Sicherheit/Mechanischen Schutzeinrichtungen Sicherheit muss berechenbar werden: Umdenken bei mechanischen Schutzeinrichtungen

Autor / Redakteur: Rainer Semmler* / Dominik Stephan

Was wissen Sie über das letzte Glied in der Sicherheitskette? Geht es um mechanische Schutzeinrichtungen, ist die Anlagenplanung oft erstaunlich wage. Berechenbarkeit ist beim Thema Berstscheiben, Sicherheitsventile und Co. viel zu oft Fehlanzeige. Neue Regelwerke sind gefragt, sollen Sicherheit und Berechenbarkeit im Engineering Einzug halten.

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Hohe Risiken eines Ereignisses (rot) müssen auf ein akzeptables Restrisiko gesenkt werden (grün) – am besten durch Kombination von Maßnahmen, die sowohl die Eintrittswahrscheinlichkeit als auch die Auswirkungen reduzieren.
Hohe Risiken eines Ereignisses (rot) müssen auf ein akzeptables Restrisiko gesenkt werden (grün) – am besten durch Kombination von Maßnahmen, die sowohl die Eintrittswahrscheinlichkeit als auch die Auswirkungen reduzieren.
(Bild: © Eisenhans; Photomelon / Fotolia.com; TÜV Süd)

Störungen in Chemie-Anlagen können schwere Auswirkungen auf Menschen, Anlage und Umwelt haben. Berstscheiben und Sicherheitsventile sind oft die letzten Sicherheitselemente, um Überdrücke kontrolliert abzubauen. Doch im Gegensatz zu PLT-­Schutzeinrichtungen existieren für diese mechanischen Komponenten keine Standards, die sicherheitsrelevante Kenngrößen definieren.

Höchste Zeit, das zu ändern und ein international gültiges Regelwerk zu entwickeln, das eine valide Grundlage für die zunehmend semiquantitative, risikobasierte Sicherheitsbetrachtung von Prozessanlagen schafft.

Risiken reduzieren

Der Betrieb chemischer Produktionsanlagen ist immer mit Risiken verbunden. Diese lassen sich durch – oft mehrstufig ausgelegte – PLT-Einrichtungen auf ein tolerierbares Maß reduzieren. Sollten die elektrischen und elektronischen Bauteile dennoch versagen, sorgen mechanische Komponenten dafür, die Auswirkungen von Störungen zu begrenzen. Bei einer plötzlichen Druckerhöhung oder Explosion sind sie „Sollbruchstellen“, die Überdrücke kontrolliert abbauen und mögliche Gefahren für Mensch, Anlage oder Umwelt abwenden.

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Ob Berstscheiben oder Sicherheitsventile eingesetzt werden, hängt vom jeweiligen Einsatz­zweck ab. Nach dem Öffnen eines Sicherheitsventils kann die Produktion meist zeitnah fortgeführt werden, da diese in der Regel nicht ausgetauscht werden (außer bei Stoffen, die zu Verklebungen bzw. Ablagerungen führen oder einer entsprechenden Sicherheitsphilosophie).

Allerdings sind Ventile teuer und müssen regelmäßig gewartet werden, da sie durch Korrosion, Verschleiß oder Produktablagerungen beeinträchtigt werden können. Berstscheiben sind kostengünstiger und benötigen weniger Wartung. Dafür müssen sie jedoch nach dem Ansprechen umgehend ausgetauscht werden.

Trotz ihrer Relevanz fehlen für diese mechanischen Schutzkomponenten nachprüfbare, auf Basis allgemein gültiger Regelwerke ermittelte Angaben zu Zuverlässigkeit, Qualität und Produkteigenschaften. Damit haben Planer, Konstrukteure und Betreiber keine verlässliche Grundlage, um zu entscheiden, ob eine Schutzeinrichtung das geforderte Niveau erfüllt. Den Herstellern ist diese Problematik durchaus bewusst, doch auch ihnen fehlen verbindliche Standards. Vorbildfunktion könnten die Safety Integrity Level (SIL) haben, wie sie für die Prozessleittechnik definiert sind.

Vorbild Elektrotechnik

Für sicherheitsrelevante elektrische und elektronische Bauteile, die in PLT-Schutzeinrichtungen eingesetzt werden, definieren die DIN EN 61508 und DIN EN 61511 vier Sicherheitsstufen – SIL 1 bis SIL 4. Welches SIL-Level im Einzelfall gefordert ist, wird im Rahmen einer standardisierten Gefährdungsanalyse und Risikobewertung bestimmt. Vereinfacht gilt: Je höher die potenzielle Gefährdung ist, umso höher ist das geforderte SIL-Niveau. Entscheidend ist, dass sicherheitsrelevante Parameter nach standardisierten Verfahren ermittelt werden können und quantifiziert zur Verfügung stehen.

Damit kann überprüft werden, ob der SIL-Wert der Schutzeinrichtung mit dem geforderten Level übereinstimmt. Ist der Wert zu klein, hätte dies ein nicht zu tolerierendes Restrisiko zur Folge. Ein zu großer SIL-Wert hingegen weist auf ein „Übererfüllen“ des Sicherheitsniveaus mit unverhältnismäßig hohem Aufwand hin. Die Standards definieren über das Functional Safety Management (FSM) ebenfalls, wie die Zuverlässigkeit der Schutzeinrichtungen über die Lebensdauer sichergestellt wird.

Von der PLT lernen

Bisher ist die SIL-Systematik nicht auf mechanische Schutzeinrichtungen übertragbar. Daher müssen Unternehmen sich auf gesammelte Erfahrungswerte oder Daten der Namur oder der Offshore Reliability Database (Oreda) verlassen. Für eine belastbare Risikoanalyse reicht dies jedoch nicht aus, da die Daten kaum vergleichbar sind und nur begrenzte Aussagekraft haben.

In der Praxis fordern Anwender einen „rechnerischen SIL-Nachweis“ für Berstscheiben und Sicherheitsventile. Vergleichbare Kenngrößen werden daher bereits von einigen Herstellern für mechanische Schutzeinrichtungen angegeben – ein erster Schritt in die richtige Richtung.

Das Ziel muss jedoch sein, ein verbindliches, international gültiges Regelwerk zu entwickeln. Daran sollten alle Akteure beteiligt sein: Hersteller, Planer, Betreiber, Normungsausschüsse und Prüforganisationen.

Sicherheit muss berechenbar werden

Auf Basis eines solchen Regelwerks wären die Hersteller in der Lage, Produkteigenschaften mechanischer Schutzeinrichtungen eindeutig zu definieren. Da unabhängige Dritte die Einhaltung der Qualitätskriterien überwachen würden, könnten Anwender sich darauf verlassen, dass die Berstscheiben und Sicherheitsventile in Bezug auf Ausfallraten, Verfügbarkeit und Risikoreduktionsfaktoren zu dem geforderten Sicherheits­level passen.

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In das neu zu entwickelnde Regelwerk sollte ebenfalls ein Management der funktionalen Sicherheit über den gesamten Lebenszyklus der jeweiligen mechanischen Schutzeinrichtung eingebunden werden. Damit hätten die Betreiber von Prozessanlagen ein geeignetes Instrumentarium, um bei Wartung und Instandhaltung sowie Änderungen der Anlagen sicherzustellen, dass die erforderliche Schutzfunktion erhalten bleibt.

Kommt jetzt das mechanische SIL-Äquivalent?

Die Branche ist sich einig, dass ein SIL-äquivalentes Regelwerk für mechanische Schutzeinrichtung fehlt. Sowohl Hersteller als auch Anwender haben ausreichende Erfahrungen gesammelt, um zusammen mit Normungsausschüssen und unabhängigen Dritten wie TÜV Süd gemeinsam die Grundlagen für eine neue, internationale Norm zu legen.

Jetzt ist es an der Zeit, die notwendigen Abstimmungsprozesse in die Wege zu leiten, um ein standardisiertes, übergreifendes Regelwerk für mechanische Schutzeinrichtungen zu schaffen.

* * Der Autor ist Experte für Process Safety Management bei TÜV Süd Chemie Service, Frankfurt/Main.

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