentfällt außerdem, wenn die Stähle ausreichend gegen Ein-flüsse der Beschickungsmittel geschützt sind, z. B. durchVerbleiung, Plattierung, Gummierung, Kunststoffüberzüge,nicht jedoch durch galvanische Überzüge. Bei Kunststoff-überzügen muss in jedem Fall die Eignung des Kunststoffesnachgewiesen sein.

9.2.2 Abweichend von Abschnitt 9.2.1 ist zwischen Her-steller und Betreiber ein höherer Zuschlag c2 zu vereinba-ren, wenn die Beschickungsmittel stark korrodierend wirkenoder die Behälter im späteren Betrieb im Innern nicht be-sichtigt werden können. Die Höhe des Zuschlages c2 ist indiesen Fällen in der Zeichnung zu vermerken.

Bei bestimmten Korrosionseinflüssen kann es notwendigsein, neben der Verwendung geeigneter Werkstoffe undzweckentsprechender Konstruktionen die Höhe der Bean-spruchung der mit den Medien in Berührung stehenden, aufZug beanspruchten Druckbehälterwandungen zu verrin-gern, um dadurch z. B. ein Aufreißen von Schutzschichtenoder eine Spannungsrisskorrosion zu vermeiden.

9.2.3 Bei austenitischen Stählen und bei Nichteisenmetal-len beträgt der Abnutzungszuschlag im Allgemeinen c2 = 0,es sei denn, dass zwischen dem Hersteller und dem Betrei-ber ein höherer Abnutzungszuschlag vereinbart wird. In die-sem Falle muss er in der Zeichnung vermerkt sein.

10 Kleinste Wanddicke10.1 Die in den AD 2000-Merkblättern der Reihe B festge-legten kleinsten Wanddicken sind Nennwanddicken undmüssen am fertigen Bauteil als Nennmaß vorhanden sein.

10.2 Abweichend von Abschnitt 10.1 dürfen die kleinstenWanddicken unterschritten werden, wenn

a) verfahrenstechnische Gründe es erfordern oder die Ver-wendung des Druckbehälters es zweckdienlich erschei-nen lässt sowie

b) die Formbeständigkeit nicht gefährdet ist und

c) die Fertigung es ermöglicht.

Werkstoff undAusführung

Sicherheits-beiwert Sfür den

Werkstoff bei Berechnungs-

temperatur

Sicherheits-beiwert S´ beim

Prüfdruck

1. Walz- und Schmiedestähle

1,5 1,05

2. Stahlguss 2,0 1,4

3. Gusseisen mit Kugelgraphit nach DIN EN 1563

3.1 EN-GJS-700-2/2UEN-GJS-600-3/3U

5,0 2,5

3.2 EN-GJS-500-7/7U 4,0 2,0

3.3 EN-GJS-400-15/15U 3,5 1,7

3.4 EN-GJS-400-18/18U-LTEN-GJS-350-22/22U-LT

2,4 1,2

4. Aluminium und Aluminiumlegierungen – Knetwerkstoffe

1,5 1,05

Werkstoff undAusführung

Sicherheits-beiwert Sfür den

Werkstoff bei Berechnungs-

temperatur

Sicherheits-beiwert S´ beim

Prüfdruck

1. Gusseisen mit Lamel-lengraphit (Grauguss) nach DIN EN 1561

3,5

1.1 ungeglüht 9,0

1.2 geglüht oder emailliert 7,0

2. Kupfer und Kupfer-legierungen ein-schließlich Walz-und Gussbronze

2,5

2.1 bei nahtlosen und ge-schweißten Behältern

3,5

2.2 bei gelöteten Behältern 4,0

Herausgeber: Bezugsquelle:

Beuth Verlag GmbH10772 BerlinTel. 030/26 01-22 60Fax 030/26 01-12 60info@beuth.dewww.beuth.de

Verband der TÜV e.V.

E-Mail: berlin@vdtuev.dehttp://www.vdtuev.de

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