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Technische Regeln Druckgase
TRG 220 - Allgemeine Anforderungen an Druckgasbehälter
Berechnen der Druckgasbehälter

Ausgabe Oktober 1992
(BArbBl. 10/1992 S. 63 aufgehoben)

Nachfolgeregelung: TRBS Technische Regeln für Betriebssicherheit

1 Geltungsbereich

1.1 Diese TRG gilt für die Berechnung der Festigkeit drucktragender Teile von Druckgasbehältern. Auf TRG 001 - Aufbau und Anwendung der TRG - wird verwiesen.

1.2 Diese TRG findet Anwendung, soweit in den TRG der Reihe "Besondere Anforderungen an Druckgasbehälter" (ab TRG 300) keine abweichenden Regelungen getroffen sind.

1.3 Zur Bemessung der Druckgasflaschen können auch herangezogen werden:

1. die TRG 801, insbesondere Abschnitt 2.2, für nahtlose Gasflaschen aus Stahl.
2. die TRG 802, insbesondere Abschnitt 2.3. für nahtlose Gasflaschen aus unlegiertem Aluminium und Aluminiumlegierungen.
3. die TRG 803, insbesondere Abschnitt 2.3. für geschweißte Gasflaschen aus unlegiertem Stahl.

Erfolgt die Auslegung nach einer in Satz 1 genannten TRG, so soll der Behälter ihr in allen Einzelheiten entsprechen.

1.4 Diese TRG gilt für überwiegend statische Beanspruchung. Bei wechselnder Beanspruchung wird auf die AD-Merkblätter S 1 und S 2 verwiesen.

2 Allgemeines

2.1 Diese TRG enthält Grundregeln für das Berechnen. Die in Nummer 2.4 und im Anhang 1 dieser TRG angegebenen Berechnungsregeln können daher nur im Zusammenhang mit dieser TRG angewendet werden.

2.2 Druckgasbehälter müssen so bemessen sein, daß sie

1. den Prüfdruck p' und einen möglichen Unterdruck.
2. die sonstigen beim normalen Betrieb zu erwartenden Beanspruchungen

sicher aufnehmen. Dabei wird vorausgesetzt, daß bei der Wahl der Werkstoffe und deren Verarbeitung die TRG der Reihe "Werkstoffe" (ab TRG 200) und der Reihe "Herstellen" (ab TRG 240) beachtet werden sowie die Gestaltung dem Stand der Technik entspricht.

2.3 Das Berechnen der Druckgasbehälter ist durchzuführen mit

• dem Berechnungsdruck nach Nummer 4,
• der Berechnungstemperatur nach Nummer 5.
• dem Festigkeitskennwert des Werkstoffs nach Nummer 6,
• dem Sicherheitsbeiwert nach Nummer 7 und
• dem Faktor zur Bewertung von Fügeverbindungen nach Nummer 8.

Erforderlichenfalls sind Korrosion und Abnutzung durch einen Zuschlag zur Wanddicke nach Nummer 9 zu berücksichtigen.

2.4 Die Berechnung der drucktragenden Bauteile von Druckgasbehältern wird mit den Festlegungen dieser TRG insbesondere nach den Berechnungsregeln der AD-Merkblätter durchgeführt, die im Anhang 1 dieser TRG angegeben sind. Soweit das AD-Merkblatt B 0 in Bezug genommen ist, treten an dessen Stelle die Festlegungen dieser TRG.

2.5 Zusatzbeanspruchungen (z.B. Kerbwirkungen von Einprägungen, Kräfte und Momente durch Auflagerung oder Aufhängung, Beanspruchungen durch Einrichtungen nach TRG 256) ist bei der Gestaltung und ggf. bei der Bemessung Rechnung zu tragen. Auf die AD-Merkblätter der Reihe S 3 wird hingewiesen.

Zusatzbeanspruchungen und deren Ursache sind in der Zeichnung anzugeben.

2.6 Die Anforderungen nach Nummer 2.2 Ziffer 2 sind als erfüllt anzusehen, wenn durch geeignete Berechnungsverfahren. durch Dehnungsmessungen o.ä. unter Einbeziehung der Beanspruchungen nach Nummer 2.2 Ziffer 1 der Nachweis erbracht ist, daß die zulässigen Beanspruchungen nicht überschritten werden.

2.7 Soweit in den Berechnungsregeln nach Anhang 1 dieser TRG für die Bemessung eine Festlegung fehlt, muß im Einzelfall durch Anwendung anderer Regeln nach dem Stand der Technik oder durch andere Berechnungsverfahren, durch Dehnungsmessungen, durch Luft-Wasser-Berstversuch und Berstversuch in Verbindung mit Lastwechselversuchen oder durch ähnliche Untersuchungen die erforderliche Begrenzung der bleibenden Dehnungen nachgewiesen werden. Auf TRG 760 sowie die Anlagen zu TRG 760 wird hingewiesen.

2.8 Für die Bemessung der Ausrüstung der Druckgasbehälter sind die besonderen Anforderungen der TRG der Reihe "Ausrüstung" (ab TRG 250) zu berücksichtigen.

3 Formelzeichen und Einheiten

4 Berechnungsdruck

4.1 Bei der Berechnung der Bauteile, die dem Druck der Füllung ausgesetzt sind, ist als Berechnungsdruck p der für den Druckgasbehälter geltende Prüfdruck p' in bar (s. TRG 101 bis 104 und TRG 360) einzusetzen.

4.2 Wird die Wand eines Bauteils nach Nummer 4.1 von beiden Seiten gleichzeitig durch Überdruck beansprucht, darf nicht mit der Druckdifferenz gerechnet werden. Die Berechnung ist für jeden der beiden Überdrucke einzeln durchzuführen.

4.3 Bei gleichzeitigem Auftreten von Überdruck und Unterdruck an der Wand eines Bauteils nach Nummer 4.1 gilt als Berechnung5druck p der um 1,3 bar erhöhte Prüfdruck des mit Überdruck beaufschlagten Raumes.

4.4 Für die Berechnung gegen äußeren Überdruck von Druckgasbehältern, die betriebsmäßig evakuiert werden, ist als Berechnungsdruck. p = 1,3 bar einzusetzen.

5 Berechnungstemperatur

5.1 Als Berechnungstemperatur gilt in der Regel +20 °C.

5.2 Für Ausrüstungsteile aus metallischen Werkstoffen nach TRG 250 beträgt die Berechnungstemperatur +50 °C.

5.3 Werden Bauteile, die dem Druck der Füllung ausgesetzt sind, auf eine höhere Temperatur als 50 °C gebracht, gilt diese als Berechnungstemperatur.

6 Festigkeitskennwert

6.1 Die Festigkeitskennwerte K sind gemäß den Festlegungen in den TRG der Reihe "Werkstoffe" (ab TRG 200) entsprechend der Berechnungstemperatur zu wählen.

Bei einem Werkstoff, dessen Festigkeitskennwert bei 50 °C um mehr als 10 % niedriger liegt als der bei +20 °C, ist der Festigkeitskennwert des Werkstoffes bei 50 °C einzusetzen.

6.2 Der Festigkeitskennwert ist für den Behandlungszustand einzusetzen, den der Werkstoff am betriebsfertigen Bauteil hat.

Durch Kaltverfestigung erzielte höhere Festigkeitskennwerte können nur dann in die Berechnung eingesetzt werden, wenn sie nachgewiesen und am fertigen Bauteil vorhanden sind.

Bei einem Werkstoff, der (wie z.B. Aluminium und Kupfer) in mehreren Härtegraden (z.B. weich, halbhart und hart) geliefert wird, ist unabhängig von der im Anlieferungszustand nachgewiesenen Härtestufe beim Berechnen der Wanddicke im Bereich geschweißter oder gelöteter Nähte der Festigkeitskennwert im weichgeglühten Zustand einzusetzen.

Bei nicht artgleich geschweißten Verbindungen sind die Festigkeitskennwerte des Schweißgutes dann der Berechnung zugrunde zu legen. wenn sie niedriger sind als die des Grundwerkstoffes.

6.3 Als Festigkeitskennwert K ist der gewährleistete Wert der Streckgrenze oder, bei Werkstoffen ohne ausgeprägte Streckgrenze, der 0,2 % -Dehngrenze einzusetzen. Bei austenitischen Stählen tritt an diese Stelle die 1 %-Dehngrenze.

6.4 In die Berechnungsformeln darf für K kein größerer Wert eingesetzt werden als

• 75 % der Mindestzugfestigkeit bei Flaschen aus Stahl nach TRG 310, die nicht vergütet sind, sowie bei Treibgastanks nach TRG 380,
• 90 % der Mindestzugfestigkeit bei vergüteten Flaschen aus Stahl nach TRG 310.

7 Sicherheitsbeiwert

In die Berechnung der drucktragenden Bauteile von Druckgasbehältern darf kein kleinerer Sicherheitsbeiwert eingesetzt werden, als in den Nummern 7.1 und 7.2 festgelegt.

Angaben über Sicherheitsbeiwerte in den in Nummer 2.4 in Bezug genommenen Berechnungsregeln finden über die Festlegungen dieser TRG hinaus keine Anwendung.

Soweit diese TRG Sicherheitsbeiwerte nicht festgelegt, sind diese mit dem Sachverständigen zu vereinbaren, und zwar im allgemeinen im Bauartzulassungsverfahren.

Für Druckgasbehälter mit einem Rauminhalt von mehr als 1000 Litern (Tanks) können nach den verkehrsrechtlichen Vorschriften für die Beförderung gefährlicher Güter größere Sicherheitsbeiwerte gefordert sein.

7.1 Sicherheitsbeiwerte bei Beanspruchung durch inneren Überdruck

7.1.1 In die Berechnung ist als Sicherheitsbeiwert S einzusetzen:

1. für Bauteile aus Walz- oder Schmiedestählen. Reinaluminium, Aluminiumknetlegierungen, Reinkupfer und Kupferknetlegierungen der Wert S = 1,3:
2. für Bauteile aus Stahlguß der Wert S = 1,8.

7.1.2 Abweichend von Nummer 7.1.1 gilt für die Berechnung von Schrauben aus Werkstoffen mit bekannter Streckgrenze und Sicherheit gegen Streckgrenze als Sicherheitsbeiwert S

1. für Vollschaftschrauben
   - beim Berechnungsdruck der Wert S = 1,5,
   - im Einbauzustand vor Druckaufgabe der Wert S = 1,3:
2. für Dehnschrauben
   - beim Berechnungsdruck der Wert S = 1,3,
   - im Einbauzustand vor Druckaufgabe der Wert S = 1,1.

7.1.3 Als Sicherheitsbeiwert gegen Undichtheit von Flanschverbindungen gilt bei der Berechnung der Dichtungskräfte der Wert S_D = 1,2.

7.1.4 Für die Belastung von Flanschen im Einbauzustand vor Druckaufgabe gilt als Sicherheitsbeiwert S'

1. bei Flanschen aus Werkstoffen nach Nummer 7.1.1 Ziffer 1 der Wert S' =1,1:
2. bei Flanschen aus Stahlguß der Wert S' = 1,5.

7.2 Sicherheitsbeiwerte bei Beanspruchung durch äußeren Überdruck

Als äußerer Überdruck wird die Druckbeanspruchung auf die konvexe Schalenseite verstanden.

7.2.1 In die Berechnung gegen bleibende Dehnungen ist als Sicherheitsbeiwert S einzusetzen:

1. für Bauteile aus Werkstoffen nach Nummer 7.1.1 Ziffer 1 der Wert S = 1,6:
2. für Bauteile aus Stahlguß der Wert S = 2,0.

7.2.2 In die Berechnung gegen elastisches Beulen ist als Sicherheitsbeiwert S_K einzusetzen:

1. für die Zylinderschale der Wert S_K = 3 bei einer Unrundheit von
   u< 1,5 %, bei u > 1,5 % ist S_K = 2,25 + 0,5 u;
2. für die Kugelschale der Wert

   	0,001 Di
   SK= 3 +
   	(se - c1 - c2)

7.2.3 Die Nachrechnung einer Kugelschale gegen plastisches Beulen (plastische Instabilität) erfolgt unabhängig von Nummer 7.2.1 mit dem Sicherheitsbeiwert S = 2,2, wobei Berechungsbeiwerte β und Faktoren v unberücksichtigt bleiben.

7.3 Sicherheitsbeiwerte bei wechselnder Beanspruchung Bei zusätzlicher Anwendung des AD-Merkblattes S 2 gelten die dort genannten Sicherheitsbeiwerte.

Bei zusätzlicher Anwendung des AD-Merkblattes S 1 ist für den nach dieser TRG ausgelegten Druckgasbehälter der in AD-Merkblatt S 1 definierte fiktive Druck p_r mit den Sicherheitsbeiwerten und den Abnutzungszuschlägen nach AD-Merkblatt B 0 zu ermitteln.

8 Ausnutzung der zulässigen Berechnungsspannung in Fugeverbindungen

8.1 Die Ausnutzung der zulässigen Berechnungsspannung in der Fügeverbindung ¹ wird in der Berechnung durch den Faktor v berücksichtigt. Die Faktoren v sind Tafel 1 entsprechend einzusetzen.

8.2 Gelötete Verbindungen sind bei Böden mit Naht nicht zulässig.

8.3 Überlappt hartgelötete Verbindungen sind zulässig:

1. bis zu einer ausgeführten Wanddicke von höchstens 5 mm oder
2. bis zu einer ausgeführten Wanddicke von höchstens 8 mm, wenn die Überlappungsbreite wenigstens 6 s_e ausgeführt ist.

8.4 Weichgelötete Verbindungen sind für Längsnähte von Zylinderschalen und für Kugelschalen mit Naht nicht zulässig.

8.5 Überlappt weichgelötete Rundnähte sind zulässig an Kupfer

• bis zu einer ausgeführten Wanddicke von höchstens 6 mm und
• bis zu dem Produktwert D_a ⋅ p = 2500 mm bar, wenn
• die Überlappungsbreite mindestens 10 s_e ausgeführt ist.

8.6 Weichgelötete Verbindungen mit durchlaufender Lasche

sind zulässig an Kupferblechen:

• bis zu einer ausgeführten Wanddicke von höchstens 4 mm und
• bei einem Berechnungsdruck von nicht mehr als 3 bar, wenn
• die Laschenbreite auf beiden Seiten des Stoßes mindestens 12 s_e ausgeführt ist.

Tafel 1. Faktoren zur Bewertung von Verbindungen

9 Zuschläge

9.1 Zuschlag c₁zur Berücksichtigung der Wanddickenunterschreitung

Als Betrag des Zuschlages c₁ ist die nach den einschlägigen Maßnormen zulässige Minustoleranz in die Berechnung einzusetzen. Wird mit c₁ =0 gerechnet, so ist die errechnete erforderliche Mindestwanddicke in der Zeichnung zu vermerken und als solche zu kennzeichnen.

9.2 Abnutzungszuschlag c₂

In der Regel ist in die Berechnung c₂ = 0 einzusetzen. Wird ein Zuschlag c₂ bei der Bemessung vorgesehen, ist dessen Höhe in der Zeichnung zu vermerken.

9.3 Angaben über die Zuschläge c₁ und c₂ in den in Nummer 2.4 in Bezug genommenen Berechnungsregeln finden über die Festlegungen der Nummern 9.1 und 9.2 hinaus keine Anwendung.

9.4 Konstruktionszuschlag

Nach den in Nummer 2.4 in Bezug genommenen Berechnungsregeln vorgesehene Konstruktionszuschläge sind bei der Berechnung zu berücksichtigen.

10 Kleinste Wanddicke

10.1 Die nach den Festlegungen dieser TRG errechneten Wanddicken, abzüglich des nach Nummer 9.1 berücksichtigten Zuschlages c₁, müssen am fertigen Bauteil vorhanden sein. Diese Dicke der Behälterwand darf außerdem nicht geringer sein als die in Tafel 2 angegebene Mindestwanddicke.

10.2 Angaben über die Bestimmung der kleinsten Wanddicke in den in Nummer 2.4 in Bezug genommenen Berechnungsregeln finden über die Festlegungen der Nummer 10.1 hinaus keine Anwendung.

Übergangsregeln

Mit der Anwendung der TRG 220 werden die folgenden TRG gegenstandslos:

TRG 220, Ausgabe März 1973
TRG 221, Ausgabe März 1973
TRG 222, Ausgabe März 1973
TRG 223. Ausgabe März 1973
TRG 224, Ausgabe März 1973
TRG 225, Ausgabe März 1973
TRG 226, Ausgabe August 1974.

Tafel 2. Mindestwanddicken nach Nummer 10.1

1) In einigen TRG noch als Schweißnahtwertigkeit bezeichnet

1 Berechnungsregeln

Die Berechnung der drucktragenden Bauteile von Druckgasbehältern wird .mit den Festlegungen der TRG 220 nach folgenden AD-Merkblättern durchgeführt:

B 1 Zylinder- und Kugelschalen unter innerem Überdruck,

B 3 Gewölbte Böden unter innerem und äußerem Überdruck,

B 5 Ebene Böden und Platten nebst Verankerungen,

B 6 Zylinderschalen unter äußerem Überdruck,

B 7 Schrauben,

B 8 Flansche,

B 9 Ausschnitte in Zylindern, Kegeln und Kugeln unter innerem Überdruck,

B 10 Dickwandige zylindrische Mäntel unter innerem Überdruck.

Soweit in den vorgenannten Berechnungsregeln das AD-Merkblatt B 0 in Bezug genommen ist, gelten statt dessen die Festlegungen der TRG 220. Im übrigen sind die Abschnitte "Geltungsbereich" und "Allgemeines" sowie die Anhänge der vorgenannten AD-Merkblätter zu beachten.

2 Bei Anwendung der in Nummer 1 angegebenen Berechnungsregeln gelten hinsichtlich der Gestaltung und Bemessung der Druckgasbehälter und deren Bauteile folgende Festlegungen zusätzlich:

2.1 Gewölbte Böden, deren innerer Krempenradius r kleiner ist als das 0,1fache des äußeren Durchmessers Da (r < 0,1 D_a), gelten als ebene Böden. Sie sind nach AD-Merkblatt B 5 zu berechnen.

2.2 Als runde ebene Böden und Platten ohne zusätzliches Randmoment kommen nur die Ausführungsformen a), b) und d) nach Tafel 1 des AD-Merkblattes B 5 in Betracht. Bei der Ausführungsform d) muß die Dichtung die gesamte Flanschbreite überdecken.

2.3 Bei Rohrleitungsflanschen nach DIN 2500, bei Blindflanschen nach DIN 2527 und bei Blinddeckeln (ebene Deckel aus Stahl) nach DIN 28122 ist eine Nachrechnung nicht erforderlich,. sofern folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

• der Nenndruck nach der Norm ist gleich dem Prüfdruck gesetzt.
• die Nennweite 600 ist nicht überschritten.
• Weichstoffdichtungen werden verwendet und
• die lösbaren Verbindungen sind so ausgeführt, daß die Dichtungen nicht aus ihrem Sitz gedrückt werden können.

2.4 Bei Rohrleitungsflanschen nach DIN 2500 ist eine Nachrechnung der Schrauben nicht erforderlich, wenn deren Durchmesser und Anzahl den Normen für die Rohrleitungsflansche entsprechen und Weichstoffdichtungen verwendet werden. Der Nenndruck nach der Norm ist gleich dem Prüfdruck zu setzen.

2.5 Als Aufschweißflansche kommen nur Bauformen mit Nahtausführung Nummern 3 und 4 nach Tafel 1 des AD-Merkblattes B 8 in Betracht.