Biogasanlagen sicherheitstechnisches Niemandsland?

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1 Biogasanlagen sicherheitstechnisches Niemandsland? Max Westphalen, Andreas Eiklenborg Biogasanlagen weisen bei der Auswertung der Erfahrungsberichte über Prüfungen der Sachverständigen im Sinne von 29a BImSchG einen erheblichen Handlungsbedarf bei der Umsetzung der Sicherheitstechnik auf. Aus der Arbeit von Sachverständigen werden nachfolgend Beispiele typischer Mängel an Biogasanlagen vorgestellt. Mit dem Jahr 2000 überstieg die Anzahl der Biogasanlagen in Deutschland die Tausendermarke und ist inzwischen auf ca Anlagen angestiegen. Zum Vergleich: In Deutschland gibt es ca Tankstellen. Der jährliche Bericht der Kommission für Anlagensicherheit (KAS) bezüglich der Auswertung der Erfahrungsberichte über Prüfungen der Sachverständigen im Sinne von 29a BImSchG zeigt seit Jahren auf, dass es bei Biogasanlagen erheb liche sicherheitstechnische Defizite gibt. Die Auswertung der Prüfungen des Jahres 2012 (Bericht KAS-31) 1) kommt zu dem Ergebnis, dass bei ca. 71 % der geprüften Biogasanlagen (391 Anlagen) bedeutsame Mängel festgestellt wurden. Grundsätzlich muss festgehalten werden, dass in der Biogasbranche sicherheitstechnische Defizite als Normalzustand akzeptiert sind. Eine derartige Häufung von Defiziten in Bezug auf eine bestimmte Anlagentechnik liegt in anderen Branchen bei Weitem in diesem Maße nicht vor. Handelt es sich hierbei um sicherheitstechnisches Niemandsland? Technische und rechtliche Vorgaben liegen aus unterschiedlichen Rechtsbereichen vor. Die Biogasanlage fällt unter diverse Rechtsbereiche mit z. T. sehr unterschiedlichen Anforderungen: Arbeitsschutzrecht, Gefahrstoffrecht, Störfallrecht; Wasserrecht: Unter anderem brachte der Paradigmenwechsel im Arbeitsschutzrecht im Zuge der Einführung der Betriebssicherheitsverordnung ein hohes Maß an Eigenverantwortung für den Betreiber. Die Vorgaben zum Erreichen eines sicheren Arbeitsplatzes sind auf Schutzziele ausgerichtet und basieren weniger auf konkreten Vorgaben. Häufig resultiert hieraus, dass vom Betreiber die Freiheit der eigenen Verantwortung gerne akzeptiert wird, die konsequente Dokumentation der Wege zur Einhaltung dieser Schutzziele allerdings nicht erfolgt. Gleiches gilt im Störfallrecht allerdings mit grundsätzlich höherem Anspruch (Stichwort: Stand der Sicherheitstechnik ). Die Vorgaben beim Wasserrecht sind dagegen üblicherweise präzise. Die Biogasanlage fiel allerdings über Jahre hinweg durch das Raster der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wasser- 1) Tabelle 1 Beispiele aus Explosionsschutzdokumenten. Explosionsschutzdokumente Formulierung Der Container ist ausreichend zwangsbelüftet und das BHKW ist mit Gaswarntechnik ausgestattet und stellt somit keinen Explosionsschutzbereich dar. Zudem liegt eine Abschaltmatrix der BHKW vor, aus der die Schaltwerte der Gaswarngeräte zu entnehmen sind. Es besteht keine Gefahr eines Gasaustritts da die Durchführungen zusätzlich z.b. durch Gasleckagemessungen überwacht In Zone 1 ist damit zu rechnen, dass gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich auftritt: Im Umkreis von 1 m um Gasanschlüsse, die auf Dauer technisch dicht sind. Im Kondensatschacht mit Siphon kann sich eine explosionsfähige Atmosphäre einstellen. Die Wahrscheinlichkeit ist selten. Zone 2 während der Inbetriebnahme. Anmerkung Was ist im konkreten Fall ausreichend? Welcher Volumenstrom wird erreicht? Weder die Schaltwerte noch die Abschaltmatrix liegen als Teil des Explosionsschutzdokumentes vor. Die Umsetzung auf der konkreten Anlage ist nicht festgelegt. Ein auf Dauer technisch dichter Gasanschluss schließt den Austritt aus. Auf die konsequente Einteilung als Zone 2 wird im Folgenden verzichtet. Festlegung des Normalbetriebs und Festlegung zusätzlichen Explosionsschutzanforderungen bei Abweichungen vom Normalbetrieb notwendig. Technische Sicherheit Bd. 4 (2014) Nr. 11/12 - November/Dezember 27

2 Organisatorische Maßnahmen Der Betrieb einer Biogasanlage erfordert unterschiedliche Dokumente (u. a. Ex-Dokument, Gefährdungsbeurteilung) mit den zugehörigen Anhängen und Präzisierungen (u. a. Sicherheitsdatenblätter, Angaben zu Grenzwerten, Betriebsanweisungen), deren Inhalte sich häufig überschneiden. Die Dokumente weisen unterschiedliche Detaillierungsgrade auf und häufig bleiben die entscheidenden Informationen und Details unbestimmt. Tabelle 1 zeigt einige Beispiele aus Explosionsschutzdokumenten. Neben der sicherheitsrelevanten Dokumentation zählen zu den organisatorischen Maßnahmen auch das Vorhandensein von Fluchtwegen und deren Zustand. Bild 1 zeigt das Beispiel eines Fluchtwegs, der auf der Innenseite als solcher ausgeschildert ist. Bild 2 Undichte Armatur. gefährdenden Stoffen und über Fachbetriebe (VAwS). Erst die kommende Verordnung AwSV greift voraussichtlich die Biogasanlage als wasserrechtlichen Tatbestand auf. Im Zuge der Prüfung von Biogasanlagen in den aufgeführten Rechtsbereichen werden die unterschiedlichsten Mängel festgestellt. Die folgende Gliederung dieser Mängel richtet sich nach der Häufigkeit der sicherheitstechnischen Mängel gemäß des Berichts KAS-31. Auf eine Darstellung der Mängel aus dem Bereich Arbeitsschutz und VAwS wird verzichtet, um an dieser Stelle die Rechtsbereiche nicht zu vermischen. Bild 1 Versperrter Fluchtweg. Bild 3 Mit Klebeband abgedichtete Gasleitung. Qualitätssicherung und Instand - haltung von Anlagen, Prüfungen Der wesentliche sicherheitstechnische Aspekt im laufenden Betrieb einer Biogasanlage besteht darin, durch eine geeignete Überwachung Undichtigkeiten im Gassystem schnellstmöglich zu erkennen bzw. die Dichtigkeit durch den Einsatz geeigneter Produkte aufrechtzuerhalten. Zur Detektion von Undichtigkeiten gibt es verschiedene Möglichkeiten (z. B. Infrarot-Spektro-Radiometrie, Abdrücken, Abschäumen, Messungen mit einem Gasspürgerät). In der Fachweltgibt es hier bezüglich der Interpretation von Ergebnissen z. T. Differenzen. Hierbei geht es darum, unter welchen Bedingungen die Dichtigkeit festgestellt werden kann und ob das Fehlen einer Leckage gleichzeitig die Feststellung der Dichtigkeit bedeutet. Festzuhalten bleibt, dass die konsequente Überwachung der Anlage auf Dichtigkeit häufig vernachlässigt wird. Ein wesentlicher Schritt hin zu mehr Anlagensicherheit, wäre eine regelmäßige Überwachung. Bild 2 zeigt das Beispiel einer wahrscheinlich bereits seit längerer Zeit undichten Armatur. Zur Beseitigung von Undichtigkeiten werden nicht immer die allgemein anerkannten Regeln der Technik angewandt, wobei dies u. U. auch für Hersteller und Installateure gilt. Im in Bild 3 gezeigten Fall wurde die Gasleitung mit Klebeband abgedichtet und zur Sicherheit noch mit der Rohrleitungsfarbe überstrichen. Explosionsschutz Das in Biogasanlagen erzeugte Gas, wird im Blockheizkraftwerk (BHKW) in Wärme und elektrische Energie umgewandelt oder aufbereitet ins Erdgasnetz einspeist. Im Hinblick auf den Explosionsschutz soll hier kurz auf die Stichpunkte Zoneneinteilung, Gaswarntechnik und Elektroinstallation eingegangen Die Einstufung in Zonen veranschaulicht die Häufigkeit des Auftretens einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre. Diese Einstufung erfolgt durch den Betreiber. Hier soll als Beispiel die Zone 1 um die Ausblasöffnung der Überdrucksicherung für die Auswirkungen einer solchen Festlegung herangezogen 28 Technische Sicherheit Bd. 4 (2014) Nr. 11/12 - November/Dezember

3 Bild 4 Nicht fachgerecht installierter Kabelkasten. Bild 5 Nicht fachgerecht installierter Unterverteiler. Als Konsequenz aus dieser Festlegung folgt, dass der direkte Blitzeinschlag in Zone 1 zu verhindern ist. Die Technische Regel für Betriebssicherheit (TRBS) (Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre) legt dies unter Kapitel fest. Eine Risikobeurteilung gemäß VDE Blitzschutz Teil 2: Risiko-Management: Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen beschreibt die Vorgehensweise zur Bewertung von wirtschaftlichen Verlusten. Der Anwendungsbereich sieht die Schadensarten von öffentlichem Interesse (Verlust von Menschenleben, Verlust von (technischen) Dienstleistungen für die Öffentlichkeit und Verlust von unersetzlichem Kulturgut) nicht vor. Die Festlegung der TRBS durch eine Abschätzung des Schadensrisikos zu ersetzen, entspricht nicht ihrem rechtlichen Stellenwert. Der Ansatz, über die korrekte Bewertung der Häufigkeit und eine belastbare Gefährdungsbeurteilung zu gehen, wäre technisch sinnvoll und im Sinne des Gesetzgebers. Die Installation von Gaswarnanlagen ermöglicht das Unterbinden einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre, was in den Maschinenaufstellräumen der BHKW genutzt wird. Durch diese Messeinrichtung mit automatischer Auslösung von Notfunktionen kann auf eine Zoneneinteilung verzichtet Die Anforderungen an den Einsatz von Gaswarngeräten im Rahmen des Explosionsschutzes legt die TRBS (Kapitel 2.5) fest. Die Gaswarngeräte haben den Anforderungen an die messtechnische Funktionsfähigkeit gemäß der Richtlinie 94/9/EG Anhang II zu genügen oder es handelt sich um geeignete gelistete Geräte der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (BG RCI). In Biogasanlagen wird die gesamte Bandbreite der auf dem Markt verfügbaren Gasmessgeräte eingesetzt von geeigneten bis hin zu Geräten für den Einsatz beim Camping zur Detektion von Propan. Eine sicherheitsgerichtete Signalverarbeitung in der folgenden Steuerung bleibt häufig aus. Ein wesentlicher Bestandteil einer Biogasanlage ist die elektrische Installation. Fehler bei der Installation ziehen sicherheitstechnische Konsequenzen nach sich. Bei einer Biogasanlage sind dies nicht nur Bereiche, die der Installation gemäß der Richtlinie VDE 0100 unterliegen, sondern auch jene, die besondere Fachkenntnisse z. B. für die Errichtung von Betriebsmitteln in explosionsgefährdeten Bereichen erfordern (siehe Norm DIN EN ; Anhang F). Folgende Grundkenntnisse müssen die verantwortlichen Personen, die für die Planung, Auswahl und Errichtung von Geräten gemäß der Richtlinie 94/9/EG verantwortlich sind, u. a. aufweisen: Allgemeines Verständnis der relevanten Elektrotechnik, Arbeitskenntnis und Verständnis der einschlägigen Normen über den Explo - sionsschutz. Das allgemeine Verständnis der Elektrotechnik im Hinblick auf die Installation von elektrischen Betriebsmitteln fehlt den verantwortlichen Personen häufig. Nicht nur die Installation der Betriebsmittel in und außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen, auch die Dokumentation zur Installation stellt einen wesentlichen Bestandteil zum sicheren Betrieb einer Ex-Anlage dar. Hier ist der Installateur aufgefordert, seine Arbeit durch einen Prüf- bzw. Messbericht der Gesamtanlage durch Besichtigen, Erproben und durch Messen zu dokumentieren. Anforderungen zur Dokumentation für die Erstprüfung sind in der Norm DIN VDE und für wiederkehrende Prüfungen in DIN VDE zu finden. Die Beispiele in den Bildern 4 und 5 verdeutlichen, dass das allgemeine Verständnis der Elektrotechnik sowie die Anfertigung von Prüf- und Messprotokollen nicht durchgeführt wurden. Die erforderlichen Fachkenntnisse zur Installation von Betriebsmitteln in explo - sionsgefährdeten Bereichen beinhaltet das Verständnis von den allgemeinen Prinzipien der Schutzarten und der Gerätekennzeichnung. Woher erfährt der Installateur, welches Gerät mit welcher Kennzeichnung in welchem explosionsgefährdeten Bereich installiert werden darf? Warum muss ein Motor mit der Zündschutzart e noch eine Schutzeinrichtung, die auch gemäß Richtlinie 94/9/EG zertifiziert sein muss, vorgeschaltet haben? Der Motor ist doch explosionsgeschützt? Im Rahmen der Prüftermine stellt sich oft heraus, dass die Installateure gar nicht wissen, warum hier derartige Geräte installiert werden müssen. Hier kommen Aussagen wie Die Zone 2 ist hier gar nicht so oft. Auslegung von Anlagen und Anlagenteilen Die Auslegung und Feststellung der Eignung der verwendeten Anlagenteile für den Einsatzfall obliegt meist dem Her- Technische Sicherheit Bd. 4 (2014) Nr. 11/12 - November/Dezember 29

4 Biogasanlage Bild 7 Alternativer Frostschutz. Bild 8 Erhöhte Brandlast durch erhebliche Verunreinigung mit Altöl, Putzlappen und Verpackungsmaterial. Bild 6 Überlasteter Kompensator. steller. Nachrüstungen und Ergänzungen finden allerdings häufig durch den Betreiber statt. Nachfolgend zwei Beispiele, die einen Eindruck der Vielfalt von Defiziten in verschiedenen Anwendungsfällen vermitteln. In den Sicherheitsregeln für Biogasanlagen (Technische Information 4) der landwirtschaftlichen Berufsgenossenschaft heißt es bezüglich der zum BHKW gehörenden gasführenden Verbindungsteile: Die Eignung der zum BHKW gehörenden, gasführenden flexiblen Verbindungsstücke [ ] müssen vom Hersteller des BHKW bescheinigt Bild 6 zeigt einen Kompensator, der zum Anschluss des Motorblocks an die Biogasleitung dient, wobei die Belastungen augenscheinlich außerhalb der Grenzen der Auslegung liegen. Der Winterbetrieb von Biogasanlagen erfordert die besondere Aufmerksamkeit des Betreibers und ggf. zusätzliche Maßnahmen. Die allgemein anerkannten Regeln der Technik sollten auch auf Interimslösungen angewendet werden (Bild 7). Die Verwendung von Kanalgrundrohr (KG-Leitung) als gasführende Leitung bleibt eine Bauart, die aktuell immer noch bei Biogasanlagen anzutreffen ist, obwohl bereits in den Sicherheitsregeln für Biogasanlagen von 2002 deren Ver- 30 wendung als unzulässig ausgewiesen wurde und die oberirdische Installation (UV-Belastung, keine vollflächige Auflage) nicht den allgemein anerkannten Regeln der Technik entspricht. Die Umsetzung von sicherheitstechnischen Anforderungen findet in der Branche vielfach auf niedrigstem Niveau statt. Beispielhaft sei hier die Nachrüstung der Biogasanlagen mit einer zusätzlichen Gasverbrauchseinrichtung im Zuge der EEG-Novellierung ab 2014 genannt. Hier haben Hersteller Fackeln auf den Markt gebracht, die dem Stand der Technik nicht genügen (keine Flammenüberwachung, keine automatische Zündung, unkontrollierte Flamme bei Wind). Die eindeutige Festlegung über das Merkblatt KAS-28 fand leider relativ spät statt. hin zu VdS-Prüfungen entsprechend der Vorgaben für Versammlungsstätten. Diese Vorgaben richten sich auf die Ausführung der Bauwerke und den Anlagenaufbau sowie auf formale Regelungen. Im Rahmen der sicherheitstechnischen Prüfungen vor Ort fallen insbesondere die betrieblichen Defizite auf, die grundsätzlich zur Vermeidung von Bränden (vergl. Explosionsschutz) bzw. der Verringerung des Brandpotenzials dienen. Im Bericht KAS-31 heißt es u. a. hinsichtlich typischer Mängel des Brandschutzes: Erhöhte Brandlasten im BHKWRaum durch Lagerung von Altölen sowie lose herumliegende verunreinigte Putzlappen, Filter, Aufsaugmassen. Bild 8 zeigt ein Beispiel, das diesen Mangel widerspiegelt. Prozessleittechnik Brandschutz Die Vorgaben zum Brandschutz resultieren aus dem jeweiligen Landesbaurecht, ergänzend hierzu dienen die Angaben in den Sicherheitsregeln für Biogasanlagen als anlagentypische Festlegungen. Die Anforderungen aus den Genehmigungsbescheiden weisen eine große Bandbreite und unterschiedliche Detaillierung auf. Die Vorgaben reichen von der Einweisung der Feuerwehr über die Erstellung einer Brandschutzordnung bis Über die Prozessleittechnik wird aus der Vielzahl einzelner Komponenten und z. T. funktionsfähigen Einzelmaschinen (z.b. BHKW, Fütterung) eine ganzheitlich zusammenwirkende Biogasanlage. Die überwiegende Anzahl der Funktionen dient dem Betrieb und hat keine sicherheitstechnische Relevanz. Übergeordnet finden sich üblicherweise für diejenigen Situationen, in denen die betrieblichen Funktionen den Gutbereich der Funktion verlassen, zusätzliche PLT-Ein- Technische Sicherheit Bd. 4 (2014) Nr. 11/12 - November/Dezember

5 Biogasanlage Tabelle 2 Beispiele, wie eine Umrüstung das sicherheitstechnische Konzept aushebelt. Typische Beispiele von Funktion Sollfunktion Der Aufstellraum des BHKW soll im Falle eines Gasaustritts spannungslos geschaltet Istzustand: Das BHKW schaltet ab, allerdings bleiben die Gasanalyse und eine Heizungspumpe unter Spannung. Ein außerhalb installierter Not-Halt für zwei BHKW in einem Raum dient zur Abschaltung im Falle einer gefährlichen Situation. Der Not-Halt wirkt nur auf eine der beiden Maschinen. Die Fackel soll überschüssiges Biogas verbrennen bzw. dafür sorgen, dass kein Biogas entweicht. Vor dem Start der Fackel spricht die Überdrucksicherung an, die Fackel startet nicht. Der Unterdruckwächter schaltet die Gasverbrauchseinrichtungen vor dem Ansprechen der mechanischen Unterdrucksicherung ab. Die Einstellung des Unterdruckwächters weist Schaltwerte unterhalb des Ansprechdruckes der Unterdrucksicherung auf. richtungen zur Absicherung der Anlage (z. B. Übervollmelder). Eine systematische Gefahrenanalyse bzw. Risikobeurteilung, die die Konstruktion und das Zusammenwirken der unterschiedlichen Funktionen der Anlage bewertet, liegt üblicherweise nicht vor bzw. wurde im Zuge der Ergänzung um weitere Komponenten (z. B. Fackel) nicht fortgeschrieben. Der Ablauf von kritischen Funktionen, die im betrieblichen Alltag des Betreibers nicht stattfinden, bleibt häufig im Rahmen eines Prüftermins nicht nachvollziehbar. Tabelle 2 zeigt einige Beispiele, die verdeutlichen, dass das Konzept durch geringe Eingriffe in das ganzheitliche Zusammenwirken der Komponenten sinnlos wird. Eine Einstufung in sicherheitsgerichtete Funktionen, sei es nach VDI 2180, DIN EN oder DIN EN ISO 13849, auf der Basis der systematischen Gefahrenanalyse bzw. Risikobeurteilung liegen in der Regel nicht vor. Die Beispiele zeigen, dass es sich hierbei vielfach um Wechselwirkungen der gasführenden Komponenten handelt und somit das Gefahrenpotenzial nicht zu vernachlässigen ist. Die Gefahrenbewertung im Zuge der Planung wurde nicht durchgeführt bzw. nicht nachvollziehbar dokumentiert und entsprechende und qualitativ ausreichende Funktionen wurden nicht implementiert. Fazit Die dargestellten Mängel geben eine ungefähre Vorstellung der Bandbreite hinsichtlich der konkreten technischen und organisatorischen Aspekte. Die Hoffnung innerhalb der Branche auf Vorschriften, die exakte Vorgaben für den Betrieb liefern, wird unerfüllt bleiben. Die Rechtsbereiche Betriebssicherheits- und Gefahrstoffverordnung werden weiterhin über die Festlegung von Schutzzielen die Rahmenbedingungen für den sicheren Betrieb definieren. Dem Betreiber bleibt die Freiheit eigenverantwortlich zu agieren und anlagenspezifisch Festlegungen zu treffen. Hieraus resultiert gleichzeitig die Pflicht, den Nachweis über den Weg zum Erreichen der Schutzziele zu führen (u. a. Gefährdungsbeurteilung und Explosionsschutzdokument). Die frühzeitige Festlegung der konkreten standortspezifischen Umsetzung sowie deren Nachverfolgung muss durch den Betreiber initiiert Im Rahmen der Prüfungen ist immer wieder eine große Unsicherheit bei Betreibern feststellbar, was dazu führt, dass eher wenig konkret festgelegt und dokumentiert wird und somit die Eigenverantwortung nur halbherzig bzw. sogar widersprüchlich genutzt wird. Um hier erfolgreich vorzugehen, kann nur appelliert werden, die Sachverständigen einzubinden und gemeinsam Festlegungen Technische Sicherheit Bd. 4 (2014) Nr. 11/12 - November/Dezember Anmerkung Die Gasanalyse und die Pumpe wurden nachgerüstet und nicht entsprechend der Bestandsinstallation eingebunden. Damit wird das Explosionsschutzkonzept des Maschinenraumes aufgehoben. Von außen kann im Falle einer gefährlichen Situation nicht erkannt werden, welche der beiden Maschinen ursächlich abzuschalten ist, also muss der Not-Halt auf beide wirken. Die Bemessung der Signale Gasdruck und Gasfüllstand korrelieren nicht zwingend miteinander und die Schaltschwellen sind nicht angepasst. Der Unterdruckwächter greift nie ein, da die Unterdrucksicherung den Unterdruck durch den Eintritt von Luft bricht und der Schaltwert nicht erreicht wird. zu treffen, die auch im Betrieb umgesetzt Die Einhaltung von handwerklichen Standards entsprechend der allgemeinen anerkannten Regeln bei der Installation durch Hersteller und Installateure bleibt davon unberührt und sollte frühzeitig überprüft werden, um spätere Nachrüstungen sowie zusätzliche Kosten und Verzögerungen zu vermeiden. Die konsequente Umsetzung dieser Pflichten auf Seiten der Hersteller sowie Betreiber und deren Überwachung bleibt bis auf Weiteres eine umfassende Aufgabe, damit Biogasanlagen nicht im sicherheitstechnisches Niemandsland stehen. TS 411 Autoren Dipl.-Chemieingenieur (FH) Max Westphalen, Dipl.-Ing. (FH) Andreas Eiklenborg, horst weyer und partner gmbh, Büro Nord. 31

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