Meilenstein Explosionsschutz/Druckentlastung

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Meilenstein Explosionsschutz/Druckentlastung Was leisten moderne Explosionsschutz- und Druckentlastungslösungen von Rembe?

Autor / Redakteur: Manja Wühr* / M.A. Manja Wühr

Anfang der 70er kamen die ersten Rembe-Berstscheiben auf den deutschen Markt – damals noch komplett von Hand bearbeitet. Heute entwickeln und produzieren die findigen Sauerländer Sicherheitskonzepte für Anlagen und Apparaturen nicht nur für die Prozessindustrien. Im Mittelpunkt steht stets die optimale Lösung zum Schutz von Anlage, Mensch und Umwelt.

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Rembe hat sich seit 45 Jahren dem Schutz von Anlagen und Prozessen verschrieben. Heute steht das Unternehmen für umfassende Expertise in Sachen Prozesssicherheit und Explosionsschutz.
Rembe hat sich seit 45 Jahren dem Schutz von Anlagen und Prozessen verschrieben. Heute steht das Unternehmen für umfassende Expertise in Sachen Prozesssicherheit und Explosionsschutz.
(Bilder: Rembe)

Sieben Tote und rund 60 Verletze forderte eine Explosion mit Brand in einer Lebensmittelproduktion in Kairo am 28. März 2016. Für ein Unternehmen, das mit seinen Produkten für Genuss steht, sind solche Unglücke nicht nur menschlich katastrophal. Der damit verbundene Imageschaden ist mitunter immens, und dessen Kosten übertreffen die der Rekonstruktion bei Weitem. Denn Verbraucher, aber auch Anleger entscheiden immer mehr auf Grundlage ihres sozialen und ökologischen Gewissens.

So ist es auch nicht verwunderlich, dass in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie Investitionen in die Sicherheit der Anlagen ganz oben auf der Prioritäten-­Liste rangieren. Von zentraler Bedeutung sind dabei die Druckentlastung und der Explosionsschutz, denen sich Rembe seit 1973 verschrieben hat. In Brilon, im schönen Sauerland, sowie in acht eigenen Tochtergesellschaften rund um den Globus entwickeln, produzieren und installieren rund 250 Mitarbeiter Sicherheitskonzepte für Anlagen und Apparaturen. Dabei ergänzen Consulting, Engineering und Service die vorrangig selbst entwickelten und in Eigenfertigung hergestellten Produkte. Übergeordnetes Ziel ist stets der optimale Schutz der Produktionsanlagen und der Menschen, die darin arbeiten. Denn „Safety for life“ ist für die Sauerländer mehr als ein Slogan. Es ist sinnstiftender Antrieb in der täglichen Arbeit und persönlichen Verantwortung.

Von der Berstscheibe bis hin zu ganzheitlichen Schutzkonzepten
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Die Prozessindustrien stehen unter Druck – und zwar buchstäblich. Wird der Druck zu groß oder zu klein, können betroffene Anlagenteile schweren Schaden nehmen. Deshalb ist für den Fall, dass der Druck nicht mehr innerhalb der zulässigen Betriebswerte liegt, eine zuverlässige und schnell reagierende Entlastungseinrichtung erforderlich. Das gilt nicht zuletzt auch für die enorme Druckwelle einer Explosion. Hier nutzt Rembe seine jahrzehntelange Erfahrung, die Betreibern prozesstechnischer Anlagen ehrliche Analysen und eine hohe Produktqualität garantiere: „Denn Sicherheit ist mehr als ein Produkt. Es ist eine Frage des Vertrauens, das wir uns mit Kompetenz, Transparenz und Verantwortung erarbeitet haben. So können wir gezielt die Abläufe, Produktionen und Produkte unserer Auftraggeber optimieren“, betont Rembe-Geschäftsführer Stefan Penno.

Vorbeugende oder konstruktive Maßnahmen

Grundlage eines jeden Explosionsschutzkonzepts ist eine systematische Risikoanalyse. Dabei wird im ersten Schritt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphären sowie potenziell wirksamer Zünd­quellen überprüft, bevor die Auswirkung einer Explosion klas- sifiziert wird. Beide Bewertungen werden in einer Matrix zusammengeführt. Die ermittelten Kennzahlen geben an, ob und in welchem Maß eine Anlage bzw. ein Anlagenteil geschützt werden muss.

Vorbeugende Maßnahmen zielen darauf ab, eine explosionsfähige Atmosphäre zu verhindern, etwa durch Vermeiden brennbarer Stoffe oder Inertisieren des Anlagenteils. Zusätzlich sollen wirksame Zünd­quellen vermieden werden. Ziel ist immer, die Voraussetzung für eine Explosion von vornherein auszuschließen, indem man mindestens einen der drei Bausteine einer Explosion – Sauerstoff, Brennstoff, Zündquelle – vermeidet. Dies ist vor allem in chemischen und pharmazeutischen Prozessen besonders bedeutsam, da hier meist mit kritischen Stoffen gearbeitet wird. Jedoch sind präventive Maßnahmen nicht immer umsetzbar, denn:

  • eine sichere und vollständige Vermeidung wirksamer Zünd­quellen ist prozessbedingt fast nie realisierbar;
  • eine Inertisierung, vor allem bei größeren Anlagen, ist meist zu kostenintensiv und/oder prozessbedingt nicht möglich.

In diesen Fällen müssen Anlagen und Anlagenteile konstruktiv geschützt werden, um die Auswirkungen einer Explosion auf ein erträgliches Maß zu reduzieren. Neben einer druckfesten Bauweise sind Druckentlastung, Entkopplung und Explosionsunterdrückung gängige Wege, den Schaden einer Explosion zu begrenzen. Druckfeste Anlagen sind allerdings häufig kosten- und/oder prozessbedingt nicht sinnvoll.

Explosionsschutz in der Chemie- und Pharmabranche

Dr.-Ing. Johannes Lottermann, Rembe: „Wir wollen die beste Lösung und nicht nur ein Produkt verkaufen. Auf dieser Basis entwickeln sich Partnerschaften.“
Dr.-Ing. Johannes Lottermann, Rembe: „Wir wollen die beste Lösung und nicht nur ein Produkt verkaufen. Auf dieser Basis entwickeln sich Partnerschaften.“
(Bild: Rembe)

Auch Silos müssen konstruktiv geschützt werden, wenn nicht alle potenziellen Zündquellen ausgeschlossen werden können. Eine Inertisierung wird aufgrund der Größe der Anlagen oft gar nicht erst in Betracht gezogen. Nun ist aber jede Produktionsstätte anders und stellt andere Anforderungen. Deshalb begehen die Sicherheitsexperten von Rembe gemeinsam mit den Betreibern deren Anlagen und denken auch über den Tellerrand und das Auftragsbuch hinaus. So konnte beispielsweise ein großer Silokomplex einer Baustoffproduktion wider Erwarten inertisiert werden. Rembe machte das Unternehmen darauf aufmerksam, dass man den Stickstoff, der in einem benachbarten Betrieb als Nebenprodukt anfällt, nutzen könnte, um eine explosionsfähige Atmosphäre in der eigenen Anlage auszuschließen. Für Dr.-Ing. Johannes Lottermann, Director Explosion Safety, geht hier Sinn vor Vertrieb: „Wir wollen die beste Lösung und nicht nur ein Produkt verkaufen. Auf dieser Basis entwickeln sich Partnerschaften.“

Doch häufig sind solche vorbeugenden Maßnahmen nicht möglich und es sind konstruktive Konzepte gefragt. Diese können je nach Branche, Produkt oder Anforderung recht unterschiedlich ausfallen. So lassen sich Silos oder Sprühtrocknungsanlagen durch Explosionsdruck­entlastung mittels Berstscheiben schützen – etwa mit der Berstscheibe EGV. Sie eignet sich für Prozesse mit keinem bis zu geringem Über- oder Unterdruck. Bei Druckanstieg öffnet die Berstscheibe an den definierten Sollbruchstellen und entlässt so den Druck aus dem Behälter in die Umgebung. Dank des geringen Flächengewichts ist eine hohe Entlastungsfähigkeit und volle Öffnungsfreigabe möglich.

Pharmaprozesse im Batch-Betrieb mit zum Teil recht kurzen Produktionszeiten müssen häufig gereinigt werden. Um Kreuzkontaminationen durch Produktrückstände zu vermeiden, müssen auch die Explosionsschutz-Elemente den hygienischen Ansprüchen der Pharmaindustrie genügen. Das patentierte, vollflächige, abgeschrägte Dichtungssystem der Hygiene-Berstscheibe EGV HYP schließt innen bündig mit der Berstscheibe ab. Ein Plus in Sachen Reinigbarkeit.

Explosionsschutz in der Lebensmittelproduktion

Heutzutage würde niemand in Deutschland bestreiten, dass das Reinheitsgebot Garant für die Qualität des Bieres ist. Unstrittig ist ebenfalls, dass vom Rohstoff Malz Explosionsgefahr ausgeht. Gefährdete Anlagen sind etwa Förderer, Silos, Mühlen oder auch Elevatoren. Stehen die Anlagen innerhalb eines Gebäudes, wird es besonders kniffelig. Da hier weder die explosionsfähige Atmosphäre noch Zündquellen sicher vermieden werden können, ist konstruktiver Explosionsschutz unumgänglich.

Die von Rembe erfundene Technologie der flammenlosen Druck­entlastung bietet eine elegante Lösung für den Explosionsschutz in Gebäuden, auch in Brauereien. Mit den Produkten Q-Rohr, Q-Box und Q-Ball ist eine gesicherte Entlastung garantiert. Die Flammen im Filtergewebe der Flammenfalle werden extrem effizient abgekühlt und so im Keim erstickt. Weder Flammen noch Druck treten aus. Auf aufwändige Schutzkonzepte mit komplizierten Entlastungskanälen kann so verzichtet und die Produktionsanlage prozessoptimiert aufgestellt werden. Die Filterkonstruktion garantiert zudem, dass keine verbrannten oder unverbrannten Stoffe austreten.

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Der neuste Coup der Sauerländer in Sachen flammenloser Druck­entlastung für Elevatoren ist der Q-Ball E: „Durch das innovative Design ist das Gewicht des Q-Ball sehr gering. Während vergleichbare Produkte anderer Anbieter zwischen 100 und 200 kg wiegen, ist der Q-Ball mit 25 bis 50 kg ein absolutes Leichtgewicht“, erklärt Lottermann. Dies erleichtert buchstäblich sowohl die Handhabbarkeit bei der Montage als auch die Anforderungen an die Befestigung an den Elevatoren. „Für mehr Sicherheit haben wir außerdem die Entlastungseffektivität verbessert“, so der Rembe-Experte.

Prozesssicherheit – den Druck meistern

Auch wenn Explosionen kein Thema sind: Überdruck und Vakuum sind in nahezu allen Produktionsprozessen der Chemie-, Pharma- und Lebensmittel- sowie der Öl- und Gasindustrie vorhanden. Über- oder unterschreitet der Druck die definierten Grenzen, können schwere Beschädigungen an den betroffenen Anlagenteilen und auch Personenschäden entstehen. Die Folge sind Produktionsstillstände und damit hohe wirtschaftliche Verluste. Deshalb ist für den Fall, dass der Druck nicht mehr innerhalb der zulässigen Betriebswerte liegt, eine zuverlässige und schnell reagierende Entlastungseinrichtung erforderlich. Mittel der Wahl ist häufig die Berstscheibe. In vielen Fällen sticht sie mit ihren Vorteilen Sicherheitsventile aus:

  • Schnelles Ansprechen: Ungewollter Überdruck und Vakuum werden in Millisekunden entlastet.
  • Vollständige Freigabe der Entlastungsfläche: Während der Massenfluss bei Sicherheitsventilen beschränkt ist, ermöglicht die Berstscheibe einen maximalen Öffnungsquerschnitt.
  • Dichtigkeit: Mit einer Berstscheibe lassen sich Leckagen im Normalbetrieb verhindern.

Orhan Karagöz Rembe: „Für die Auslegung einer Berstscheibe gibt es kein vorgefertigtes Konzept. Jede Lösung stimmen wir individuell auf die jeweiligen Prozessbedingungen ab.“
Orhan Karagöz Rembe: „Für die Auslegung einer Berstscheibe gibt es kein vorgefertigtes Konzept. Jede Lösung stimmen wir individuell auf die jeweiligen Prozessbedingungen ab.“
(Bild: Rembe)

Was macht die „Metallplatte“ mit definierten Sollbruchstellen so besonders? Wie so oft steckt auch hier der Teufel im Detail. „Für die Auslegung einer Berstscheibe gibt es kein vorgefertigtes Konzept. Jede Lösung stimmen wir individuell auf die jeweiligen Prozessbedingungen ab“, betont der Leiter des Geschäftsbereichs Prozesssicherheit bei Rembe, Orhan Karagöz. Mindestens 53 verschiedene Parameter müssen seine Kollegen und er berücksichtigen, damit die Berstscheibe sicher beim definierten Druck anspricht. Dazu zählen u.a. das zu schützende Anlagen­element, Prozessmedium, Betriebsdruck, Vakuum/Pulsation, Berstdruck und -temperatur, benötigte Nennweite oder abzuführender Massenstrom. „Dabei gilt: Je früher wir mit ins Boot genommen werden und je umfassender unsere Informationen über die konkreten Prozessbedingungen sind, umso sicherer schützt die Berstscheibe den Prozess“, erklärt Karagöz.

Druckentlastung in der Chemie

Viele Prozesse in der Chemieindustrie erfordern hohe Drücke sowie saubere Oberflächen und bringen Risiken der Kristallisation oder auch die Gefahr des Verklebens durch Polymerisation z.B. in der Kunststoffproduktion mit sich. In diesen Fällen spielt die Umkehr-Berstscheibe KUB ihre Vorteile aus. Denn die robuste Allzweckwaffe lässt sich beispielsweise von Ablagerungen mit einem Lösungsmittel befreien, ohne dass sie in ihrer Funktion beeinträchtigt würde. „Das können andere Berstscheiben nicht von sich sagen. Schließlich dürfen sie nicht berührt werden“, stellt Karagöz klar. Zudem erleichtert die geschlossene Oberfläche die Reinigung. Möglich macht dies das speziell entwickelte, laserbasierte Produktionsverfahren von Rembe.

Ein weiteres Plus: Die Umkehr-Berstscheibe meistert ein Arbeitsdruckverhältnis von bis zu 98 % – je nach Applikation. Das ermöglicht es Anlagenbetreibern, ihre Betriebsdrücke und damit auch die Ausbeute zu erhöhen. Eine Ermüdung der Berstscheibe ist nicht zu befürchten. Aber auch das Service-Personal profitiert von der robusten Berstscheibe. Denn sie kann problemlos aus- und wieder eingebaut werden. „Das ist einzigartig“, versichert Karagöz. Ein spezielles Haltersystem verhindert, dass die Berstscheibe falsch eingebaut wird. Spezialwerkzeug ist hierzu nicht erforderlich. Auch wird die KUB durch die Installation nicht beschädigt, da der Berstdruck der Berstscheibe unabhängig vom Drehmoment ist und somit die erforder­lichen Drehmomente für die Flansch­dichtungen eingesetzt werden können.

Druckentlastung in der Lebensmittelproduktion

Um z.B. Aromaöle vor Oxidation zu schützen, werden Lagertanks mit Stickstoff überlagert. Der Überdruck in den Tanks verhindert zudem Kontaminationen, da von außen keine Fremdpartikel eindringen können. Der verwendete Stickstoff steht normalerweise unter Druck – beispielsweise in einer 300-bar-Flasche. Um ihn dem Tank sicher zuführen zu können, bedarf es mindestens einer Reduzierungsstufe. Schließlich beträgt der Überlagerungsdruck in diesen Fällen nur 10 bis 40 mbar. Eingespeist wird der Stickstoff mithilfe einer Regelarmatur. Sie stellt sicher, dass der definierte Überlagerungsdruck konstant gehalten wird.

Dennoch besteht das Risiko, dass entweder eine Reduzierungsstufe oder die Regelarmatur nicht richtig funktionieren und somit mehr Druck als gewünscht in den Lagertank eingebracht wird. Für diesen Fall ist eine sichere Druckentlastungseinrichtung nötig. Aufgrund der niedrigen Drücke kommt eine Berstscheibe nicht infrage. Sie wäre einfach zu groß, um sie an die kleinen Lagertanks montieren zu können. Damit fällt die Wahl auf ein Ventil, das höchsten Ansprüchen gerecht werden muss: schnelles Öffnungsverhalten, hoher Massenstrom, leichte Reinigbarkeit. Standardventile kommen da schnell an ihre Grenzen, ganz im Gegensatz zum Beatmungsventil Elevent. Werden Standardventile für Drücke bis 100 mbar meist aus Gussgehäusen gefertigt, besteht das Elevent-Gehäuse aus tiefgezogenem, rostfreien Edelstahl. Ein großer Vorteil bei der Reinigung. Während das Prozessmedium bei einem Gussgehäuse bis tief in die Poren des selbigen eindringen kann, es also zu unzulässigen Ablagerungen kommt, lässt es sich von der glatten Edelstahl-Oberfläche des Beatmungsventils leicht entfernen.

Für Prozesse mit höheren Drücken eignen sich wiederum Berstscheiben. Knackpunkt dabei: die Art der Installation. In weniger hygienesensiblen Bereichen kann eine Berstscheibe zwischen Flansche oder auch in einem Berstscheibenhalter eingebaut sein. Für Bereiche mit hohen Hygieneansprüchen kommt die KUB clean zur Installation in ein Tri-Clamp-Flanschsystem zum Einsatz. Durch die glatte Oberfläche der Dichtmembran, die integrierte Dichtung und den direkten Einbau in Tri-Clamp-­Flanschsysteme sind keinerlei Schneidrillen, Vertiefungen oder Einkerbungen vorhanden, in denen während der Produktion und der Reinigungszyklen Schmutz oder Produktreste haften bleiben können. Zudem ist die produktberührende Seite der KUB clean so ausgeführt, dass sie leicht zu reinigen ist.

Fazit: Um verfahrenstechnische Anlagen sicher vor Überdruck und Explosionen schützen zu können, braucht es mehr als nur ein beliebiges Bauteil. Es braucht ganzheitliche Konzepte und individuell abgestimmte Schutzelemente. Gut, wenn man einen Partner an seiner Seite hat, der in Sachen Sicherheit keine Kompromisse macht.

Ergänzendes zum Thema
Begründung der Redaktion: Darum hat Rembe den Meilenstein verdient

Wieder überschattet meinen Newsfeed eine Meldung über eine schwere Explosion – diesmal in einem chinesischen Chemiepark –, die mindestens 47 Todesopfer forderte. Damit zeigt sich einmal mehr, dass Sicherheit keine lästige Vorschrift, keine Beschränkung der Arbeitsabläufe und auch kein unnötiger Kostenfaktor ist. Sie ist schier Notwendigkeit. Und sie muss von allen Beteiligten gesehen, verstanden und gelebt werden. Dieser Aufgabe hat sich Rembe seit über 45 Jahren verschrieben und als Impulsgeber sowie verlässlicher Partner der Prozessindustrien etabliert. PROCESS ist der Meinung, dass dieses Engagement den Meilenstein verdient hat.

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