VCI-Leitfaden zur bewährten betrieblichen Umsetzung und zu Lösungen im Sinne der TRGS 725 im Explosionsschutz

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1 VCI-Leitfaden zur bewährten betrieblichen Umsetzung und zu Lösungen im Sinne der TRGS 725 im Explosionsschutz Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Ziel des Leitfadens Allgemeine Hinweise Erläuterungen zur Umsetzung der Anforderungen an das PLS Beispiele zur bewährten betrieblichen Umsetzung Prozessbehälter Kreiselpumpe Mühle Lagerbehälter mit Unterdruckabsicherung IBC mit Rührwerk Schaufeltrockner Tauchpumpe Pastillierband Dieses Dokument wurde von den Mitgliedern der VCI-Ad-hoc-Gruppe TRGS 725 innerhalb des VCI-Fachausschusses Anlagensicherheit erarbeitet: Dr. Hans Volkmar Schwarz, BASF, Vorsitzender Dr. Klaus Joerg, BASF Dr. Volker Diers, BASF Dr. Hans-Jürgen Gross, Bayer Dr. Ute Hesener, Covestro Christian Demski, Dow Hans-Christian Simanski, Evonik Dr. Thomas Zimmermann, Merck Dr. Andreas Thies, Merck Jochen Schäfer, Sanofi Rainer Hubert Wengler, Wacker Chemie 1

2 Ansprechpartner: Verband der Chemischen Industrie e. V. Mainzer Landstraße 55, Frankfurt a. M. Internet: Thilo Höchst, Telefon +49 (69) , Dieser VCI-Leitfaden entbindet in keinem Fall von der Verpflichtung zur Beachtung der gesetzlichen Vorschriften. Der Leitfaden wurde mit großer Sorgfalt erstellt. Dennoch übernehmen die Verfasser und der VCI keine Haftung für die Richtigkeit der Angaben, Hinweise, Ratschläge sowie für eventuelle Druckfehler. Aus etwaigen Folgen können deswegen keine Ansprüche, weder gegen den Verfasser noch gegen den VCI, geltend gemacht werden. Dies gilt nicht, wenn die Schäden vom VCI oder seinen Erfüllungsgehilfen vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht wurden. Verantwortliches Handeln Der VCI unterstützt die weltweite Responsible-Care-Initiative. 2

3 1 Einleitung Die TRGS 725 konkretisiert Anforderungen an die Zuverlässigkeit von MSR- (Mess-, Steuer- und Regel-) Einrichtungen, welche auf Grundlage der Gefährdungsbeurteilung und dem daraus abgeleiteten Explosionsschutzkonzept als Maßnahmen im Explosionsschutz eingesetzt werden. Diese MSR-Einrichtungen können abhängig von den Ergebnissen der Gefährdungsbeurteilung und dem eingesetzten Betriebskonzept einer Anlage die erforderlichen Explosionsschutzmaßnahmen in Gänze darstellen oder diese in Teilen abdecken, z. B. ergänzt durch technische Installationen, organisatorische Maßnahmen oder Prozessbedingungen. Nehmen die MSR-Einrichtungen nur eine Teilaufgabe war, sind sie in die Gesamtheit der Explosionsschutzmaßnahmen einzubetten, um so den sicheren Betrieb einer Anlage zu gewährleisten. Die TRGS 725 stellt dafür den Zusammenhang zu anderen Teilen des TRGS-Regelwerks her, welche jedoch keine direkten Anforderungen an die erforderliche Zuverlässigkeit von MSR-Einrichtungen enthalten. Der Anwendungsbereich der TRGS 725 gilt allgemein für mechanische, pneumatische, hydraulische elektrische, elektronische als auch programmierbare elektronische MSR-Einrichtungen, und umfasst damit auch Einrichtungen der inzwischen fast ausschließlich elektronischen Prozessleittechnik (PLT). Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit werden in der TRGS 725 durch Klassifizierungsstufen bis K3 und (Explosionsschutzzonen-) Reduzierungsstufen ausgedrückt. Bei der Ermittlung der Anforderungen an die Zuverlässigkeit der MSR- Einrichtungen spielt jedoch das unterlagerte Anlagen- und Betriebskonzept eine wichtige Rolle. Anlagen- und Betriebskonzepte sind die Basis für den sicheren Betrieb einer Anlage. Die Anforderungen an die MSR-Einrichtungen werden durch den Anteil der MSR-Einrichtungen am Gesamtkonzept des Explosionsschutzes bestimmt. Wird dies bei der Anwendung der Reduzierungsstufen nicht beachtet, können daraus überhöhte Anforderungen an die MSR-Einrichtungen resultieren. Somit kann die Bewertung unterschiedlicher Anlagen- und Betriebskonzepte zu unterschiedlichen Klassifizierungsund Reduzierungsstufen bzw. zu unterschiedlichen Zuverlässigkeitsanforderungen an die MSR-Einrichtungen führen. Um hierzu Hilfestellungen zu geben, werden in dem Leitfaden typische Anwendungsfälle aus der Praxis von mechanischen, pneumatischen, hydraulischen, elektrischen, elektronischen als auch programmierbaren elektronischen MSR-Einrichtungen beschrieben, welche als Ganzes oder als Teil eines Explosionsschutzkonzeptes einer Anlage eingesetzt werden. Um die Anforderungen an die Zuverlässigkeit von MSR-Einrichtungen zu ermitteln, ist daher zunächst festzulegen, welcher Anteil des Explosionsschutzkonzeptes von den MSR-Einrichtungen übernommen werden soll. Dazu wird wo notwendig deren Einbettung in ein Anlagenund Betriebskonzept mit dargestellt. Darauf aufbauend werden mögliche Lösungen in Form von MSR-Einrichtungen erläutert. Die hier aufgeführten Beispiele dienen der Orientierung und ersetzen nicht die erforderliche individuelle Gefährdungsbeurteilung und die Übertragung auf die konkrete Anwendung. 3

4 2 Ziel des Leitfadens Dieser Leitfaden soll den VCI-Mitgliedsfirmen eine Hilfestellung bei der Anwendung der TRGS 725 zum Einsatz von MSR-Einrichtungen als ein Teil der Explosionsschutzmaßnahmen geben. Den Erstellern von Explosionsschutzkonzepten werden Beispiele gezeigt, welche als bewährte Lösungen in der Praxis von Bestandsanlagen Anwendung finden. Die hier beschriebenen Beispiele basieren auf einer im Einzelfall durchgeführten Gefährdungsbeurteilung, bei der die notwendigen Reduzierungsstufen ermittelt wurden. 3 Allgemeine Hinweise Im Explosionsschutz ist für die Gefährdungsbeurteilung sowohl das Auftreten der explosionsfähigen Gemische als auch das Auftreten der wirksamen Zündquelle zu bewerten. Nur ein zeitgleiches Auftreten beider Bedingungen am gleichen Ort führt zu einem Ereignis. Basierend auf den Ergebnissen der Gefährdungsbeurteilung sind die erforderlichen Explosionsschutzmaßnahmen festzulegen, die auch betriebliche MSR- Einrichtungen, wie z. B. Regelungen, mit einbeziehen können. Betriebliche MSR- Einrichtungen können damit auch Ex-Einrichtungen sein und Reduzierungsstufen erfüllen. Es werden in diesem Leitfaden die Begriffe und Inhalte der TRGS 725 verwendet, weshalb auf eine gesonderte Begriffsdefinition verzichtet wird. Hierfür sei auf das Kapitel 2 Begriffsbestimmungen der TRGS 725 verwiesen. Für den Begriff vorhersehbarer Ausfall in der TRGS 725, d. h. wenn der Ausfall der Ex-Vorrichtung üblicherweise nicht auszuschließen ist, wird in diesem Leitfaden stattdessen der Begriff zu erwartender Ausfall verwendet. Derartige Ausfälle können auftreten, dürfen jedoch nicht häufig vorkommen (TRGS 725, 3.3 (1) 1.). Die Vorgehensweise in der Gefährdungsbeurteilung zur Ermittlung der erforderlichen Reduzierungsstufen und Anforderungen an Ex-Vorrichtungen ist in der TRGS 725 in Abbildung 2 beschrieben, soweit es sich dabei um Maßnahmen der MSR handelt. Ergibt sich aus der Gefährdungsbeurteilung die Notwendigkeit einer höheren Reduzierungsstufe, kann eine Aufteilung der Ex-Vorrichtung in Funktionseinheiten gegebenenfalls hilfreich sein soweit die erforderliche Zuverlässigkeit nicht bereits nach anderen Methoden, z. B. aus den Normen der funktionalen Sicherheit, bewertet wurde. Für MSR-Einrichtungen, welche betriebsbewährt sind, kann eine Bewertung nach Anhang 2 der TRGS 725 durchgeführt werden, um die Eignung für eine Maßnahme nachzuweisen und nach Tabelle 13 der TRGS 725 einzuordnen. Prozessleitsysteme (PLS) können als komplexe Systeme für eine Maßnahme eingesetzt werden, wenn die Bedingungen gemäß Anhang 1, Nr. 1 Absatz 9 erfüllt werden. Darüber hinaus können grundsätzlich von der TRGS abweichende Lösungen im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung festgelegt werden (z. B. auf der Grundlage der Namur Empfehlung NE 138), wenn diese ein gleichwertiges Niveau der Sicherheit er- 4

5 reichen. Ein PLS als eine Funktionseinheit, welche ein- und ausgangsseitig mit zwei parallelen Funktionseinheiten kombiniert ist, kann eine zu K2 gleichwertige Sicherheit erreichen, wenn Ein- und Ausgänge hinreichend unabhängig voneinander sind, betriebsmäßig keine wirksamen Zündquellen vorhanden sind, das Auftreten explosionsfähiger Gemische und wirksamer Zündquellen unabhängig ist, ein alleiniger Verlust der Funktion des PLS eine Explosion nicht auslöst, bei einem Verlust der Funktion des PLS der sichere Zustand durch technische oder organisatorische Eingriffe in ausreichender Zeit wieder hergestellt werden kann, oder die Anlage in einen dauerhaft sicheren Zustand übergeht bzw. sich befindet. Zusätzlich zu den Anforderungen nach Anhang 1 Nr. 1 Absatz 9 muss für das PLS hierzu in der Gefährdungsbeurteilung festgestellt worden sein, dass ein zentraler Ausfall des PLS, der ausschließlich die Ex-Maßnahmen betrifft, nach dem Stand der Technik vernünftigerweise auszuschließen ist, der Ausfall gemeinsam genutzter Komponenten des PLS erkannt und gemeldet wird und bei erkannten Ausfällen Korrekturmaßnahmen ergriffen werden und ein unbeabsichtigtes Ändern der PLT-Ex-Schutzmaßnahme nach dem Stand der Technik verhindert wird. Dies ist im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung durch den Arbeitgeber zu überprüfen. Weitere Hinweise zu Anforderungen an das PLS finden sich in der Namur Empfehlung NE 138. BPCS-P-Maßnahmen nach Namur Empfehlung NE 165 erfüllen auch die Anforderungen an Ex-Einrichtungen oder Überwachung der Klassifizierungsstufe nach TRGS 725. Die in diesem Leitfaden dargestellten Beispiele gehen insbesondere auf die Realisierung von Maßnahmen mit einer Gesamteinstufung in der Klassifizierungsstufe K2 ein. Hier besteht die Möglichkeit mit sehr unterschiedlichen Varianten und Kombinationen von Maßnahmen eine entsprechende Risikoreduzierung zu erreichen. Eine vergleichbare Kombinatorik ist bei einer geforderten Reduzierungsstufe nicht erforderlich, da die geforderte Reduzierung durch einzelne Maßnahmen erreichbar ist. Bei K3 Anforderungen kommen dagegen, wenn das Konzept vollständig durch MSR-Maßnahmen umgesetzt werden soll, grundsätzlich sicherheitsgerichtete Steuerungen zum Einsatz. Die Darstellung der in diesem Leitfaden beschriebenen Beispiele setzt sich aus mehreren Teilen zusammen. Neben einer Beschreibung der Randbedingungen für das jeweilige Beispiel werden das realisierte Explosionsschutzkonzept und der als Ex- Vorrichtung realisierte Teil beschrieben. Das Beispiel wird zusätzlich in einer Skizze dargestellt. Ergänzend werden auch die MSR-Maßnahmen der Ex-Vorrichtung in einem Schaltbild beschrieben. Um die technischen, inklusive der im PLS realisierten Maßnahmen sowie die organisatorischen Maßnahmen darzustellen, wird die in der 5

6 NE 138 eingeführte Pfeilschreibweise der Wirkungskette übernommen. Die Zuordnung zu den Reduzierungsstufen erfolgt mit der Tabelle der Zonen und Zündquellen aus der TRGS 725 (Tabelle 2). 4 Erläuterungen zur Umsetzung der Anforderungen an das PLS Die technische Ausführung und der Betrieb von Maßnahmen richten sich nach den Anforderungen der Anhänge der TRGS 725. Die Ausführung gemäß des sogenannten BPCS Protection Layer (BPCS-P) nach IEC bzw. NE 165 oder entsprechend der Namur Empfehlung NE 138 stellt eine Möglichkeit dar diesen Anforderungen zu genügen. Die Anforderungen können jedoch auch durch andere betrieblich bewährte PLT Ausführungen und Betriebsweisen erfüllt werden, wenn die Gefährdungsbeurteilung des Betreibers dies ergibt. 5 Beispiele zur bewährten betrieblichen Umsetzung 5.1 Prozessbehälter Apparat Fallunterscheidung Explosionsschutzkonzept Prozessbehälter Stickstoffausfall zu erwarten - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Zone 0 Zone Stickstoffausfall selten - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Zone 0 Zone Stickstoffausfall selten - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Zone 0 Zone 2 2 Reduzierungsstufen Inertisierung mechanischer Druckregler Drucküberwachung im PLS 2 Reduzierungsstufen Inertisierung Druckreglung im PLS (split range) Überwachung in SSPS 2 Reduzierungsstufen Inertisierung mechanischer Druckregler (K2, mit seltenem Ausfallverhalten) 6

7 Apparat Fallunterscheidung Explosionsschutzkonzept Stickstoffausfall zu erwarten - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Zone 0 Zone Stickstoffausfall zu erwarten - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Zone 0 Zone Stickstoffausfall zu erwarten - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Zone 0 Zone Stickstoffausfall zu erwarten - Ausfall führt nicht unmittelbar zu Ex-Gemisch - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Zone 0 Zone Stickstoffausfall zu erwarten - Ausfall führt nicht unmittelbar zu Ex-Gemisch - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Zone 0 Zone 2 2 Reduzierungsstufen Inertisierung mechanischer Druckregler () Dichtheit organisatorisch (Behälter und Druckhaltearmatur) 2 Reduzierungsstufen Inertisierung Druckregelung im PLS Überwachung im PLS (separate Sensoren) 2 Reduzierungsstufen Inertisierung Druckregelung in PLS Überwachung in SSPS (gemeinsamer Sensor) 2 Reduzierungsstufen Inertisierung mechanischer Druckregler organisatorische Maßnahme (auf Basis Druckmessung im PLS) 2 Reduzierungsstufen Inertisierung Druckregelung im PLS organisatorische Maßnahme (auf Basis Druckmessung im PLS) 7

8 Apparat Fallunterscheidung Explosionsschutzkonzept Stickstoffausfall zu erwarten - Zündquelle bei seltener Betriebsstörung - Zone 0 Zone 1 1 Reduzierungsstufe Inertisierung mechanischer Druckregler 8

9 5.1.1 Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung plus Überwachung Ein Prozessbehälter wird über Pumpen mit einer Flüssigkeit befüllt und entleert. Sowohl die Zufuhr- als auch die Abfuhrleitung werden dauerhaft flüssigkeitsgefüllt betrieben, so dass auch im seltenen Fehlerfall keine Verbindung zu den Gasräumen der vorund nachgeschalteten Behälter besteht. Der Behälter soll im leichten Überdruck betrieben werden. Der Behälter ist an ein Abluftsystem angeschlossen. Er kann dauerhaft im Überdruck betrieben werden und die Druckhaltung wird z. B. nicht durch Öffnen von Mannlöchern betriebsmäßig gestört. Das Abluftsystem wird im leichten Unterdruck betrieben. Das Abluftsystem wurde in eine Zone 1 eingeteilt. Die zeitlich überwiegende Anwesenheit von Sauerstoff kann nicht ausgeschlossen werden. Im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung wurde festgestellt, dass ohne Inertisierungsmaßnahmen im Behälter eine Zone 0 auftritt, da die Betriebstemperatur im Behälter über dem Flammpunkt liegt. Die Zündquellenbeurteilung ergab, dass wirksame Zündquellen bei gelegentlichen Betriebsstörungen auftreten können. Daher basiert das Explosionsschutzkonzept auf den vorbeugenden Explosionsschutzmaßnahmen: Inertisierung, so dass eine Zone 2 eingeteilt werden kann und Vermeiden wirksamer Zündquellen durch Auswahl von explosionsgeschützten Geräten für die Zone 2 sowie Vermeiden wirksamer prozessbezogener bzw. betrieblicher oder nicht gerätespezifischer Zündquellen für den störungsfreien Betrieb bzw. der Eignung für Zone 2. Inertisierungskonzept Erstinertisierung Der Behälter ist vakuumfest ausgeführt. Eine Erstinertisierung wird organisatorisch im Druckwechselverfahren mit Stickstoff durchgeführt. Die Auslegung der Erstinertisierung erfolgt entsprechend CEN/TR Die Wirksamkeit der Erstinertisierung wurde nachgewiesen und die Zuverlässigkeit der Erstinertisierung entspricht der in der Gefährdungsbeurteilung festgelegten Zuverlässigkeit für die Zielzone im Gesamtprozess. Aufrechterhaltung der Inertisierung Die Aufrechterhaltung erfolgt mit einer Inertisierungsvorrichtung, welche mit der Vorgehensweise der TRGS 725 betrachtet werden kann. Zielzone im Gesamtprozess ist hier die Zone 2. Die Inertisierungsvorrichtung besteht aus einer Inertisierungseinrichtung und einer unabhängigen Überwachungseinrichtung mit Verriegelungsmaßnahmen. Ein Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. 9

10 Inertisierungseinrichtung Der Behälter ist an ein Stickstoffnetz angeschlossen und wird nach erfolgreicher Erstinertisierung über einen mechanischen Druckregler mit Stickstoff beaufschlagt und mittels eines mechanischen Druckhalteventils im Überdruck gehalten. Ein Stickstoffausfall wird als zu erwarten eingestuft. Bei dem mechanischen Druckregler und dem Druckhalteventil handelt es sich um eine Armatur, welche sich unter den Prozessbedingungen nachweislich bewährt haben. Es liegt gute Betriebserfahrung vor. Das Ausfallverhalten wird betreiberseitig als zu erwarten eingestuft. Der Behälter ist technisch dicht und wird geschlossen betrieben. Überwachung Der Überdruck im Behälter wird mittels einer für die Prozessbedingungen geeigneten Druckmessung überwacht. Diese Druckmessung wird über das betriebliche Prozessleitsystem geführt. Bei Erreichen des im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung festgelegten minimalen Überdruckwertes wird alarmiert und die Entnahmepumpen werden abgeschaltet. Die Überwachung besteht aus der Druckmessung, der Signalverarbeitung über das Prozessleitsystem und der Aktorik zum Abschalten der Pumpen. Das weitere Vorgehen zur Aufrechterhaltung des sicheren Zustandes wird in einer Betriebsanweisung geregelt. Ersatzschaltbild: Vorrichtung Einrichtung, Inertisierung Stickstoffversorgung mechanischer Druckregler mit Druckhalteventil Überwachung Druckmessung PLS Pumpe aus 10

11 Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung plus Überwachung Ein Stickstoffausfall kann als zu erwarten eingestuft werden. Der Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Eine Zündquelle ist bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Das Abgas kann Sauerstoff enthalten. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 2. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung und Dichtheitsprüfung erfolgt vor der Inbetriebnahme mit dem Ziel die Zone 2 zu erreichen. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Regelung des Behälterdrucks mit einem mechanischen Druckregler und einer mechanischen Druckhaltearmatur. Die Einrichtung hat ein zu erwartendes Ausfallverhalten. Überwachung (): Überwachung der Inertisierung durch eine Druckmessung und Schaltung im PLS. Die Drucküberwachung schaltet die Entnahmepumpe als Unterdruckerzeuger rechtzeitig ab. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall PC Stickstoff Produkt Abgas PS-A- Zone 2 M Produktion 11

12 mechanischer Regler Druckhaltearmatur PLS Regler PC Druckhaltearmatur Inertisierung Zone 0 Zone 2 Zündquellenvermeidung Schalter PS-A- K Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung plus Überwachung Ein Prozessbehälter wird über Pumpen mit einer Flüssigkeit befüllt und entleert. Sowohl die Zufuhr- als auch die Abfuhrleitung werden dauerhaft flüssigkeitsgefüllt betrieben, so dass auch im seltenen Fehlerfall keine Verbindung zu den Gasräumen der vorund nachgeschalteten Behälter besteht. Der Behälter soll im leichten Überdruck betrieben werden. Der Behälter ist an ein Abluftsystem angeschlossen. Das Abluftsystem wird im leichten Unterdruck betrieben. Das Abluftsystem wurde in eine Zone 1 eingeteilt, da gelegentlich die Sauerstoffgrenzkonzentration überschritten werden kann ( sauerstoffarm ). Im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung wurde festgestellt, dass ohne Inertisierungsmaßnahmen im Behälter eine Zone 0 auftritt, da die Betriebstemperatur im Behälter über dem Flammpunkt liegt. Die Zündquellenbeurteilung ergab, dass wirksame Zündquellen bei gelegentlichen Betriebsstörungen auftreten können. Daher basiert das Explosionsschutzkonzept auf den vorbeugenden Explosionsschutzmaßnahmen: Inertisierung, so dass eine Zone 2 eingeteilt werden kann; Vermeiden wirksamer Zündquellen durch Auswahl von explosionsgeschützten Geräten für die Zone 2; Vermeiden wirksamer prozessbezogener bzw. betrieblicher oder nicht gerätespezifischer Zündquellen für den störungsfreien Betrieb bzw. der Eignung für Zone 2. Inertisierungskonzept Erstinertisierung Der Behälter ist vakuumfest ausgeführt. Damit kann eine Erstinertisierung organisatorisch im Druckwechselverfahren mit Stickstoff durchgeführt werden. Die Auslegung der Erstinertisierung erfolgt entsprechend CEN/TR Die Wirksamkeit der Erstinertisierung wurde nachgewiesen und die Zuverlässigkeit der Erstinertisierung entspricht der in der Gefährdungsbeurteilung festgelegten Zuverlässigkeit, die für Zone 2 erforderlich ist. 12

13 Aufrechterhaltung der Inertisierung Die Aufrechterhaltung erfolgt mit einer Inertisierungsvorrichtung, welche mit der Vorgehensweise der TRGS 725 betrachtet werden kann. Diese Inertisierungsvorrichtung besteht aus einer Inertisierungseinrichtung und einer unabhängigen Überwachungseinrichtung sowie aus Verriegelungsmaßnahmen. Ein Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Inertisierungseinrichtung Der Behälter ist an ein Stickstoffnetz angeschlossen und wird nach erfolgreicher Erstinertisierung über eine sogenannte Split-Range-Regelung mit Stickstoff beaufschlagt und im Überdruck gehalten. Ein Stickstoffausfall wird als selten eingestuft. Die Split- Range-Regelung besteht aus einer Druckmessung und einer Regeleinheit, die jeweils auf ein Regelventil in der Stickstoffzufuhrleitung und in der Abluftleitung wirkt. Die Druckmessung und Regelung ist so ausgelegt, dass die beim Betrieb auftretenden Druckschwankungen aufgrund von Füllstandsänderungen im Behälter und Druckschwankungen in der Abluft ausgeglichen werden können. Damit kann die Überdruckhaltung aufrechterhalten werden. Die Regelung hat sich unter den Prozessbedingungen nachweislich bewährt. Es liegt gute Betriebserfahrung vor. Das Ausfallverhalten wird betreiberseitig als zu erwarten eingestuft. Der Behälter ist technisch dicht und wird geschlossen betrieben. Überwachung Der Überdruck im Behälter wird mittels einer für die Prozessbedingungen geeigneten zweiten Druckmessung überwacht, so dass zusätzlich zur Regelung im feineren Bereich die Stickstoffzufuhr voll geöffnet werden könnte. Diese Druckmessung wird über eine Sicherheits-SPS (SSPS) geführt. Bei Erreichen des im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung festgelegten minimalen Überdruckwertes wird alarmiert und das zweite Stickstoffventil geöffnet. Ein Abschalten der Entleerpumpe bzw. ein Zufahren des Abluftventils in Richtung Abluft ist nicht erforderlich, wenn das zweite Stickstoffventil so ausgelegt ist, dass Stickstoff in ausreichender Menge selbst für den Fall nachgeführt wird, dass der maximale Pumpenvolumenstrom und der maximale Abluftstrom wirksam sind. Druckveränderungen auf Grund von Temperaturschwankungen sind gegenüber der Entnahme vernachlässigbar. Im energielosen Zustand ist die Stellung für das zweite Stickstoffventil offen. Die Überwachung besteht aus der zweiten Druckmessung, der Signalverarbeitung über die SSPS (als vollständig unabhängiges System) sowie der Aktorik zum Ansteuern des zweiten Stickstoffventils, ergänzt durch eine Alarmierung. Hinweis: Der Abgasweg wird bei Ansprechen der Überwachung nicht geschlossen, da als weitere Gefährdung ein Überschreiten des zulässigen maximalen Betriebsdruckes im Behälter möglich wäre. 13

14 Ersatzschaltbild: Vorrichtung Einrichtung, PLS Stickstoffversorgung 1. Druckmessung 1. Regelventil Zufuhrleitung Regelventil Abluftleitung Überwachung, SSPS 2. Druckmessung 2. Regelventil Zufuhrleitung Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung plus Überwachung Ein Stickstoffausfall kann als selten eingestuft werden. Der Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Eine Zündquelle ist bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Das Abgas kann zeitlich überwiegend Sauerstoff enthalten. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 2. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung und Dichtheitsprüfung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Druckregelung des Behälterdrucks über das PLS mit Druckhaltung über eine Split Range Regelung. Überwachung (): Überwachung der Inertisierung durch eine Druckmessung und Schaltung in einer SSPS. Die Drucküberwachung öffnet rechtzeitig ein zweites Stickstoffventil. Anmerkung: In der Mindestanforderung genügt auch eine Ausführung der Überwachung im PLS, wie in anderen Beispielen dargestellt. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall

15 Stickstoff PC PSZ-A- Abgas Produkt Zone 2 M Produktion PLS SSPS Regler PC Inertisierung Zone 0 Zone 2 Zündquellenvermeidung Schalter PSZ-A- K2 15

16 5.1.3 Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung Ein Stickstoffausfall kann als selten eingestuft werden. Eine Zündquelle ist bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 2. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt sicher über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung und Dichtheitsprüfung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (K2): Druckregelung des Behälterdrucks mit einem mechanischen Druckregler mit seltenem Ausfallverhalten und einer mechanischen Druckhaltearmatur. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall PC Stickstoff Produkt Abgas Zone 2 M Produktion mechanischer Regler Druckhaltearmatur K2 Regler PC K2 Druckhaltearmatur Inertisierung Zone 0 Zone 2 Zündquellenvermeidung K2 16

17 5.1.4 Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung und organisatorischer Maßnahme Ein Stickstoffausfall kann als zu erwarten eingestuft werden. Der Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Eine Zündquelle ist bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 2. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Druckregelung des Behälterdrucks mit einem mechanischen Druckregler mit zu erwartendem Ausfallverhalten. Organisatorische Maßnahme (eine Reduzierungsstufe): Zusätzlich wird durch die organisatorische Maßnahme einer Dichtheitsprüfung des Behälters und der Druckhaltearmatur die Dichtheit sichergestellt, so dass bei Ausfall der Stickstoffversorgung kein Sauerstoffeintrag zu unterstellen ist. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall PC Stickstoff Produkt Abgas Zone 2 M Produktion 17

18 mechanischer Regler Organisatorisch Inertisierung Zone 0 Zone 2 Zündquellenvermeidung Regler PC Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung Ein Stickstoffausfall kann als zu erwarten eingestuft werden. Der Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Eine Zündquelle ist bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 2. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung und Dichtheitsprüfung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Druckregelung des Behälterdrucks mit einem Druckregler im PLS (kann mit Alarm kombiniert werden) und einer mechanischen Druckhaltearmatur. Überwachung (): Überwachung der Inertisierung durch eine Druckmessung und Schaltung im PLS. Die Drucküberwachung schaltet die Pumpe als Unterdruckerzeuger rechtzeitig ab. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall

19 PC Stickstoff Produkt Abgas PS- Zone 2 M Produktion PLS Regler PC Inertisierung Zone 0 Zone 2 Zündquellenvermeidung Schalter PS- K Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung Ein Stickstoffausfall kann als zu erwarten eingestuft werden. Der Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Eine Zündquelle ist bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 2. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung und Dichtheitsprüfung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Druckregelung des Behälterdrucks mit einem Druckregler im PLS unter Mitbenutzung des hochzuverlässigen Drucksensors der Überwachung und einer mechanischen Druckhaltearmatur. Überwachung (): Überwachung der Inertisierung durch eine Druckmessung und Schaltung in einer SSPS. Die Drucküberwachung schaltet die Pumpe als Unterdruckerzeuger rechtzeitig ab. Anmerkung: In der Mindestanforderung genügt auch eine Ausführung der Überwachung im PLS, wie in anderen Beispielen dargestellt. 19

20 Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall PICZ-A- Stickstoff Produkt Abgas Zone 2 M Produktion PLS SSPS K2 Druckmessung PICZ-A- PLS Regelventil und Druckhaltearmatur SSPS MCL (Motor aus) Inertisierung Zone 0 Zone 2 Zündquellenvermeidung K2 20

21 5.1.7 Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung plus Überwachung Ein Stickstoffausfall kann als zu erwarten eingestuft werden. Der Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Ein Ausfall des Stickstoffs führt nicht unmittelbar zu einem explosionsfähigen Gemisch, so dass eine ausreichende Zeit für Gegenmaßnahmen besteht. Eine Zündquelle ist bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 2. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung und Dichtheitsprüfung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Druckregelung des Behälterdrucks mit einem mechanischen Druckregler und einer mechanischen Druckhaltearmatur. Die Einrichtung hat ein zu erwartendes Ausfallverhalten. Organisatorische Maßnahme (eine Reduzierungsstufe): Durch eine organisatorische Maßnahme wird die Überwachung der Druckanzeige (im PLS) in einem festgelegten Intervall sichergestellt, so dass bei Ausfall der Stickstoffversorgung kein Sauerstoffeintrag zu unterstellen ist bzw. Gegenmaßnahmen in ausreichend kurzer Zeit getroffen werden können. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall PC PIA- Stickstoff Produkt Abgas Zone 2 M Produktion 21

22 mechanischer Regler PLS + Organisat. Druckanzeige PIA- Inertisierung Zone 0 Zone 2 Zündquellenvermeidung Regler PC Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung plus Überwachung Ein Stickstoffausfall kann als zu erwarten eingestuft werden. Der Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Ein Ausfall des Stickstoffs führt nicht unmittelbar zu einem explosionsfähigen Gemisch, so dass eine ausreichende Zeit für Gegenmaßnahmen besteht. Eine Zündquelle ist bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 2. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung und Dichtheitsprüfung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Druckregelung des Behälterdrucks mit einem Druckregler im PLS und einer Druckhaltearmatur. Organisatorische Maßnahme (eine Reduzierungsstufe): Durch eine organisatorische Maßnahme auf Basis der Drucküberwachung mit Alarmierung im PLS wird sichergestellt, dass bei Ausfall der Stickstoffversorgung kein Sauerstoffeintrag zu unterstellen ist bzw. Gegenmaßnahmen in ausreichend kurzer Zeit getroffen werden können. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall

23 PC PIA- Stickstoff Produkt Abgas Zone 2 M Produktion PLS + Organisatorisch Druckanzeige PIA- Inertisierung Zone 0 Zone 2 Zündquellenvermeidung Regler PC Prozessbehälter mit Inertisierung über Druckregelung Ein Stickstoffausfall kann als zu erwarten eingestuft werden. Eine Zündquelle ist nur bei seltenen Betriebsstörungen möglich. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 0 auf Zone 1. Der Behälter wird inertisiert im leichten Überdruck betrieben. Der Behälterdruck liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung und Dichtheitsprüfung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Druckregelung des Behälterdrucks mit einem mechanischen Druckregler und einer Druckhaltearmatur. Die Einrichtung hat ein zu erwartendes Ausfallverhalten. 23

24 Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im zu erwartenden Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall PC Stickstoff Produkt Abgas Zone 1 M Produktion mechanischer Regler Inertisierung Zone 0 Zone 1 Zündquellenvermeidung Regler PC 24

25 5.2 Kreiselpumpe Apparat Fallunterscheidung Explosionsschutzkonzept Kreiselpumpe Vermeiden expl. Gemisch im Innern der Pumpe - Zone 0 keine Zone Vermeiden expl. Gemisch im Innern der Pumpe - Zone 0 keine Zone Vermeiden expl. Gemisch im Innern der Pumpe - Zone 1 keine Zone Vermeiden expl. Gemisch im Innern der Pumpe - Zone 1 kein Zone 3 Reduzierungsstufen - Besondere betriebliche Randbedingungen - Siphon - Trockenlaufschutz FS 3 Reduzierungsstufen - Siphon - Trockenlaufschutz LZ 2 Reduzierungsstufen - Besondere betriebliche Randbedingungen - Siphon 2 Reduzierungsstufen - Siphon - Trockenlaufschutz FS Kreiselpumpe mit Vermeiden des explosionsfähigen Gemisches und Abschaltung durch Durchflussüberwachung Eine Kreiselpumpe fördert innerhalb einer kontinuierlich betriebenen Anlage Flüssigkeit aus einem Behälter in einen höher liegenden Behälter über Rohrleitungen. Verfahrensbedingt wird die Anlage so betrieben, dass die Behälter nicht entleert werden. Oberhalb der Flüssigkeit im Behälter kann sich ohne Maßnahmen ein explosionsfähiges Gemisch der Zone 0 bilden. Die Pumpe befindet sich im Hauptstrom, so dass das Hauptaugenmerk des Betriebes auf der Qualität und Fördermenge des Produktes liegt, und daher Abweichungen vom Sollzustand der Anlage anhand der visualisierten Betriebsdaten sehr schnell erkannt werden. Allein durch diese Randbedingungen kann angenommen werden, dass die Pumpe im störungsfreien Betrieb flüssigkeitsgefüllt betrieben wird. Das An- und Abfahren der Anlage erfolgt nur selten. Für das An- und Abfahren liegt eine separate Betriebsanweisung vor. Eine Inbetriebnahme der Pumpe erfolgt entsprechend der in der Betriebsanleitung vorgegebenen Randbedingungen nach Betriebsanweisung, so dass auch für diese Betriebszustände ein flüssigkeitsgefüllter Betrieb unterstellt werden kann. Die Pumpe befindet sich im Tiefpunkt der Installation. Die Pumpe ist nicht 25

26 selbstansaugend. Wenn es im Rahmen von Betriebsstörungen dazu kommt, dass die Behälter entleert werden, bleibt die Pumpe durch die Anordnung im Siphon zunächst flüssigkeitsgefüllt. Wegen des Wärmeeintrags durch die Verlustleistung wird die Flüssigkeit erwärmt. Anhand der Verlustleistung der Pumpe und der Wärmekapazität der im Siphon verbleibenden Flüssigkeit und des Pumpengehäuses kann die Zeit abgeschätzt werden, die bleibt, bis die Flüssigkeit soweit erhitzt wird, dass Kavitation oder Sieden der Flüssigkeit nicht mehr verhindert werden kann. In der Anlage ist ständig Personal in ausreichender Anzahl vorhanden, so dass angenommen werden kann, dass die Störung erkannt und behoben oder die Pumpe vom Betriebspersonal abgeschaltet wird, bevor Kavitation oder Sieden der Flüssigkeit eintritt. Ein unbemerktes Verdampfen der verbleibenden Restflüssigkeit wird auf Grund des vorliegenden Volumens auf der Druckseite der Pumpe (Leitungsvolumen) und der in der Pumpe vorhandenen Flüssigkeit bei einem einfachen Fehlerfall nicht unterstellt. Aufgrund der gegebenen Randbedingungen wird davon ausgegangen, dass im Inneren der Pumpe ohne weitere Maßnahmen nur selten und kurzzeitig ein explosionsfähiges Gemisch auftreten kann. Kreiselpumpe mit Vermeiden des explosionsfähigen Gemisches und Abschaltung durch Durchflussüberwachung Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Im Behälter liegt Zone 0 vor. Vermeidung des Auftretens eines explosionsfähigen Gemisches in der Pumpe durch Flüssigkeitsfüllung. Das Betriebskonzept basiert auf den Prozessrandbedingungen in Kombination mit organisatorischen Maßnahmen. Das Betriebskonzept ermöglicht die Reduzierung um zwei Reduzierungsstufen und wird ergänzt durch eine Durchflussmessung mit Abschaltung der Pumpe. Die Überwachung des Flüssigkeitsdurchflusses gewährleistet, dass Flüssigkeit in der Pumpe verbleibt. Organisatorische Maßnahme (zwei Reduzierungsstufen): Durch die Prozessrandbedingungen und organisatorische Maßnahmen (Betriebskonzept) wird gewährleistet, dass ein Verlust der Flüssigkeit in der Pumpe nur bei Kombination von Fehlern nicht auszuschließen ist. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Durchflussüberwachung mit einem Durchflussmessgerät im PLS. Die Überwachung schaltet die Pumpe bei Unterschreitung des Mindestdurchflusses ab. 26

27 Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im vorhersehbaren Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall Produkt Abgas Zone 1 FS- M Produktion Prozessrandbedingungen und Organisatorisch Vermeidung des explosionsfähigen Gemischs in der Pumpe Zone 0 keine Zone PLS Regler PC 27

28 5.2.2 Kreiselpumpe mit Vermeiden des explosionsfähigen Gemisches und Abschaltung durch Standabsicherung Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Im Behälter liegt Zone 0 vor. Vermeidung des Auftretens eines explosionsfähigen Gemisches an der Pumpe durch Flüssigkeitsfüllung. Das Betriebskonzept basiert auf den Prozessrandbedingungen (Aufstellung im Siphon) in Kombination mit organisatorischen Maßnahmen. Ein Verlust der Flüssigkeit in der Pumpe kann jedoch bei einfachen Fehlern nicht vermieden werden. Das Betriebskonzept wird ergänzt durch die Vermeidung des Trockenlaufs der Pumpe mithilfe einer Standabsicherung im Behälter. Organisatorische Maßnahme (eine Reduzierungsstufe): Durch die prozessbedingten Randbedingungen und eine organisatorische Maßnahme wird gewährleistet, dass ein Verlust der Flüssigkeit in der Pumpe im Normalbetrieb auszuschließen ist. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (K2): Standabsicherung im Behälter mit Abschalten der Pumpe über SSPS. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im vorhersehbaren Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall Produkt Abgas Zone 0 M LZ- Produktion 28

29 Prozessrandbedingungen und Organisatorisch SSPS K2 Standabsicherung LZ Vermeidung des explosionsfähigen Gemischs Zone 0 keine Zone K Kreiselpumpe mit Vermeiden des explosionsfähigen Gemisches durch das Betriebskonzept Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Im Behälter liegt Zone 1 vor. Vermeidung des Auftretens eines explosionsfähigen Gemisches in der Pumpe durch Flüssigkeitsfüllung. Das Betriebskonzept basiert auf den Prozessrandbedingungen (Aufstellung im Siphon) in Kombination mit organisatorischen Maßnahmen. Auf Grund der Prozessrandbedingungen in Kombination mit der organisatorischen Maßnahme wird ein Verlust der Flüssigkeit in der Pumpe nur bei Fehlerkombinationen unterstellt. Organisatorische Maßnahme (zwei Reduzierungsstufen): Durch die Prozessrandbedingungen und organisatorische Maßnahmen (Betriebskonzept) wird gewährleistet, dass ein Verlust der Flüssigkeit in der Pumpe nur bei Kombination von Fehlern nicht auszuschließen ist. Ex-Vorrichtung: Keine Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im vorhersehbaren Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall

30 Produkt Abgas Zone 1 M Produktion Prozessrandbedingungen und Organisatorisch Prozessrandbedingungen und Organisatorisch Vermeidung des explosionsfähigen Gemischs Zone 1 keine Zone Kreiselpumpe mit Vermeiden des explosionsfähigen Gemisches sowie Abschaltung durch Durchflussüberwachung Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Im Behälter liegt Zone 1 vor. Vermeidung des Auftretens eines explosionsfähigen Gemisches in der Pumpe durch Flüssigkeitsfüllung. Das beschriebene Betriebskonzept basiert auf den Prozessrandbedingungen in Kombination mit organisatorischen Maßnahmen. Ein Verlust der Flüssigkeit in der Pumpe kann jedoch nicht ausgeschlossen werden (z. B. regelmäßige Entleerung bei Batchprozessen in Verbindung mit einem Versagen des Betriebskonzeptes, kein ausreichendes Siphonvolumen). Eine zusätzliche Durchflussmessung mit Abschaltung der Pumpe gewährleistet, dass die Flüssigkeit in der Pumpe verbleibt. Organisatorische Maßnahme (eine Reduzierungsstufe): Durch die prozessbedingten Randbedingungen und eine organisatorische Maßnahme wird gewährleistet, dass ein Verlust der Flüssigkeit in der Pumpe im Normalbetrieb auszuschließen ist. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Mindestdurchflussüberwachung mit einer Durchflussmessung im PLS. 30

31 Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im vorhersehbaren Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall Produkt Abgas Zone 1 FS- M Produktion Prozessrandbedingungen PLS und Organisatorisch Durchflussmessung FS- Vermeidung des explosionsfähigen Gemisches Zone 1 keine Zone 31

32 5.3 Mühle Apparat Fallunterscheidung Explosionsschutzkonzept Mühle Fall 1 - Stickstoffausfall zu erwarten - Zündquelle bei gelegentlicher Betriebsstörung - Lösemittelfreier Feststoff - Zone 20 Zone Fall Stickstoffausfall zu erwarten - Zündquelle betriebsmäßig möglich - Hybrides Gemisch - Zone 0/20 keine Zone Fall Stickstoffausfall zu erwarten - Zündquelle betriebsmäßig möglich - Hybrides Gemisch - Zone 0/20 keine Zone 2 Reduzierungsstufe Inertisierung Abschaltung des Antriebs 3 Reduzierungsstufen Inertisierung Abschaltung des Antriebs (2 x ) 3 Reduzierungsstufen Inertisierung Abschaltung des Antriebs Vermeiden der Zündquelle durch geeignetes Gerät 32

33 5.3.1 Mühle mit Inertisierung über Druckregelung und Durchflussüberwachung In einer Mühle soll diskontinuierlich ein Feststoff zu Feingut verarbeitet werden (Batchbetrieb). Der dafür eingetragene Feststoff wird aus einem inertisierten Bereich bereitgestellt, so dass das Lückenvolumen im Normalbetrieb als sauerstofffrei betrachtet werden kann. Aus einem vorgeschalteten, inertisierten Behälter gelangt der zu vermahlende Stoff über freien Fall in die Mühle. Die Verbindungsleitung zwischen dem Behälter und der Mühle ist zu Beginn des Batches durch Inertisierung vor der Inbetriebnahme soweit sauerstofffrei, dass die Sauerstoffgrenzkonzentration der Stoffe sicher unterschritten wird. Die Mühle wird im leichten Überdruck betrieben, so dass davon auszugehen ist, dass kein Luftsauerstoff eindringen kann. Die Mühle ist an ein Abgassystem angeschlossen. Das Abgassystem wurde im Normalbetrieb als sauerstofffrei eingestuft. Es wird so betrieben, dass nur im Störungsfall explosionsfähige Gemische auftreten können. Im Abluftsystem besteht ein leichter Unterdruck. Im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung wurde festgestellt, dass ohne Inertisierungsmaßnahmen in der Mühle eine Zone 20 vorliegt, da sich beim Vermahlen explosionsfähige Staub/Luft-Gemische bilden. Die Zündquellenbeurteilung ergab, dass wirksame Zündquellen bei gelegentlichen Betriebsstörungen auftreten können. Daher basiert das Explosionsschutzkonzept auf den vorliegenden Explosionsschutzmaßnahmen: Gewährleistung einer Zone 22 durch o Inertisierung, o Betrieb mit leichtem Überdruck, sodass kein Luftsauerstoff eindringen kann; Vermeiden wirksamer Zündquellen durch Auswahl von explosionsgeschützten Geräten für die Zone 22; Vermeiden wirksamer prozessbezogener bzw. betrieblicher oder nicht gerätespezifischer Zündquellen für den störungsfreien Betrieb bzw. der Eignung für Zone 22. Inertisierungskonzept Erstinertisierung Eine Erstinertisierung des Systems wird organisatorisch mit der Durchflussmethode mit Stickstoff durchgeführt. Die Auslegung der Erstinertisierung erfolgt entsprechend CEN/TR Die Wirksamkeit der Erstinertisierung wurde nachgewiesen und die Zuverlässigkeit der Erstinertisierung entspricht der in der Gefährdungsbeurteilung festgelegten Zuverlässigkeit, die für die Aufrechterhaltung der Zone 22 erforderlich ist. Aufrechterhaltung 33

34 Die Aufrechterhaltung erfolgt mit einer Inertisierungsvorrichtung, welche mit der Vorgehensweise der TRGS 725 betrachtet werden kann. Diese Inertisierungsvorrichtung besteht aus einer Inertisierungseinrichtung und einer unabhängigen Überwachungseinrichtung sowie aus Verriegelungsmaßnahmen. Ein Ausfall der Stickstoffversorgung wird erkannt. Inertisierungseinrichtung Die Mühle ist an ein Stickstoffnetz angeschlossen und wird nach erfolgreicher Erstinertisierung über einen mechanischen Druckregler mit Stickstoff beaufschlagt und mittels eines mechanischen Druckhalteventils im Überdruck gehalten. Ein Stickstoffausfall wird als zu erwarten eingestuft. Bei dem mechanischen Druckregler und dem Druckhalteventil handelt es sich um eine Armatur, welche sich unter den Prozessbedingungen nachweislich bewährt haben. Es liegt gute Betriebserfahrung vor. Das Ausfallverhalten wird betreiberseitig als zu erwarten eingestuft. Die Mühle ist technisch dicht und wird geschlossen betrieben. Überwachung Die Inertisierung in der Mühle wird mittels einer für die Prozessbedingungen geeigneten Durchflussmessung überwacht. Diese Durchflussmessung wird über das betriebliche Prozessleitsystem geführt. Bei Erreichen des im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung festgelegten minimalen Durchflusswertes wird alarmiert und der Mühlenantrieb wird abgeschaltet. Die Überwachung besteht aus der Durchflussmessung, der Signalverarbeitung über das Prozessleitsystem und der Aktorik zum Abschalten des Mühlenantriebs. Das weitere Vorgehen zur Aufrechterhaltung des sicheren Zustandes wird in einer Betriebsanweisung geregelt. Ersatzschaltbild Vorrichtung Einrichtung, Inertisierung Stickstoffversorgung mechanischer Druckregler Überwachung Durchflussmessung PLS Mühle aus 34

35 Mühle mit Inertisierung über Druckregelung und Durchflussüberwachung Ein Stickstoffausfall kann als zu erwarten eingestuft werden. Beim Vermahlen bilden sich staubexplosionsfähige Gemische. Mit dem Auftreten von Lösemitteldämpfen ist nicht zu rechnen. Zündquellen sind Innen bei gelegentlichen Betriebsstörungen möglich. Lösungsvariante Explosionsschutzkonzept: Innen Reduzierung der Zone 20 auf Zone 22. Die Mühle wird inertisiert, mit überwachtem Stickstoffdurchfluss betrieben. Es ist davon auszugehen, dass kein Luftsauerstoff eindringen kann. Der Druck im Inneren der Mühle liegt über dem Druck im Abgassystem. Eine Erstinertisierung erfolgt vor der Inbetriebnahme. Ex-Vorrichtung: Ex-Einrichtung (): Regelung des Drucks in der Mühle mit einem mechanischen Druckregler. Die Einrichtung hat ein zu erwartendes Ausfallverhalten. Überwachung (): Überwachung der Inertisierung durch eine Durchflussmessung im PLS. Die Durchflussüberwachung schaltet den Mühlenantrieb rechtzeitig ab und verhindert dadurch das weitere Aufwirbeln des Staubs. Anmerkung: Die Sicherstellung der Inertisierung des zu vermahlenden Stoffes in dem vorgeschalteten Behälter ist in dem Sicherheitskonzept des Behälters beschrieben und wird hier nicht zusätzlich aufgeführt. Hinweis: Die Durchflussüberwachung sollte bevorzugt abgasseitig eingesetzt werden. Sie kann gegebenenfalls bei fester Verrohrung auch in der Stickstoffleitung zwischen dem Druckregler und der Mühle eingebaut werden. Zone 0/20 1/21 2/22 keine Zündquelle erforderliche Reduzierungsstufen im Normalbetrieb (betriebsmäßig) im vorhersehbaren Fehlerfall oder bei gelegentlichen Betriebsstörungen im seltenen Fehlerfall oder bei seltenen Betriebsstörungen im sehr seltenen Fehlerfall Feststoff PC FS- Stickstoff Zone 22 Abgas Feingut 35