www.dwa.de Merkblatt DWA-M 375 DWA-Regelwerk Technische Dichtheit von Membranspeichersystemen September 2018 Redaktionelle Überarbeitung nach Arbeitsblatt DWA-A 400:2018: Beabsichtigte Änderungen sind im Text gekennzeichnet Frist zur Stellungnahme zu den beabsichtigten Änderungen: 31.10.2025 Hinweis: Gemäß den Vorgaben des Arbeitsblatts DWA-A 400:2018 dürfen nur die Änderungen kommentiert werden.
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DWA-M 375 2 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 Das Merkblatt DWA-M 375 und das DVGW Merkblatt G 436-2 sind inhaltsgleich. Redaktionelle Überarbeitung nach Arbeitsblatt DWA-A 400:2018 „Grundsätze für die Erarbeitung des DWA-Regelwerks": Beabsichtigte Änderungen sind im Text im Änderungsmodus gekennzeichnet. Frist zur Stellungnahme Die in diesem Merkblatt gekennzeichneten Änderungen werden bis zum 1 31. Oktober 2025 2 zur Diskussion gestellt. Auf der Homepage finden Sie unter 3 www.dwa.info/Stellungnahmen-Entwurf 4 eine digitale Vorlage für Ihre Stellungnahme. 5 Hinweis zur Abgabe von Stellungnahmen 6 Gemäß den Vorgaben des Arbeitsblatts DWA-A 400:2018 dürfen nur die beabsichtigten 7 Änderungen kommentiert werden. 8 Stellungnahmen können von der DWA urheberrechtlich verwertet werden. Mit der Abgabe einer 9 Stellungnahme räumt die stellungnehmende Person der DWA die Nutzungsrechte an etwaigen 10 schutzfähigen Inhalten ihrer Stellungnahme unentgeltlich zeitlich, räumlich sowie inhaltlich un- 11 beschränkt ein. Die stellungnehmende Person wird in der Publikation nicht namentlich genannt. 12 Stellungnahmen sind zu richten – vorzugsweise per E-Mail – an: 13 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) 14 Theodor-Heuss-Allee 17 15 53773 Hennef 16 dahmen@dwa.de 17 Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) setzt sich intensiv für die Entwicklung einer sicheren und nachhaltigen Wasser- und Abfallwirtschaft ein. Als politisch und wirtschaftlich unabhängige Organisation arbeitet sie fachlich auf den Gebieten Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall und Bodenschutz. In Europa ist die DWA die mitgliederstärkste Vereinigung auf diesem Gebiet und nimmt durch ihre fachliche Kompetenz bezüglich Regelsetzung, Bildung und Information sowohl der Fachleute als auch der Öffentlichkeit eine besondere Stellung ein. Die rund 14 000 Mitglieder repräsentieren die Fachleute und Führungskräfte aus Kommunen, Hochschulen, Ingenieurbüros, Behörden und Unternehmen. Impressum Herausgeber und Vertrieb: Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) Theodor-Heuss-Allee 17 53773 Hennef, Deutschland Satz: Christiane Krieg, DWA Druck: Siebengebirgsdruck, Bad Honnef ISBN: 978-3-88721-560-6 (Print) 978-3-88721-561-3 (E-Book) Gedruckt auf 100 % Recyclingpapier Tel.: Fax: E-Mail: Internet: +49 2242 872-333 +49 2242 872-100 info@dwa.de www.dwa.de © Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA), Hennef 2018 Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Merkblatts darf ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Digitalisierung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen werden. 18
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 3 Vorwort 1 Seit April 2012 haben der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. (DVGW), der Fachver- 2 band Biogas e. V. (FvB) und die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall 3 e. V. (DWA) eine enge fachliche Kooperation im Bereich Biogas vereinbart. Ein wesentliches Ziel die- 4 ser Zusammenarbeit ist es, hinsichtlich der sicherheitsrelevanten Anforderungen an die Errichtung und 5 den Betrieb von Biogasanlagen konsistente Mindeststandards zu etablieren. 6 Mit dem Merkblatt DWA-M 375 legen DVGW, FvB und DWA gemeinsam eine technische Regel vor, 7 die technische Leitlinien für Planung, Bau und Betrieb von Membranspeichersystemen gibt, um Le- 8 ckagen und Gasverluste entsprechend dem Stand der Technik zu minimieren. Das Merkblatt DWA- 9 M 375 erscheint inhaltsgleich auch als DVGW Merkblatt G 436-2. 10 In diesem Merkblatt wird im Hinblick auf einen gut verständlichen und lesefreundlichen Text für perso- 11 nenbezogene Berufs- und Funktionsbezeichnungen verallgemeinernd die männliche Form verwendet. 12 Alle Informationen beziehen sich in gleicher Weise auf alle Geschlechter. 13 Änderungen 14 Gegenüber dem Merkblatt DWA-M 375 (09/2018) wurden insbesondere folgende Änderungen vorge- 15 nommen: 16 a) Aufnahme einer Verweisung auf VDI 4321 „Diffuse Emissionen - Optische Gasdetektion zur Über- 17 prüfung von Anlagen – Biogasanlagen“ Technische Regel 18 b) Aufnahme einer Verweisung auf die überarbeitete TRGS 529 „Tätigkeiten bei der Herstellung von 19 Biogas“ (Stand: 16.07.2024) 20 c) Aktualisierung der Verweisungen auf rechtlichen und technischen BestimmungenNormen; 21 d) Aufnahme der DWA-Klimakennung; 22 23 In diesem Merkblatt werden, soweit wie möglich, geschlechtsneutrale Bezeichnungen für personen- 24 bezogene Berufs- und Funktionsbezeichnungen verwendet. Sofern dies nicht möglich ist, wird die 25 weibliche und die männliche Form verwendet. Ist dies aus Gründen der Verständlichkeit nicht mög- 26 lich, wird nur eine von beiden Formen verwendet. Alle Informationen beziehen sich aber in gleicher 27 Weise auf alle Geschlechter. 28 Frühere Ausgaben 29 Kein VorgängerdokumentMerkblatt DWA-M 375 (09/2018) 30 DWA-Klimakennung 31 Im Rahmen der DWA-Klimastrategie werden Arbeits- und Merkblätter mit einer Klimakennung aus- 32 gezeichnet. Über diese Klimakennung können Anwendende des DWA-Regelwerks schnell und einfach 33 erkennen, in welcher Intensität sich eine technische Regel mit dem Thema Klimaanpassung und Kli- 34 maschutz auseinandersetzt. Das vorliegende Merkblatt wurde wie folgt eingestuft: 35 KA0 = Das Merkblatt hat keinen Bezug zur Klimaanpassung 36 KS2 = Das Merkblatt hat direkten Bezug zu Klimaschutzparametern 37 BEGRÜNDUNG: Maßnahmen zur Klimaanpassung sind nicht Gegenstand dieses Merkblatts (KA0). 38 Die in diesem Merkblatt beschriebenen technischen Hinweise zur Gewährleisung der Dichtheit von 39 Membranspeichersystemen tragen unmittelbar zur Vermeidung von Treibhausgasemissionen bei 40 (KS2). Siehe hierzu auch Abschnitt 4.2 Aspekte des Umweltschutzes. 41 Einzelheiten zur Ableitung der Bewertungskriterien sind im „Leitfaden zur Einführung der Klimaken- 42 nung im DWA-Regelwerk“ erläutert, der online unter www.dwa.info/klimakennung verfügbar ist. 43
DWA-M 375 4 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 Verfasser 1 Das Merkblatt wurde im Rahmen der „Kooperation Biogas“ von der gemeinsamen besetzten DWA- 2 Arbeitsgruppe KEK-8.4 „Technische Dichtheit von Membranspeichersystemen“ im Auftrage und unter 3 der Mitwirkung des DWA-Fachausschusses KEK-8 „Biogas“, der FvB-DVGW-DWA-Arbeitsgruppe „Bio- 4 gaserzeugung“ und des DVGW-Gemeinschaftsausschusses G-GTK-0-1 „Erneuerbare Gase“ erstellt. 5 Der DWA-Arbeitsgruppe KEK-8.4 „Technische Dichtheit von Membranspeichersystemen“ gehören fol- 6 gende Mitglieder an: 7 8 Projektbetreuer in der DWA-Bundesgeschäftsstelle: 9 Projektbetreuer in der DVGW-Hauptgeschäftsstelle: 10 11 ZIEGLER, Josef Dipl.-Ing., Schwandorf (Sprecher) GEBAUER, Jörg Essen KLINKMÜLLER, Lars Dipl.-Ing., Berlin PAPROTH, Martin Dipl.-Ing., Dollerup RETTENBERGER, Gerhard Prof. Dr.-Ing., Trier SCHNATMANN, Christian Dipl.-Ing., Dortmund Schreier Wolfgang Dipl.-Ing. (FH), Longuich STEHLE, Roland Dr. rer. nat., Heilbronn WOLF, Dieter Dipl.-Ing., Essen Mitglieder des DWA-Fachausschusses KEK-8 „Biogas“ sowie der FvB-DVGW-DWA-Arbeitsgruppe „Biogaserzeugung“ (mit * gekennzeichnet) sind:: SCHÄFER, Arnold * Dipl.-Ing., Hamburg (Obmann FA KEK-8) KLINKMÜLLER, LARS * Dipl.-Ing. Berlin (Sprecher AG-Biogaserzeugung SPRICK, ACHIM Dipl.-Ing., Lemgo (Stellv. Obmann FA KEK-8) ALDA, JÖRG Dipl.-Ing., Bochum BLOCK, RALF * Dipl.-Ing, Sonsbeck DICHTL, Norbert Prof. Dr.-Ing., Braunschweig Eßer-Luber, Klaus Dipl.-Ing., Eching/Dietersheim GEBAUER, JÖRG Essen HEETKAMP, Jörg Dipl.-Ing., Aachen KLAAS, Uwe Dipl.-Chem., Bonn MACIEJCZYK, Manuel * Dipl.-Ing. agr., Freising MÜLLER, Volker Dr.-Ing., Dresden PATERSON, MARK Dipl.-Ing., Darmstadt RETTENBERGER, Gerhard * Prof. Dr.-Ing., Trier STEHLE, Roland Dr. rer. nat., Heilbronn (stellv. Obmann) VOß, Detlef Dipl.-Ing., Essen WIESHEU, MARION Dipl.-Wirtsch.-Ing., Freising ZIEGENFUSS, HANS-PETER Dr., Wiesbaden ZIEGLER, Josef * Dipl.-Ing., Schwandorf (Sprecher) REIFENSTUHL, Reinhard Dipl.-Ing., Hennef Abteilung Wasser- und Abfallwirtschaft GROHMANN, FinnFAHLING, FELIX M. Sc., Bonn Einheit Gastechnologien und Energiesysteme
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 5 Inhalt 1 Vorwort .................................................................................................................................. 3 2 Bilderverzeichnis ..................................................................................................................... 7 3 Tabellenverzeichnis ................................................................................................................. 7 4 Hinweis für die Benutzung...................................................................................................... 8 5 1 Anwendungsbereich .............................................................................................. 8 6 2 Verweisungen ......................................................................................................... 9 7 3 Begriffe .................................................................................................................... 10 8 3.1 Definitionen ............................................................................................................... 10 9 3.1.1 Technisch dicht......................................................................................................... 10 10 3.1.2 Dauerhaft technisch dicht ......................................................................................... 10 11 3.1.3 Membranspeichersysteme........................................................................................ 10 12 3.1.4 Biogas ....................................................................................................................... 11 13 3.1.5 Gasmessgeräte ........................................................................................................ 11 14 3.1.6 Gebrauchstauglichkeit .............................................................................................. 11 15 3.1.7 Permeation ............................................................................................................... 11 16 3.1.8 Permeabilität ............................................................................................................. 11 17 3.1.9 Stützluftdruck ............................................................................................................ 11 18 3.1.10 Überströmeinrichtung Luft ........................................................................................ 11 19 3.1.11 Querdurchströmung .................................................................................................. 12 20 3.1.12 Überdrucksicherung Biogas...................................................................................... 12 21 3.1.13 Unterdrucksicherung Biogas..................................................................................... 12 22 3.1.14 Leck .......................................................................................................................... 12 23 3.1.15 Leckage .................................................................................................................... 12 24 3.1.16 Leckagerate .............................................................................................................. 12 25 3.1.17 Fachkundige Person................................................................................................. 12 26 3.2 Symbole und Abkürzungen....................................................................................... 13 27 4 Anforderungen an die Gasdichtheit von Membranspeichersystemen.............. 15 28 4.1 Explosionsschutz und Arbeitssicherheit ................................................................... 15 29 4.2 Aspekte des Umweltschutzes................................................................................... 15 30 5 Potenzielle Gasfreisetzungsstellen an Membranspeichersystemen ................. 16 31 5.1 Vorbemerkung .......................................................................................................... 16 32 5.2 Permeation ............................................................................................................... 16 33 5.3 Gasfreisetzung durch Defekte in der Membranabdeckung ...................................... 16 34 5.4 Lösbare Verbindungen, Durchführungen.................................................................. 17 35 5.5 Nicht lösbare Verbindungen ..................................................................................... 18 36 5.6 Betriebliche Freisetzungsquellen.............................................................................. 18 37 6 Prüfmethoden zum Nachweis der technischen Dichtheit................................... 19 38 6.1 Allgemeines .............................................................................................................. 19 39 6.2 Berechnung der Permeationsrate............................................................................. 19 40
DWA-M 375 6 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 6.3 Berechnung der Leckagerate ................................................................................... 19 1 6.4 Prüfungen zur Abgrenzung von Permeation und Leckage....................................... 20 2 6.4.1 Innenliegende Membranen bei Doppelmembransystemen in Tragluftbauweise...... 20 3 6.4.2 Einschalige Membransysteme ................................................................................. 21 4 6.4.3 Prüfungen zur Feststellung von Leckagen aus der Gasmembrane ......................... 22 5 6.5 Prüfungen zur Feststellung von Leckagen an lösbaren Verbindungen.................... 22 6 7 Durchführung der Prüfung .................................................................................... 23 7 7.1 Vorbemerkungen ...................................................................................................... 23 8 7.2 Qualifikationsanforderungen an das Prüfpersonal ................................................... 23 9 7.3 Direkte Messmethoden zur Dichtheitsprüfung ......................................................... 23 10 7.3.1 Allgemein.................................................................................................................. 23 11 7.3.2 Schaumbildende Mittel ............................................................................................. 23 12 7.3.3 Gasmessgeräte ........................................................................................................ 24 13 7.3.4 Prüfung über Volumenverlust ................................................................................... 24 14 7.3.5 Prüfung mittels Nebel ............................................................................................... 25 15 7.4 Indirekte Prüfung mittels Fernmessverfahren .......................................................... 25 16 7.4.1 Allgemeines .............................................................................................................. 25 17 7.4.2 Lasermesssystem ................................................................................................... 25 18 7.4.3 Gaskameras ............................................................................................................ 26 19 7.5 Eignung der Prüfverfahren nach Anwendungsbereich............................................. 27 20 8 Prüfungen ............................................................................................................... 29 21 8.1 Allgemeines .............................................................................................................. 29 22 8.2 Ordnungsprüfung ..................................................................................................... 29 23 8.3 Erstprüfung auf Dichtheit nach Errichtung oder zur Wiederinbetriebnahme ........... 30 24 8.4 Wiederkehrende Prüfungen im Betrieb .................................................................... 30 25 8.5 Bewertung der Prüfergebnisse und Maßnahmen..................................................... 32 26 9 Dokumentation ....................................................................................................... 32 27 Anhang A Berechnungsbeispiele .......................................................................................... 33 28 A.1 Berechnung der Permeationsrate eines Doppelmembrangasspeichers über 29 einem Fermenter oder Gärproduktlager................................................................... 33 30 A.1.1 Vorbemerkungen ...................................................................................................... 33 31 A.1.2 Anlagedaten Biogasanlage 1 ................................................................................... 33 32 A.1.3 Vorgehensweise ....................................................................................................... 33 33 A.1.3.1 Berechnung der Membranoberfläche AMF ................................................................ 33 34 A.1.3.2 Berechnung des Tragluftstroms ............................................................................... 34 35 A.1.3.3 Berechnung der aus Permeation zu erwartenden CH4-Konzentration 36 CCH4,PE in der Tragluft ................................................................................................ 34 37 A.1.3.4 Berechnung der durch ein Leck verursachten CH4-Konzentration in der Tragluft.... 35 38 A.2 Berechnung der Permeationsrate für einen typischen freistehenden 39 Doppelmembrangasspeicher auf einer Faulgasanlage............................................ 36 40 A.2.1 Anlagedaten Biogasanlage 2 ................................................................................... 36 41 A.2.2 Vorgehensweise ....................................................................................................... 36 42 Anhang B Nachweisbare Leckgröße am Beispiel der Prüfung mit 43 schaumbildenden Mitteln ..................................................................................... 38 44
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 7 Quellen und Literaturhinweise ............................................................................................... 39 1 Bilderverzeichnis 2 Bild 1: Beispiel einer Membranbefestigung mit Klemmschiene (Grafik: Inreetec GmbH).... 17 3 Bild 2: Membranbefestigung mit Klemmschlauch (Grafik: Inreetec GmbH) ........................ 17 4 Bild 3: Beispiel üblicher Durchführungen im Gasraum (Grafik: Inreetec GmbH)................. 18 5 Bild A.1: Methankonzentrationswerte im Tragluftstrom von real gemessenen Anlagen 6 (a: gemessene Werte, b: theoretisch zulässige Werte, c: Werte bei 7 angenommenem Leck mit 5 mm2) ............................................................................. 36 8 Tabellenverzeichnis 9 Tabelle 1: Messmethoden für Dichtheitsprüfüngen/Wiederholungsprüfungen – 10 Einsatzbereiche und Einflussfaktoren Siehe VDI 4321 Diffuse Emissionen - 11 Optische Gasdetektion zur Überprüfung von Anlagen – Biogasanlagen.................. 28 12 Tabelle 2: Wiederkehrende Prüfungen im Betrieb..................................................................... 31 13 14
DWA-M 375 8 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 Hinweis für die Benutzung Dieses Merkblatt ist das Ergebnis ehrenamtlicher, technisch-wissenschaftlicher/wirtschaftlicher Gemeinschaftsarbeit, das nach den hierfür geltenden Grundsätzen (Satzung, Geschäftsordnung der DWA und dem Arbeitsblatt DWA-A 400) zustande gekommen ist. Für ein Merkblatt besteht eine tatsächliche Vermutung, dass es inhaltlich und fachlich richtig ist. Jeder Person steht die Anwendung des Merkblatts frei. Eine Pflicht zur Anwendung kann sich aber aus Rechts- oder Verwaltungsvorschriften, Vertrag oder sonstigem Rechtsgrund ergeben. Dieses Merkblatt ist eine wichtige, jedoch nicht die einzige Erkenntnisquelle für fachgerechte Lösungen. Durch seine Anwendung entzieht sich niemand der Verantwortung für eigenes Handeln oder für die richtige Anwendung im konkreten Fall; dies gilt insbesondere für den sachgerechten Umgang mit den im Merkblatt aufgezeigten Spielräumen. Normen und sonstige Bestimmungen anderer Mitgliedstaaten der Europäischen Union oder anderer Vertragsstaaten des Abkommens über den Europäischen Wirtschaftsraum stehen Regeln der DWA gleich, wenn mit ihnen dauerhaft das gleiche Schutzniveau erreicht wird. 1 Anwendungsbereich 1 Es werden Anforderungen für neu zu errichtende Gasspeichersysteme sowie für Bestandsanlagen 2 definiert. 3 Bau, Betrieb und Instandhaltung werden im Hinblick auf die Einhaltung der Anforderungen an die Ge- 4 währleistung der Dichtheit einschließlich deren Prüfung beschrieben. Es werden nur die für die Ge- 5 währleistung der Dichtheit relevanten technischen Komponenten in Bezug auf dieses Schutzziel be- 6 trachtet (Membrane, Einspannung, Einbauten, Durchführungen, relevante Mess-, Steuer- und 7 Regeleinrichtungen). 8 Andere Einflussfaktoren, wie z. B. die Grenzen der Gasdichtheit von Beton etc. sind nicht Gegenstand 9 dieses Merkblatts. 10 Ergänzend zu den Anforderungen des Merkblatts DWA-M 377 „Biogas – Speichersysteme – Sicher- 11 stellung der Gebrauchstauglichkeit und Tragfähigkeit von Membranabdeckungen Biogas – Membran- 12 speichersysteme über Behältern“ legt das vorliegende Merkblatt Anforderungen an die technische 13 Dichtheit von volumetrischen Membranspeichersystemen fest, die entweder 14 • auf einem Behälter (z. B. Fermenter, Nachgärer, Gärproduktlager) mit Membranabdeckungen, 15 • auf einer Bodenplatte, die mit einer Membrane überspannt ist 16 • oder aus Membransäcken oder Gaskissen 17 bestehen. 18 Dieses Merkblatt gilt nicht für externe, gewichtsbelastete Niederdruckgasspeicher mit fester Umman- 19 telung. Diese werden im Merkblatt DWA-M 376 „Sicherheitsregeln für Biogasbehälter mit Membran- 20 dichtungFreistehende Biogasbehälter“ behandelt. 21 Mit der Definition von Anforderungen an die Dichtheit von Membranspeichersystemen werden fol- 22 gende Schutzziele verfolgt: 23 • Gefährdungen für Personen und Sachen vermeiden (sicherheitstechnische Anforderungen). 24 • Emissionen vermeiden, um den Anforderungen an einen umwelt- und klimaschonenden Betrieb 25 der Anlagen gerecht zu werden. 26
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 9 2 Verweisungen 1 Die folgenden Dokumente, die in diesem Merkblatt teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind für 2 die Anwendung dieses Merkblatts erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug ge- 3 nommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen 4 Dokuments (einschließlich aller Änderungen). 5 DIN 53380-2, Prüfung von Kunststoffen – Bestimmung der Gasdurchlässigkeit – Teil 2: Mano- 6 metrisches Verfahren zur Messung an Kunststoff-Folien 7 DIN EN 1779, Zerstörungsfreie Prüfung – Dichtheitsprüfung – Kriterien zur Auswahl von Prüf- 8 methoden und -verfahren 9 DIN EN 14291, Schaumbildende Lösungen zur Lecksuche an Gasinstallationen 10 TRBA 400, Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe – Handlungsanleitung zur Gefähr- 11 dungsbeurteilung und für die Unterrichtung der Beschäftigten bei Tätigkeiten mit biologi- 12 schen Arbeitsstoffen 13 TRBS 1112-1, Technische Regeln für Betriebssicherheit – Explosionsgefährdungen bei und 14 durch Instandhaltungsarbeiten – Beurteilung und Schutzmaßnahmen 15 TRBS 1203, Technische Regeln für Betriebssicherheit – Befähigte Personen 16 TRGS 529, Technische Regel für Gefahrstoffe – Tätigkeiten bei der Herstellung von Biogas 17 TRGS 720/TRBS 2152, Technische Regeln für Betriebssicherheit – Gefährliche explosionsfä- 18 hige Atmosphäre Gemische – Allgemeines – 19 TRGS 722/ TRBS 2152-2, Technische Regeln für Betriebssicherheit – Vermeidung oder Ein- 20 schränkung gefährlicher explosionsfähiger AtmosphäreGemische 21 TRGS 727/TRBS 2153, Technische Regeln für Betriebssicherheit – Vermeidung von Zündge- 22 fahren infolge elektrostatischer Aufladungen 23 DGUV Regel 113-001, Explosionsschutz-Regeln (EX-RL); (bisher: BGR 104) 24 DGUV Information 213-057, Gaswarneinrichtungen für den Explosionsschutz – Einsatz und Be- 25 trieb (Merkblatt T 023 der Reihe „Sichere Technik“); (bisher: BGI 518) 26 DVGW G 465-4, Gasspür- und Gaskonzentrationsmessgeräte für die Überprüfung von Gasan- 27 lagenGerätetechnik für die Überprüfung von Gasleitungen und Gasanlagen. Merkblatt 28 BetrSichV – Betriebssicherheitsverordnung , Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz 29 bei der Verwendung von Arbeitsmitteln 30 DWA-A 199, Dienst- und Betriebsanweisung für das Personal von Abwasseranlagen. Arbeits- 31 blattreihe 32 DWA-M 212, Technische Ausrüstung von Faulgasanlagen auf Kläranlagen. Merkblatt 33 DWA-M 217, Explosionsschutz für abwassertechnische Anlagen. Merkblatt 34 DWA-M 275, Rohrleitungssysteme für den Bereich der technischen Ausrüstung von K läranlagen. 35 Merkblatt 36 DWA-M 363, Herkunft, Aufbereitung und Verwertung von Biogasen. Merkblatt 37
DWA-M 375 10 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 DWA-M 376, Freistehende BiogasspeicherSicherheitsregeln für Biogasbehälter mit Membran- 1 dichtung. Merkblatt 2 DWA-M 377, Biogas – Membranspeichersysteme über BehälternBiogas – Speichersysteme – 3 Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit und Tragfähigkeit von Membranabdeckungen. 4 Merkblatt 5 VDI 3475 Blatt 4: Emissionsminderung - Biogasanlagen in der Landwirtschaft - Vergärung von 6 Energiepflanzen und Wirtschaftsdünger. Technische Regel. 7 VDI 4285 Blatt 1, Messtechnische Bestimmung der Emissionen diffuser Quellen – Grundlagen. 8 Technische Regel 9 VDI 4321 Diffuse Emissionen - Optische Gasdetektion zur Überprüfung von Anlagen – Biogas- 10 anlagen. Technische Regel. 11 3 Begriffe 12 3.1 Definitionen 13 3.1.1 Technisch dicht 14 Anlagenteile gelten als technisch dicht, wenn bei einer für den Anwendungsfall geeigneten Dichtheits- 15 prüfung oder Dichtheitsüberwachung bzw. -kontrolle, z. B. mit schaumbildenden Mitteln oder mit Leck- 16 such- oder -anzeigegeräten, eine Undichtheit nicht erkennbar ist. Bei Anlagenteilen, die technisch dicht 17 sind, können seltene Freisetzungen auftreten. Technisch dichte Anlagen sind daher vor Inbetrieb- 18 nahme bzw. Wiederinbetriebnahme, nach Änderungen oder Reparaturarbeiten als Ganzes oder in 19 betroffenen Abschnitten auf Dichtheit zu kontrollieren. (TRGS 722/TRBS 2152-2: 20 2012 Nr. 2.4.3.3 Abs. 2). 21 3.1.2 Dauerhaft technisch dicht 22 Als dauerhaft technisch dicht gelten Anlagenteile, wenn 23 a) diese so ausgeführt sind, dass sie aufgrund ihrer Konstruktion und Nutzung auf Dauer technisch 24 dicht bleiben, 25 b) oder deren technische Dichtheit durch Wartung und Überwachung ständig gewährleistet wird 26 (TRGS 722/TRBS 2152-2:2012 Nr. 2.4.3.2). 27 3.1.3 Membranspeichersysteme 28 Systeme zur Zwischenspeicherung von erzeugtem Biogas, deren variables Volumen durch Membra- 29 nen begrenzt wird. 30 ANMERKUNG: Diese Membranen können mechanisch oder pneumatisch vorgespannt, einschalig oder 31 zweischalig, als externer Speicher oder als Abdeckung über Behältern ausgeführt sein (Merkblatt 32 DWA-M 377:2016). 33
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 11 3.1.4 Biogas 1 Biogas ist ein beim anaeroben Abbau organischer Stoffe entstehendes Gasgemisch, das nahezu aus- 2 schließlich aus Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2) besteht. Weiterhin sind geringe Mengen an 3 Schwefelwasserstoff (H2S), Stickstoff (N2) und andere Spurengase enthalten (Merkblatt DWA- 4 M 363:2010). ANMERKUNG: Biogas ist bei der Entstehung wasserdampfgesättigt. 5 Biogas ist ein gasförmiges Produkt der Vergärung, das hauptsächlich aus Methan und Kohlenstoffdi- 6 oxid besteht und je nach Substrat außerdem Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Wasserdampf und an- 7 dere gasförmige oder verdampfbare Bestandteile in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten kann 8 (VDI 3475 Blatt 4:2010). 9 3.1.5 Gasmessgeräte 10 Messgeräte speziell zur Feststellung von Methankonzentrationen im ppm-Bereich. 11 ANMERKUNG: Sie unterscheiden sich damit deutlich in ihrer Messempfindlichkeit von solchen Gasmess- 12 geräten, die als Gaswarngeräte im Sinne der DGUV Information 213-057 T 023 (bisher: BGI 518) ver- 13 wendet werden. 14 3.1.6 Gebrauchstauglichkeit 15 Verformungseigenschaften der Gasspeichersysteme, die sich auf die Dauerhaftigkeit und Funktions- 16 fähigkeit der Membranen und Befestigungssysteme auswirken (Merkblatt DWA-M 377:201623). 17 3.1.7 Permeation 18 Transport von Gasmolekülen durch einen physisch intakten Festkörper. 19 ANMERKUNG: Der Gasdurchtritt durch einen perforierten Festkörper ist keine Permeation. 20 3.1.8 Permeabilität 21 Spezifische Durchlässigkeit bezogen auf Fläche, Druckdifferenz Partialdruckdifferenz und Zeitdauer. 22 3.1.9 Stützluftdruck 23 Notwendiger Druck zur Aufrechterhaltung des Gassystemdrucks Systemdrucks im Tragluftspeicher 24 und der damit geforderten Stabilität der Außenmembrane; wird durch eigenes Stützluftgebläse erzeugt 25 und erfordert eine Überströmeinrichtung (Merkblatt DWA-M 377:202316). 26 ANMERKUNG: Der Begriff Tragluft wird inhaltlich und wörtlich als Synonym für Stützluft verwendet. 27 3.1.10 Überströmeinrichtung LuftStützluft 28 Tragluftauslassklappe, Ventil etc. zur Gewährleistung der Querdurchströmung und des Ausgleichs des 29 Stützluftdrucks im Tragluftzwischenraum (Merkblatt DWA-M 377:202316). 30
DWA-M 375 12 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 3.1.11 Querdurchströmung 1 Querdurchströmung bei zweischaligen Speichersystemen ist gegeben, wenn die Überstromeinrich- 2 tung der Einlassöffnung der Stützluft gegenüberliegt. 3 3.1.12 Überdrucksicherung Biogas 4 Eine Überdrucksicherung ist eine durch den Gasdruck ausgelöste Sicherheitseinrichtung, die den Bi- 5 ogasbehälter durch Abblasen von Gas vor zerstörendem Überdruck schützt (Merkblatt DWA- 6 M 377:202316). 7 3.1.13 Unterdrucksicherung Biogas 8 Eine Unterdrucksicherung ist eine durch den Gasdruck ausgelöste Sicherheitseinrichtung, die den Bi- 9 ogasbehälter durch Einlassen von Luft vor zerstörendem Unterdruck schützt (Merkblatt DWA- 10 M 377:202316). 11 3.1.14 Leck 12 Öffnung, die aufgrund einer Druckdifferenz einen Stoffstrom durchlässt. 13 3.1.15 Leckage 14 Die aus einer undichten Stelle austretenden Stoffe. 15 3.1.16 Leckagerate 16 Aus einem Leck austretendes Stoffvolumen bezogen auf die Zeit. 17 3.1.17 Fachkundige Person 18 Fachkundig im Sinne dieser Regel sind Personen, die aufgrund ihrer fachlichen Ausbildung, prakti- 19 schen Tätigkeit oder Berufserfahrung ausreichende Kenntnisse auf dem Gebiet der Prüfung der Dicht- 20 heit von gasführenden Anlagenteilen und Gasleitungen besitzen. 21 Die erforderliche Fachkunde umfasst Kenntnisse und Erfahrungen in folgenden Bereichen: 22 - Technik von Anlagen zur Erzeugung von Biogas, 23 - Zusammensetzung und sicherheitstechnische Kenngrößen von Biogas, Wirkung der Biogas- 24 bestandteile auf den Menschen 25 - Explosionsschutz, 26 - Eignung der Prüfmethode für den jeweiligen Anwendungsfall, 27 - Anwendung des eingesetzten Prüfverfahrens bzw. der Prüfmethode, 28
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 13 - Einschlägiges Regelwerk, 1 - Interpretation der Prüfergebnisse. 2 Eine fachkundige Person für die Durchführung von Dichtheitsprüfungen verfügt über ausreichende 3 Fachkenntnisse und Erfahrungen im Bereich Anlagentechnik, Umgang mit Biogasen, Explosions- 4 schutz und der eingesetzten Prüfverfahren. 5 Darüber hinaus sollte sie eine entsprechende zeitnahe berufliche Tätigkeit ausüben. 6 Die Prüfperson darf bei der Prüftätigkeit keinen fachlichen Weisungen unterliegen, sie darf wegen 7 dieser Tätigkeit nicht benachteiligt werden. 8 Im Weiteren gelten die Begriffe der Technischen Regelwerke aus Abschnitt 2. Insbesondere wird auf- 9 grund der thematischen Nähe des Merkblatts DWA-M 377 auf die dortigen Begriffsdefinitionen verwie- 10 sen. 11 3.2 Symbole und Abkürzungen 12 Symbole/ Formelzeichen Maßeinheit E rläuterung AL m2 Querschnittsfläche der Leckstelle AMF m2 Oberfläche der Gasspeichermembrane AMH m2 überdeckte Membranfläche der Messhaube ATL m2 Querschnittsfläche vom Tragluftauslass CCH4,Biogas % oder ppm Methankonzentration im Biogas; Hinweis: 1 % entspricht 10.000 ppm CCH4,Pe % oder ppm Methankonzentration in der Tragluft, aus Permeation resultierend CCH4,TL % oder ppm Methankonzentration im Tragluftstrom hK m Höhe eines kugelförmigen Doppelmembrangasspeichers über der Fundamentoberfläche hKA m Höhe eines Kugelabschnitts PR m3/(m2·s·hPa) Permeabilität der eingesetzten Membrane PRZul m3/(m2·s·hPa) zulässige Permeabilität der eingesetzten Membrane. HINWEIS: Häufig wird die Permeabilität in ml/ (m2·d·bar) angegeben, was mit den zu verwendenden SI-Einheiten einem Wert von 11,574 · 10–15 m3/(m2·s·hPa) entspricht pp hPa Partialdruck rK m Radius einer Kugel rKA m Radius des Basiskreises eines Kugelabschnitts
DWA-M 375 14 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 Symbole/ Formelzeichen Maßeinheit E rläuterung rTL m Radius Tragluftauslass tAz s Anreicherungszeit unter der Messhaube VMH m3 Volumen der Messhaube AV m3/(m2·s) flächenbezogener permeierender Methanvolumenstrom, gemessen mit der Messhaube (siehe 6.4.2) CH4 V m3/s permeierender Methanvolumenstrom. HINWEIS: wird oft in Milliliter Methan pro Tag (ml/d) angegeben CH (T) 4 V m3/s permeierendes Methanvolumen in Abhängigkeit von der Temperatur. HINWEIS: wird oft in Milliliter Methan pro Tag (ml/d) angegeben LV m3/s durch ein Leck strömendes Gasvolumen TL V m3/s realer Tragluftvolumenstrom. HINWEIS: wird oft in Kubikmeter pro Stunde (m3/h) als Kennwert der Stützluftgebläse angegeben TL v m/s Ausströmgeschwindigkeit im Tragluftauslass wL m/s Ausströmgeschwindigkeit des Biogases am Leck ΔCCH4 % oder ppm Differenz der Methankonzentration in der Messhaube innerhalb der Anreicherungszeit ∆ p hPa oder kg/(m·s2) Druckdifferenz ∆ pCH4 hPa oder kg/(m·s2) Differenz der Partialdrücke von Methan ober- und unterhalb einer Membrane kg/m3 Dichte des Biogases 1 Abkürzung E rläuterung PVC Polyvinylchlorid; amorpher thermoplastischer Kunststoff EPDM Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk; Elastomer, synthetischer Kautschuk ppm engl. parts per million
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 15 4 Anforderungen an die Gasdichtheit von 1 Membranspeichersystemen 2 4.1 Explosionsschutz und Arbeitssicherheit 3 Bei Bau und Betrieb von Gasspeichern sind die einschlägigen Vorschriften zum Explosionsschutz zu 4 beachten (siehe insbesondere DGUV Regel 113-001 und TRGS 529). 5 Membranspeichersysteme einschließlich ihrer Ausrüstungsteile sind zum Schutz Beschäftigter und 6 anderer Personen so zu errichten, zu betreiben, zu überprüfen und instand zu halten, dass sie bei den 7 zu erwartenden Belastungen (z. B. mechanischen, chemischen und thermischen Beanspruchungen) 8 mindestens technisch dicht sind (primärer Explosionsschutz). 9 Dies muss durch eine Prüfung der technischen Dichtheit 10 • nach Errichtung sowie 11 • nach jedem Fall eines Ereignisses oder Eingriffs in die Anlage, insbesondere im Rahmen der War- 12 tung und Instandhaltung, welche Einflüsse auf die Dichtheit haben oder erwarten lassen 13 nachgewiesen werden. 14 Darüber hinaus sind wiederkehrende Überprüfungen auf Leckagen durchzuführen (siehe 8.4). 15 4.2 Aspekte des Umweltschutzes 16 Methan ist ein wesentliches hochwirksames Treibhausgas (25-30 mal höheres Treibhauspotential als 17 CO2 über 100 Jahre und über einen Zeitraum von 20 Jahren sogar 80-90 mal wirksamer), sodass die 18 Minimierung von Methanemissionen aus Gasspeichersystemen ein generell anzustrebendes Ziel dar- 19 stellt. 20 Demzufolge hat sich in den vergangenen Jahren auch der Stand der Technik zur Vermeidung von 21 Methanemissionen aus Gasspeichersystemen erheblich verschärft. In der Technischen Regel TRAS 22 120, die 2019 neu eingeführt wurde, und in der TA-Luft sind inzwischen erweiterte Anforderungen an 23 die Dichtheit von Gasspeichersystemen definiert. Teilweise gehen diese Anforderungen über die Vor- 24 gaben aus dem Explosionsschutz und der Arbeitssicherheit hinaus. Neben konkreten Anforderungen 25 an die Eigenschaften von Speichermembranen (maximale Methanpermeation, Belastbarkeit) gibt es 26 auch umfangreiche Anforderungen an die Überwachung der Dichtheit (z.B. zweischalige Ausführung 27 mit Zwischenraumüberwachung bzgl. Methanleckagen, Dichtheitsprüfung mindestens alle 3 Jahre 28 plus Einsatz von Gaskameras). 29 In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass die unvermeidbare Permeation durch Einsatz ge- 30 eigneter Werkstoffe auf einen Wert zu begrenzen ist, der dem Stand der Technik geeigneter Memb- 31 ranwerkstoffe entspricht. 32 33
DWA-M 375 16 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 5 Potenzielle Gasfreisetzungsstellen an 1 Membranspeichersystemen 2 5.1 Vorbemerkung 3 Für die Gasfreisetzung an Membranspeichersystemen ist zwischen der unvermeidbaren Permeation, 4 d. h. Diffusion von Methan durch den festen Membranwerkstoff, und Defekten bzw. Lecks an der 5 Membrane bzw. des Membransystems einschließlich Einspannstellen, Durchführungen etc. zu unter- 6 scheiden. 7 5.2 Permeation 8 Je nach eingesetzter Membranqualität können unterschiedliche Werte für die Methan-Permeation er- 9 reicht werden. Bisher galten Werte bis maximal 1.000 ml/(m2·d·bar) bzw. 11,574 · 10–12 m3/(m2·s·hPa) 10 als zulässig. Dies resultiert aus früher typischen Werten für EPDM-Membranen, welche in der Regel 11 zwischen ca. 350 ml/(m2·d·bar) bis maximal 1.000 ml/(m2·d·bar) lagen. Höherwertige EPDM- 12 Membranen können heute eine Permeationsrate von 500 ml/(m2·d·bar) einhalten. Mit PVC- 13 beschichteten Polyestergeweben können auch Werte von ca. 250 ml/(m2·d·bar) erreicht werden. 14 Werte über 500 ml/(m2·d·1.000 hPa) entsprechen daher nicht mehr dem Stand der Technik. 15 Unter Berücksichtigung des Minimierungsgebots für Methanemissionen als auch Aspekten der Wirt- 16 schaftlichkeit, wird die maximale Methan-Permeation nach dem Stand der Technik für Membranspei- 17 chersysteme auf Biogasanlagen auf einen Wert von 500 ml/(m2·d·bar) bzw. 5,787 · 10–12 m3/(m2·s·hPa) 18 gemessen bei 23 °C festgelegt. 19 Der Nachweis dieses Grenzwerts muss vom Hersteller bzw. vom Inverkehrbringer der Membrane 20 durch eine Messung nach DIN 53380-2 bei 23 °C mit einem Prüfprotokoll eines unabhängigen Prüfin- 21 stituts/Labor beigebracht werden. Zur Einschätzung realer Einsatzbedingungen ist zusätzlich auch die 22 Permeationsrate bei 55 °C anzugeben. 23 Diese Werte sind von besonderer Relevanz, da mit Angabe des Herstellers zur Permeation des real 24 eingesetzten Membranwerkstoffs, der Druckverhältnisse im Gasspeichersystem und des Luftdurch- 25 satzes des eingesetzten Stützluftgebläses der zulässige Methananteil am Abluftventil der häufig ein- 26 gesetzten zweischaligen Speichersysteme (Doppelmembranspeicher) in der erwartbaren Größenord- 27 nung rechnerisch ermittelt und messtechnisch auf Plausibilität und Einhaltung des erwartbaren 28 Maximalwerts überprüft werden kann. Im Anhang sind dazu orientierende Berechnungen typischer 29 Systeme exemplarisch aufgeführt. 30 5.3 Gasfreisetzung durch Defekte in der Membranabdeckung 31 Unter Defekten in der Membranabdeckung werden Perforationen in Form von Löchern und Rissen 32 verstanden. Diese können insbesondere 33 • durch äußere Einwirkungen (mechanische Beschädigungen), 34 • durch Bauteilversagen (Knickstellen, Lösen von Nähten, Bruch durch Überlastung), 35 • infolge unsachgemäßer Herstellung und/oder Montage, (Risse infolge von Flattern und Faltenbil- 36 dung) oder 37 • durch alterungsbedingte Porösität, Verschleiß (z. B. wiederkehrende Faltung der inneren Membra- 38 nen bei Doppelmembranspeichersystemen) 39 entstehen. 40
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 17 5.4 Lösbare Verbindungen, Durchführungen 1 Gasbeaufschlagte, lösbare Verbindungen müssen mindestens technisch dicht sein. Trotzdem kann 2 das Auftreten von Leckagen an diesen Stellen nicht ausgeschlossen werden. 3 Zu den lösbaren Verbindungen bei Gasspeichersystemen gehören insbesondere: 4 • Befestigungen der Membranen am Behälter 5 Membranbefestigung, z. B. als geschraubte Klemmverbindung oder als Klemmschlauchverbin- 6 dung (ohne Verschraubungen) (Bild 1 und Bild 2); 7 1: Innenmembrane; 2: Außenmembrane; 3: Klebeanker; 4: Schraube; 5: Scheibe; 6: Klemmschiene; 7: Dichtmaterial; 8: Oberflächenversiegelung/ Folie auf Behälterkrone; 9: Isolierung; 10: Verkleidung; 11: Fermenterwand Bild 1: Beispiel einer Membranbefestigung mit Klemmschiene (Grafik: Inreetec GmbH) 8 1: Außenmembrane; 2: Innenmembrane; 3: Oberflächenversiegelung/ Folie auf Behälterkrone; 4: Klemmschiene („C“-Profil); 5: Klemmschlauch; 6: Befestigung der Klemmschiene; 7: Isolierung; 8: Verkleidung; 9: Befestigung der Überlappung; 10: Fermenterwand Bild 2: Membranbefestigung mit Klemmschlauch (Grafik: Inreetec GmbH) 9 • Anschlüsse am Speichersystem 10 Flansche, Verschraubungen und Klemmverbindungen zum Anschluss von Rohrleitungen (respek- 11 tive Schlauchleitungen), Messgeräten, Schaugläsern, Anschlussplatten/Flansche etc., die zum 12 Speichersystem gehören etc. und 13 • Durchführungen/Öffnungen 14 Seildurchführungen, Rührwerksdurchführung, Rührwerks-Verstellgestänge, Scheibenwischer- 15 durchführungen und ähnliche Einrichtungen, die direkt mit dem Gasraum der Gasspeicher kom- 16 munizieren (Ringraumdichtungen/Rohrmanschette als Wanddurchführung, Revisionsöffnungen in 17 der Gasmembrane, Schaugläser, Seilzüge/Rührwerksverstellung, Messsonden etc.) (Bild 3). 18
DWA-M 375 18 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 1 1: Gasüber-/-unterdrucksicherung 2: Bullaugen 3: Seildurchführung/Seitenverstellung von Tauchmotorrührwerken 4: Gasleitung 5: Entschwefelungsleitung 6: Durchführung für Messtechnik 7: Rührwerksdurchführung (Drucksensor, Füllstandüberwachung etc.) 8: Kondensatrückführung Bild 3: Beispiel üblicher Durchführungen im Gasraum (Grafik: Inreetec GmbH) 2 5.5 Nicht lösbare Verbindungen 3 Zu den nicht lösbaren Verbindungen bei Gasspeichersystemen gehören insbesondere: 4 • geschweißte Rohrleitungsnähte mit Qualitätsnachweis gemäß Merkblatt DWA-M 275, 5 • vergossene Wanddurchführungen. 6 Bei sachgemäßer Ausführung sind diese unter Berücksichtigung von Alterungserscheinungen dauer- 7 haft technisch dicht. 8 5.6 Betriebliche Freisetzungsquellen 9 Zu den üblichen, betrieblichen Freisetzungsquellen gehören unter anderem: 10 • im Fermenter liegende Schaumfallen, 11 • Gasüber-/unterdrucksicherungen, 12 • Gasprobenahmestutzen, 13 • Stützluftauslass, 14 • Revisionsöffnungen, 15 • geöffnete Gasspeicher aufgrund von Instandhaltungsarbeiten. 16
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 19 Zu beachten ist hierbei, dass es zumeist erst durch Eingriffe in das Biogassystem, z. B. bei Probenah- 1 men, Instandhaltungsmaßnahmen oder Störungen des bestimmungsgemäßen Betriebs zur Gasfrei- 2 setzung kommt. 3 6 Prüfmethoden zum Nachweis der technischen 4 Dichtheit 5 6.1 Allgemeines 6 Bei den nachfolgend aufgeführten Prüfmethoden ist hinsichtlich des Einsatzes und der Anwendbarkeit 7 zu unterscheiden hinsichtlich der Feststellung von: 8 • Permeation, 9 • Defekten an Membranspeichersystemen, 10 • Undichtheiten an lösbaren Verbindungen. 11 Dies bedingt, dass messtechnisch: 12 • eine Unterscheidung zwischen einer Permeation und 13 • einer Leckage, sowie 14 • die Lokalisation des Lecks 15 zweifelsfrei möglich sein müssen. 16 6.2 Berechnung der Permeationsrate 17 Die maximal erwartbare Permeationsrate durch die Gasmembrane lässt sich nach folgender Formel 18 berechnen: 19 CH (T) 4 V = PR · AMF · pp (1) 20 Die für die Permeabilität herangezogenen Werte beruhen dabei auf Laboruntersuchungen, bei denen 21 die Permeation von Gas gegen Unterdruck gemessen wird. Tatsächlich liegen die realen Werte auf- 22 grund der in der Praxis gegebenen Randbedingungen (z. B. geringere Druckdifferenz) niedriger als 23 die Laborwerte. Aufgrund fehlender realer Messreihen wird als Referenzwert der Laborwert des jewei- 24 ligen Herstellers herangezogen. 25 6.3 Berechnung der Leckagerate 26 Der durch ein Leck ausströmende Gasvolumenstrom (Leckagerate, LV ) wird beschrieben durch das 27 Produkt aus der freien Querschnittsfläche der Leckstelle ( AL) und der dort herrschenden Strömungs- 28 geschwindigkeit ( wL). 29 LV = AL · wL (2) 30 Für die exakte Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit in allgemeiner Form ist die Bernoulli-For- 31 mel unter Berücksichtigung der zugehörigen thermodynamischen Zustandsgrößen anzuwenden. Bei 32 den hier betrachteten Fällen der Freisetzung von Biogas liegen sehr geringe Druck- und Temperatur- 33 differenzen vor. Durch das Entfallen eines Isentropenexponenten und von Ausflusszahlen ergibt sich 34
DWA-M 375 20 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 September 2018 automatisch die Betrachtung des ungünstigsten Falls. Es ist daher ohne Beeinträchtigung der Ergeb- 1 nisqualität zulässig, die Bernoulli-Formel durch das daraus abgeleitete, wesentlich einfachere Bunsen- 2 sche Ausströmgesetz zu ersetzen. 3 L 2 2· ρ p w ∆ = (3) 4 Bei der Bestimmung der Dichte von Biogas muss neben dem Methangehalt und der Temperatur auch 5 die Gasfeuchte berücksichtigt werden, die stets als Sättigungsfeuchte anzunehmen ist. 6 Als Wertebereich der Dichte von Biogas an der Leckstelle unter Betriebsbedingungen ergibt sich in 7 Abhängigkeit vom Methangehalt: 8 = 0,90 7 kg/m3 bis 1,35 18 kg/m3 -(entspricht einem Methangehalt von 50% -85%) 9 Für die Berechnung der Leckagerate sind zwei unterschiedliche Fälle zu betrachten: 10 a) Leckage an der Innenmembrane von Traglufthauben 11 Bei einem Gasspeicher mit Traglufthaube wird der Druck im Gasraum durch den Tragluftdruck 12 bestimmt. Der Druck im Gasraum ist nur um den statischen Druckanteil höher als im Tragluftraum, 13 der durch das Gewicht der Gasspeichermembrane erzeugt wird. Die marktgängigen Gasspeicher- 14 membranen weisen Flächengewichte in einem Wertebereich von ca. 1,0 kg/m2 auf. Damit liegt die 15 treibende Druckdifferenz ∆ p bei ca. 10 Pa für diesen Fall. Das in den Zwischenraum zwischen 16 Innen- und Außenmembrane strömende Biogas vermischt sich mit dem Tragluftstrom und tritt bei 17 intakter Außenmembrane an der Stützluftauslassklappe ins Freie. 18 b) Leckagen an der atmosphärischen Seite des Speichersystems 19 Solche Leckagen können an der Einspannstelle der Innenmembrane (z. B. Klemmschiene), an 20 Durchdringungen des Gasspeichers (z. B. Seilzug-, Kabel- oder Rohrleitungsdurchführungen) oder 21 bei einschaligen Membrandächern auftreten. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass die treibende 22 Druckdifferenz dem Überdruck im Gasraum des Gärbehälters entspricht und bauart- bzw. betriebs- 23 bedingt in einem Wertebereich von 1 hPa bis 25 hPa liegt. 24 Siehe auch Berechnungsbeispiele im Anhang A. 25 6.4 Prüfungen zur Abgrenzung von Permeation und Leckage 26 6.4.1 Innenliegende Membranen bei Doppelmembransystemen in 27 Tragluftbauweise 28 Doppelmembransysteme bestehen aus zwei Membranen (Gas- bzw. Innenmembrane und Wetter- 29 schutz- bzw. Außenmembrane), die über den Gärbehälter (resp. Nachgärer, Gärproduktlager) oder als 30 freistehende Konstruktion auf ein Fundament gespannt sind. Über ein Stützluftgebläse wird Luft in den 31 Zwischenraum der beiden Membranen geleitet, sodass sich die Außenmembrane nach oben spannt. 32 Zur Gewährleistung einer Querdurchströmung im Zwischenraum von Außen-/Innen- 33 membrane ist das System mit Stützluftauslassklappe ausgerüstet. 34 Die Kontrolle der Dichtheit der Innenmembrane bzw. der Einhaltung der zulässigen Permeationsrate 35 erfolgt durch Messung der Gaskonzentration in der Stützluft. im Stützluftauslass. Um dies zu ermögli- 36 chen muss eine Durchströmung des Tragluftraums gewährleistet sein. 37 Bei Systemen, bei denen keine Querdurchströmung gewährleistet ist, muss der Hersteller eine gleich- 38 wertige Prüfmethode angeben. 39
DWA-M 375 September 2018 Frist zur Stellungnahme: 31. Oktober 2025 21 Die Messstelle zur Konzentrationsmessung befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Stütz- 1 lufteintrags. Die der Gasspeicherung dienende Innenmembrane wird durch den Druck im Gasraum 2 nach oben angehoben. Da das Membraneigengewicht entgegenwirkt, ergibt sich je nach Betriebszu- 3 stand der Biogasanlage (Gasfüllstand) eine unterschiedliche Wölbung der Innenmembrane und dar- 4 aus resultierend ein unterschiedliches Volumen zwischen Innenmembrane und Außenmembrane. 5 Durch die kontinuierliche Luftförderung des Stützluftgebläses kommt es zu einer Querlüftung des Trag- 6 luftraums über die Stützluftauslassklappe. 7 Durch Permeationsvorgänge und durch Lecks in der Innenmembrane kommt es zu einem Gasfluss 8 vom Innenraum des Gasspeichers in den Tragluftraum. Dieser kann durch eine Methankonzentrati- 9 onsmessung an der Stützluftauslassklappe bestimmt werden. Da bei intakter Innenmembrane der 10 Gaszutritt nur über Permeation erfolgt, liegt die Methankonzentration an der Auslassklappe bei intakter 11 Innenmembrane je nach individueller Situation im Bereich von wenigen ppm (siehe Beispielrechnung 12 in Anhang A). 13 In diesem Fall kann die zu erwartende Methankonzentration nach folgender Formel hinreichend genau 14 berechnet werden: 15 CCH4,TL = ) /( TL CH4 CH4 V V V + (4) 16 Bei Überschreiten der berechneten maximalen Methankonzentration im Tragluftstrom aufgrund von 17 Permeation (siehe 6.2) ist von einem Leck auszugehen. 18 Bei Durchführung der beschriebenen Prüfung sind folgende Randbedingungen zu beachten: 19 • Die Innenmembrane darf nicht an der Außenmembrane anliegen und die Zu- und/oder Abluftöff- 20 nung verschließen. 21 • Die Innenmembrane darf nicht an der Außenmembrane anliegen und dadurch Löcher und Risse in 22 der Innenmembrane abdichten. 23 • Die Außenmembrane muss intakt sein. 24 Als Plausibilitätsprüfung kann es sinnvoll sein, die Bestimmung der Methankonzentration bei unter- 25 schiedlichen Füllständen durchzuführen. 26 Anhang A zeigt die Ergebnisse exemplarischer Beispielrechnungen unter realen Anlagenbedingungen 27 und eine Tabelle mit Partialdrücken in Abhängigkeit des Methangehalts im Biogas. 28 6.4.2 Einschalige Membransysteme 29 Einschalige Membransysteme werden mechanisch abgespannt oder durch den Gasdruck gestützt 30 (siehe auch Merkblatt DWA-M 377). 31 Zur Durchführung der Permeationsmessung (z. B. zum Nachweis von Alterungsvorgängen und zum 32 Verifizieren von Materialeigenschaften) wird eine Messhaube auf die Membran aufgesetzt (siehe 33 VDI 4285 Blatt 1). 34 Dieses Messverfahren kann auch zur Ermittlung der Permeation an Membransäcken oder Gaskissen 35 verwendet werden. 36 Anhand von in unterschiedlichen Zeitabständen durchgeführten Gaskonzentrationsmessungen kann 37 eine Anreicherungskurve ermittelt und die Permeationsrate mit nachfolgender Formel berechnet wer- 38 den. 39
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