Sicherheitsbewertung modularer Anlagen Neues Ready-to-use-Konzept: So wird die modulare Anlage sicher

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Just-in-time Produktion, geringere Losgrößen und immer schneller wechselnde Produktanforderungen benötigen flexible, modulare Anlagen. Erst ein an das Konzept der Modularität angepasster Prozess der Sicherheitsbewertung ermöglicht jedoch die volle Effektivität. Deshalb hat Tüv Süd das statische Hazop-Verfahren angepasst und gemeinsam mit Merck Electronics eine allgemeingültige „ready-to-use“ Vorgehensweise konzipiert.

In einer Zeit, in der modulare Anlagen immer häufiger eingesetzt werden, um Flexibilität und Effizienz zu verbessern, ist es von entscheidender Bedeutung, potenzielle Gefahren und Risiken frühzeitig zu identifizieren und angemessene Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen. Die Hazop-Analyse ermöglicht es Ingenieuren und Experten, systematisch und strukturiert potenzielle Gefahrensituationen und Abweichungen in der Anlagenfunktion zu identifizieren.

Dabei werden nicht nur die Gefahren selbst betrachtet, sondern auch die Auswirkungen auf die Betriebsfähigkeit und die Arbeitsabläufe. Mit Hilfe einer Hazop-Analyse können potenzielle Sicherheitslücken erkannt und präventive Maßnahmen entwickelt werden, um Unfälle und Schäden zu verhindern.

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Statische Analyseverfahren greifen zu kurz

Kleine Produktvolumina, kurze Produktlebenszyklen und kundenorientierte Produkte erzwingen regelmäßige Anpassungen und Umbauten an Prozessanlagen. Die Anpassungsfähigkeit bieten modulare Anlagen – Systeme also, die aus einzelnen, standardisierten Modulen bestehen. Jede neue Anlagenkonfiguration erfordert jedoch eine neue Sicherheitsbewertung.

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Module Type Package - Visionäre Konzepte in die Realität umsetzen

Hazop (Hazard and Operability Study) hat sich als Methode zur Sicherheitsbewertung von modularen Anlagen längst bewährt. Allerdings erfordert die Modularisierung deutlich mehr Systematisierung und Dokumentation. Essenziell ist auch eine einheitliche Semantik, dass also Begrifflichkeiten anlagenübergreifend gleich verwendet werden. Eine Herausforderung ergibt sich daraus, dass die einzelnen Teilbewertungen mitunter zu unterschiedlichen Zeiten stattfinden und dabei jeweils andere Mitarbeitende beteiligt sind.

Das alles macht das statische Analyseverfahren zeitaufwändig. Jedoch kann die Produktion erst nach erfolgreicher Safety-Bewertung anlaufen. Die Geschwindigkeit und die Effizienz des Freigabeprozesses wirken sich also direkt auf die Produktivität der Anlage aus.

Der Prozess der Safety-Bewertung kann durch die Optimierung oder auch durch die Automatisierung einzelner Arbeitsschritte beschleunigt werden.

Hazop sinnvoll für die modulare Anlage weiterentwickeln

Eine sinnvolle Weiterentwicklung der Hazop-Methode sollte jedoch insbesondere die Modularität sowie die wechselnden Rahmenbedingungen berücksichtigen und muss dabei weiterhin gesetzeskonform bleiben. Den regulatorischen Rahmen bilden die DIN EN 61882 „HAZOP-Verfahren (HAZOP-Studien)“ und Inhalte, wie zum Beispiel aus den Richtlinienreihen VDI 2776 „Modulare Anlagen“ und VDI/VDE/NAMUR 2658 „Automatisierungstechnisches Engineering modularer Anlagen in der Prozessindustrie“.

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Warum der modularen Anlage die Zukunft gehört

Unter diesen Voraussetzungen hat Tüv Süd das Konzept „Interactive HAZOP (iaHAZOP)“ entwickelt – mit dem Ziel, eine spezielle, auf modulare Anlagen ausgerichtete Sicherheitsbewertung bereitzustellen.

Dabei wird die konventionelle Gefährdungsbeurteilung selbst modularisiert, d. h. systematisch in einzelne Teilbereiche gegliedert. Die tatsächliche Bewertung erfolgt dann manuell oder wird, in einem zweiten Schritt, teilautomatisiert. Dazu wird eine einfache digitale Umgebung erstellt – etwa durch die Vorgabe von Hazard Rules (Regeln zur Beschreibung von Gefahren und möglichen Fehlern, beispielsweise zur Verknüpfung mit Ergebnissen von Simulationstools und Sensordaten) und Safety Rules (Charakterisierung der Wirkung von Schutzmaßnahmen), die zum Beispiel im digitalen Zwilling eines Moduls abgelegt werden. Grundlage des Konzepts ist also eine strenge Strukturierung und Systematisierung.

Herausforderungen modularer Anlagen

Mit Blick auf die Sicherheitsbewertung gelten für modulare, im Vergleich zu statischen, Anlagen besondere Strukturen: Das betrifft zum Beispiel die Process Equipment Assemblies (PEAs). PEAs sind integrierte Systeme aus verschiedenen Ausrüstungskomponenten. Sie interagieren, um bestimmte Funktionen in industriellen Prozessen zu erfüllen, wie zum Beispiel das Mischen, Erhitzen oder Trennen von Materialien. Die Baugruppen sind so konzipiert, dass sie einen reibungslosen und effizienten Betrieb gewährleisten und so zur Gesamteffektivität und Produktivität des Prozesses beitragen.

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Warum Merck seine Prozessentwicklung nach dem MTP-Standard modularisiert

Die Sicherheitsbewertung muss die Zuordnung einer PEA zum jeweiligen Teilprozess erkennen. Eine automatisierte Bewertung muss zudem alle PEAs mit ihren Teilprozessen und den jeweiligen, individuellen Rahmenbedingungen zusammenführen und schließlich auch den Gesamtprozess erfassen und bewerten. Die Interaktion einzelner PEAs ist bezüglich der Sicherheitsbewertung besonders in den Blick zu nehmen. Nicht zuletzt muss der gesamte Prozess reibungslos in die bestehenden, etablierten Verfahrens- und Arbeitsabläufe eingegliedert werden können.

Getestet und für gut befunden

Gemeinsam mit Merck Electronics hat Tüv Süd ein allgemeingültiges „ready-to-use“-Vorgehen entwickelt, speziell für die modulare Sicherheitsbewertung von Anlagenkonfigurationen in der chemischen Produktion. Der Fokus lag dabei auf der manuellen Sicherheitsbewertung. Die Anlagen selbst sind auf die Herstellung stark variierender Produkte in geringen Stückzahlen ausgelegt.

Damit wurde die konventionelle Sicherheitsbewertung an die flexible, modular aufgebaute Produktion übertragen. Die Sachverständigen für Anlagensicherheit entwarfen dazu ein dreistufiges Konzept:

• 4. PEA-Errichtung und -Auslegung anhand von einem Beispiel-Teilreferenz-Prozess

• 5. Verheiratung der PEA mit neuem Teilprozess zu einem Teilverfahren

• 6. Verheiratung der Teilverfahren zum Gesamtverfahren

Die Schnittstellen der einzelnen Teilbewertungen bekommen dabei erhöhte Aufmerksamkeit, sodass die vollständige Bewertung der Gesamtanlage sichergestellt ist. Die Einhaltung der regulatorischen Vorgaben sowie die Integrationsfähigkeit in bestehende Strukturen und Merck-interne Arbeitsabläufe waren weitere Punkte.

Bewertungsverfahren erlaubt auch Teilbewertungen

Betreiber modularer Anlagen erhalten mit „iaHAZOP“ ein sicherheitstechnisches Bewertungsverfahren, das den modernen Anforderungen durch Teilautomatisierung den immer wieder wechselnden Rahmenbedingungen gerecht wird. Damit haben sie ein vollständiges Konzept vorliegen, das Teilbewertungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermöglicht.

Tüv Süd unterstützt Betreiber – falls gewünscht – bei der Freigabe durch die Aufsichtsbehörden, übersetzt Hazop-Inhalte in Safety- und Hazard-Rules und unterstützt zudem bei der Erstellung digitaler Zwillinge. Im Ergebnis werden Rekonfigurationen beschleunigt und Ausfallzeiten reduziert. Das erhöht die Flexibilität und Agilität und ermöglicht, noch individuellere Kundenwünsche umzusetzen. Dabei schafft „iaHAZOP“ maximale Transparenz, Effizienz und Anpassungsfähig- keit bei gleichem oder sogar höherem Sicherheits­niveau. (agk)

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