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Die Verhinderung unzulässig hoher Drücke in Prozessanlagen bei Betriebsstörungen ist ein wichtiger sicherheitstechnischer Aspekt und wesentlicher Bestandteil der Auslegung. Hierbei werden häufig als letzte Sicherheitsmaßnahem rein mechanisch arbeitende Überdrucksicherungen, speziell Sicherheitsventile und / oder Berstscheiben, eingesetzt.
Auslegung von Überdrucksicherungen. Was ist zu beachten?
Die Auslegung von Überdrucksicherungen erfordert präzise Kenntnisse der abgesicherten Prozesse, sowie der unterstellten Störungen und Abblasefälle. Darüber hinaus sind die zu beachtenden Regelwerke und Berechnungsvorschriften unerlässlich.
Das Leistungsspektrum der weyer gruppe im Rahmen der Auslegung von Überdrucksicherungen beinhaltet hierbei mehrere Schritte ausgehend von der Ermittlung der Abblasefälle und -massenströme bis hin zur Auswahl geeigneter Überdrucksicherungen. Die Fälle, die zu einem Überschreiten eines maximal zulässigen Überdrucks in Teilen von verfahrenstechnischen Produktionsanlagen führen, können sehr vielfältig sein. Dies können überschießende exotherme Reaktionen sein, aber auch unbeabsichtigtes Absperren von Anlagenteilen oder ein klassischer Brandfall, um nur einige zu nennen. Alle infrage kommenden Betriebsstörungen und, nicht zu vergessen, auch Störungen während einer Inbetriebnahme oder des An- und Abfahrens der Anlage müssen erfasst werden. Dazu steht eine strukturierte Vorgehensweise zur Verfügung.
Berechnung von Abblasefällen und -massenströmen Wie wird die Auslegung von Überdrucksicherungen optimiert?
Nach der Analyse möglicher Störungen oder außerordentlicher Betriebszustände werden dann die Fälle näher untersucht, die den höchsten Energieeintrag ins System bewirken. Hier wird ermittelt, welche Mengenströme bei Erreichen des maximal zulässigen Überdrucks über die Sicherheitsarmatur abzuführen sind.
Es ist möglich, dass mehrere unterschiedlich dimensionierte Sicherheitsarmaturen für unterschiedliche Ansprechdrücke installiert werden müssen, um unterschiedliche Störungen abfangen zu können. Ist eine Sicherheitsarmatur für Störungen, bei denen ein geringerer Mengenstrom abgeführt werden muss, überdimensioniert, kann es zu unerwünschten Effekten wie Ventilflattern kommen.
Nach Identifizierung und Berechnung der jeweilig erforderlichen Mengenströme erfolgt dann die eigentliche Auslegung und Wahl der Sicherheitsarmatur(en). Hierbei stehen dann auch unterschiedliche Bauarten zur Verfügung. Aber nicht nur die einzelne Sicherheitsarmatur ist zu betrachten, sondern auch die zu- und abführende Rohrleitung. Hier spielt dann der Druckverlust, der sich beim Abblasen über ein Sicherheitsventil ergibt, eine wesentliche Rolle.
Überprüfung der Emissionen und des Explosionsschutzes
Weiterhin muss auch geprüft werden, ob die Ableitung des freigesetzten Stoffes in die Atmosphäre überhaupt zulässig ist. Ist dies nicht der Fall, müssen zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen wie Abscheider oder Auffangeinrichtungen installiert werden. Die Notwendigkeit kann zum Beispiel durch eine Ausbreitungsrechnung geprüft werden, mit der abgeschätzt werden kann, ob im Abblasefall in schutzbedürftigen Gebieten Störfallgrenzwerte überschritten werden.
Wird bei Auslösen der Überdrucksicherung ein entzündbares Gas bzw. Dampf freigesetzt, können sich um die Überdrucksicherung auch explosionsfähige Gemische bilden, so dass in diesen Fällen ein explosionsgefährdeter Bereich festgelegt werden muss. Das einschlägige Regelwerk zur Festlegung explosionsgefährdeter Bereiche sieht für die Festlegung der Abmessungen solcher Bereiche eine Einzelfallbetrachtung vor. Nach Bewertung des vorliegenden Einzelfalls kann die gruppe durch eine Ausbreitungsrechnung unterstützen und die Ausdehnung des explosionsgefährdeten Bereiches ermitteln.
Die Betrachtung und Abschätzung von explosionsgefährdeten Bereichen ist immer eine Einzelfallbetrachtung und wird ausschließlich bei einphasigen Abblasefällen angeboten.
Ganzheitlicher Ansatz für die Verhinderung unzulässiger Überdrücke
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die alleinige Berechnung eines Sicherheitsventils nur einen kleinen Anteil bei der Verhinderung unzulässiger Überdrücke in Anlagen einnimmt. Vielmehr liegt die eigentliche Tätigkeit darin, alle Betriebsstörungen einer Anlage zu erfassen, die zu einem Überdruck eines Anlagenteils führen und qualitativ wie auch quantitativ zu bewerten.
Je nach Anwendungsfall kommen entsprechende Berechnungsvorschriften, welche in Normen festgelegt sind zur Anwendung. Weiterhin können thermodynamische Anlagenzustände erst mit Zuhilfenahme der Prozesssimulation quantitativ mit ausreichender Genauigkeit dargestellt werden.
Leistungen:
- Ermittlung der relevanten Abblasefälle
- Ermittlung aller relevanten Stoffdaten
- Auswahl, Auslegung und Nachrechnung der Überdrucksicherungen
- Auslegung / Nachrechnung der nachgeschalteten Systeme
- Bewertung, ob und unter welchen Umständen eine freie Ableitung in die Atmosphäre zulässig ist
- Ggf. Ermittlung der Ausbreitung von entzündbaren Dämpfen und Festlegung eines explosionsgefährdeten Bereiches um die Freisetzungsstelle der Überdrucksicherung in die Atmosphäre
- Herstellerunabhängige Dokumentation
weyer spezial: Sicherheitsventile
Ein zentraler sicherheitstechnischer Aspekt bei der Planung verfahrenstechnischer Anlagen ist die wirksame Verhinderung unzulässig hoher Überdrücke in den Prozessanlagen im Falle von Betriebsstörungen. In vielen Fällen kann dies nur durch die Installation von Sicherheitsventilen – bzw. ganz allgemein – mechanischen Überdrucksicherungen gewährleistet werden…
FAQ: Überdrucksicherungen in Prozessanlagen – Antworten auf häufige Fragen
Überdrucksicherungen wie Sicherheitsventile und Berstscheiben spielen eine zentrale Rolle bei der Verhinderung unzulässig hoher Drücke in Prozessanlagen. Dieser FAQ-Bereich gibt Antworten auf häufig gestellte Fragen zur Auslegung, Berechnung und Auswahl von Überdrucksicherungen. Er richtet sich an Anlagenbauer, Ingenieure und Sicherheitsfachleute, die sich mit der Planung und Betriebssicherheit von verfahrenstechnischen Anlagen beschäftigen.
Überdrucksicherungen sind mechanische Komponenten, die in Prozessanlagen eingesetzt werden, um unzulässig hohe Drücke zu verhindern. Sie dienen als letzte Sicherheitsmaßnahme, um Betriebsstörungen oder Unfälle zu vermeiden.
Abblasefälle werden durch Analyse möglicher Betriebsstörungen und außerordentlicher Betriebszustände ermittelt. Dazu gehören beispielsweise das Versagen von Armaturen, Rohrbrüche oder Brandfälle. Diese Fälle werden oft im Rahmen von HAZOP- oder PAAG-Analysen identifiziert.
Die Auslegung von Sicherheitsventilen hängt von den Abblasemassenströmen, dem maximal zulässigen Überdruck, den Prozessmedien und der Rohrleitungsführung ab. Darüber hinaus spielen thermodynamische Anlagenzustände eine Rolle.
Die Berechnung der Abblasemassenströme erfolgt mithilfe von Prozesssimulatoren und Normen wie DIN EN ISO 4126 oder API 521. Dabei werden die höchsten Energieeinträge im System berücksichtigt, um die abzuführenden Mengenströme zu bestimmen.
Zweiphasenströmungen können bei der Auslegung von Sicherheitsventilen auftreten, wenn Flüssigkeiten von Gasen oder Dämpfen mitgerissen werden. Dies erfordert spezielle Berechnungsmethoden und Normen, um eine zuverlässige Auslegung zu gewährleisten.
Die Wartung von Sicherheitsventilen hängt von den betrieblichen Bedingungen und den Anforderungen der zuständigen Behörden ab. Regelmäßige Inspektionen und Funktionsprüfung sind unerlässlich, um die Sicherheit zu gewährleisten.
Sicherheitsventile sind aktiv arbeitende Komponenten, die bei Überdruck öffnen und nach Absinken des Druckes wieder schließen. Berstscheiben hingegen sind passive Elemente, die bei Überdruck brechen und den Druck einmalig entlasten.
Die Emission wird überprüft, um sicherzustellen, dass die freigesetzten Stoffe in die Atmosphäre abgeleitet werden dürfen. Dazu können beispielsweise Ausbreitungsrechnungen durchgeführt werden, um mögliche Umweltauswirkungen zu bewerten.
Wenn entzündbare Gase oder Dämpfe freigesetzt werden, müssen explosionsgefährdete Bereiche festgelegt werden. Die Ausdehnung dieser Bereiche wird z. B. durch Ausbreitungsrechnungen ermittelt.
Die Auswahl nachgeschalteter Systeme hängt von den Eigenschaften der abzuführenden Stoffe ab. Oft werden Fackelgasnetze mit Abscheidern eingesetzt, um die Stoffe zu entsorgen.
Bei der Nachrechnung werden die tatsächlichen Druckverluste in den Rohrleitungen berücksichtigt. Diese Daten können durch Vor-Ort-Messungen gewonnen werden, werden häufig aber auch anhand vorhandener Unterlagen (wie z. B. Rohrleitungsisometrien) ermittelt.
Die Stoffdaten werden meist mithilfe von Prozesssimulationen und thermodynamischen Datenbanken ermittelt, können aber auch durch Laborexperimente bestimmt werden. Diese Daten sind entscheidend für eine genaue Auslegung der Sicherheitsventile.
Einphasige Abblasefälle beziehen sich auf reine Gas- oder Dampfströme, während zweiphasige Fälle Flüssigkeit und Gas/Dampf umfassen. Letztere erfordern eine speziellere Auslegung.
Druckverluste in den Rohrleitungen können den tatsächlichen Druck im System beeinflussen und ein korrektes Abblasen der abzuführenden Ströme beeinträchtigen. Sie werden daher bei der Auslegung von Sicherheitsventilen berücksichtigt.
HAZOP (Hazard and Operability Study) ist eine Methode zur Identifizierung von Gefahren und Betriebsstörungen in Prozessanlagen. Sie wird u. a. eingesetzt, um Abblasefälle zu ermitteln und zu bewerten.
Alternative Maßnahmen wie die Verwendung von Mess- und Regeltechnik können zur Vermeidung von Abblasefällen eingesetzt werden. Diese werden z. B. im Rahmen von HAZOP-Analysen geprüft.
Diese Normen liefern die grundlegenden Anforderungen und Berechnungsmethoden für die Auslegung von Sicherheitsventilen. Sie gewährleisten, dass die Ventile den erforderlichen Sicherheitsanforderungen entsprechen.
Die Kosten hängen von der Größe und Komplexität der Anlage sowie den Anforderungen der Sicherheitsventile ab. Eine detaillierte Kalkulation erfolgt im Rahmen der Planung.
Die Auswahl bezieht sich auf die erste Spezifikation der Ventile, während die Nachrechnung die Überprüfung der tatsächlichen Leistung nach Auswahl eines konkreten Sicherheitsventils und die Anpassung an die Betriebsbedingungen umfasst.
Die Dauer hängt von der Komplexität des Projekts ab. Sie kann von wenigen Tagen bis zu mehreren Monaten reichen, insbesondere bei größeren Anlagen, in denen sich Komponenten wechselseitig beeinflussen können.
Ein Fackelgasnetz ist ein System zur Ableitung und Verbrennung von abgeblasenen und abgeleiteten Gasen. Es wird eingesetzt, wenn die direkte Ableitung in die Atmosphäre nicht zulässig ist.
Störungen während dieser Phasen werden im Rahmen von HAZOP-Analysen identifiziert und bei der Auslegung der Sicherheitsventile berücksichtigt.
Sicherheitsventile sollten mindestens einmal jährlich getestet werden, um ihre Funktionsfähigkeit zu gewährleisten.
In Deutschland müssen die Vorschriften der Druckgeräterichtlinie (DGRL) und des AD 2000-Regelwerks beachtet werden.
Ja, die Auslegung von Überdrucksicherungen kann auch für bestehende Anlagen durchgeführt werden, um die Sicherheit zu erhöhen bzw. vorhandene Sicherheitseinrichtungen zu überprüfen. Dies ist insbesondere notwendig, wenn sich die Betriebsweise einer Anlage ändert, da hierdurch neue relevante Abblasefälle entstehen können.
Durch den Einsatz von Abluftreinigungsanlagen, wie z. B. Fackelsystemen, können die Umweltauswirkungen minimiert werden.
Prozesssimulationen werden eingesetzt, um die thermodynamischen Anlagenzustände zu modellieren und die Abblasemassenströme zu ermitteln.
Ihre Ansprechpartner
Dr. Florian Merkel
horst weyer und partner
Andrzej Kędziora
Weyer Polska Sp. z o. o.Haben Sie Fragen?
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