Sicherheitstechnische Aspekte bei der Baumusterprüfung und bei der Einzelprüfung von Brennern mit elektronischer Brennstoff- Luft-Verbundregelung

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1 Sicherheitstechnische Aspekte bei der Baumusterprüfung und bei der Einzelprüfung von Brennern mit elektronischer Brennstoff- Luft-Verbundregelung Fachveranstaltung Kesselbetriebstechnik München, 26. November 2004 TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Vorstellung Anforderungen der Applikation an elektronische Brennstoff-Luft- Verbundregeleinrichtungen (eblv) Aufbau und Funktion der eblv Integration der eblv Auswirkung TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

2 Prüf-, Inspektions- und Zertifizierstelle für Feuerungs-, Wärme- und Abgastechnik TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe Feuerungs- und Wärmetechnik Dipl.-Ing. Klaus Kurth TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Vorstellung Anforderungen der Applikation an elektronische Brennstoff-Luft Luft- Verbundregeleinrichtungen (eblv) Aufbau und Funktion der eblv Integration der eblv Auswirkung TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

3 Feuerungseinstellung Einstellung der Feuerung: Optimierung hinsichtlich Sicherheit Verfügbarkeit Wirtschaftlichkeit Emissionsverhalten TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Risikobetrachtung Bei Luftmangel oder hohem Luftüberschuß: Instabilität der Verbrennung Unvollständige Verbrennung Unverbranntes im Abgas (Brennstoff, CO, H 2, C X H Y, Ruß...) TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

4 Risikobetrachtung Bei Luftmangel oder hohem Luftüberschuß: Instabilität der Verbrennung Unvollständige Verbrennung Unverbranntes im Abgas (Brennstoff, CO, H 2, C X H Y, Ruß...) Verpuffung / Explosion / Brand TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Risikobetrachtung Bei Luftmangel oder hohem Luftüberschuß: Instabilität der Verbrennung Unvollständige Verbrennung Unverbranntes im Abgas (Brennstoff, CO, H 2, C X H Y, Ruß...) Verpuffung / Explosion / Brand Sachschaden / Produktionsausfall Verletzte / Tote TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

5 Risikobetrachtung Bei Luftmangel oder hohem Luftüberschuß: Instabilität der Verbrennung Unvollständige Verbrennung Unverbranntes im Abgas (Brennstoff, CO, H 2, C X H Y, Ruß...) Verpuffung / Explosion / Brand Sachschaden / Produktionsausfall Verletzte / Tote Gefährliche Verbrennungszustände bei unzureichendem Brennstoff-Luft-Verhältnis sind in den meisten Fällen nicht durch optische Flammenüberwachung beherrschbar!!! TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth TRD TRD 411 / 412 Verhältnisgleiche Steuerung oder Regelung von Brennstoffmenge und Verbrennungsluftstrom in zwangsläufiger, gegenseitiger Abhängigkeit. Für andere als mechanische Systeme: Überwachung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses unabhängig von der Funktion der Regelung. Abschaltung der Brennstoffzufuhr bei unzulässigen Abweichungen. Überwachungskreis und Brennstoff/Luft-Regelkreis müssen zusammen die Zusatzanforderungen für Sicherheitseinrichtungen nach DIN VDE 0116, Abschnitt 8.7, erfüllen. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

6 EN Wasserrohrkessel, EN Verhältnisgleiche Steuerung oder Regelung von Brennstoffmenge und Verbrennungsluftstrom. Für andere als mechanische Systeme: Von der Regelung unabhängige Überwachung des BLV. Abschaltung der Brennstoffzufuhr bei unzulässigen Abweichungen. Keine unmittelbaren Anforderungen an das Sicherheitsniveau von BLV-Regelung und Überwachung. Eignungsnachweise für sicherheitstechnische Steuer- und Überwachungseinrichtungen (z.b. gemäß EN 267, EN 298, IEC ). Bezüglich der elektrischen Ausrüstung: undifferenzierter Verweis auf pren TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth EN Großwasserraumkessel, EN Verweis auf EN 676 für Gasbrenner sowie EN 267 für Ölbrenner mit zusätzlichen funktionalen Anforderungen, z.b. für die Rauchgasrezirkulation. Keine unmittelbaren Anforderungen an das Sicherheitsniveau von BLV-Regelung und Überwachung. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

7 EN 676 Anforderungen an Gasbrenner gem. DIN EN 676 Elektronische Gas-Luft-Verhältnisregler müssen mit pren [nunmehr EN ] übereinstimmen. Beim Ansprechen einer Sicherheitseinrichtung muß unverzögert eine Störabschaltung erfolgen. Anhang I (informativ) mit zusätzlichen Anforderungen an eblv für Brenner in industriellen Anwendungen: Formal und inhaltlich unverbindliche Hinweise ( Der Brenner sollte... ). Keine unmittelbaren Anforderungen an die Integration der eblv. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth EN 267 Anforderungen an Ölbrenner gem. DIN EN 267 (Öldurchsatz >30 kg/h) Bei unzulässiger Unterschreitung der Luftzahl ist die Feuerung abzuschalten und zu verriegeln. Überwachung nicht erforderlich, wenn das Brennstoff- /Luftverhältnis zwangsweise gesteuert wird und dieses Verhältnis durch Stör- und Betriebseinflüsse nicht unzulässig verändert werden kann. Die Brennstoff-/Luft-Verbundregelung muß zusammen mit dem Brenner baumustergeprüft worden sein oder fehlersicher nach EN , H , sein. Keine unmittelbaren Anforderungen an die Integration der eblv. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

8 Vorstellung Anforderungen der Applikation an elektronische Brennstoff-Luft- Verbundregeleinrichtungen (eblv) Aufbau und Funktion der eblv Integration der eblv Auswirkung TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth eblv - Aufbau 1 Regel- und Steuereinheit 7 Sensor für Luft 2 Brennstoff 8 Brennstoff-Luft-Gemischfühler 3 Luft 9 Flammenfühler 4 Stelleinrichtung Brennstoff 10 Abgasfühler 5 Stelleinrichtung Luft 11 Verbrennungsprozeß 6 Sensor für Brennstoff 12 Feuerungsautomat TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

9 eblv - Aufbau closed loop 1 Regel- und Steuereinheit 7 Sensor für Luft 2 Brennstoff 8 Brennstoff-Luft-Gemischfühler 3 Luft 9 Flammenfühler 4 Stelleinrichtung Brennstoff 10 Abgasfühler 5 Stelleinrichtung Luft 11 Verbrennungsprozeß 6 Sensor für Brennstoff 12 Feuerungsautomat TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth eblv - Aufbau 1 Regel- und Steuereinheit 7 Sensor für Luft 2 Brennstoff 8 Brennstoff-Luft-Gemischfühler 3 Luft 9 Flammenfühler 4 Stelleinrichtung Brennstoff 10 Abgasfühler 5 Stelleinrichtung Luft 11 Verbrennungsprozeß 6 Sensor für Brennstoff 12 Feuerungsautomat TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

10 eblv - Aufbau 1 Regel- und Steuereinheit 7 Sensor für Luft 2 Brennstoff 8 Brennstoff-Luft-Gemischfühler 3 Luft 9 Flammenfühler 4 Stelleinrichtung Brennstoff 10 Abgasfühler 5 Stelleinrichtung Luft 11 Verbrennungsprozeß 6 Sensor für Brennstoff 12 Feuerungsautomat TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth eblv - Aufbau 1 Regel- und Steuereinheit 7 Sensor für Luft 2 Brennstoff 8 Brennstoff-Luft-Gemischfühler 3 Luft 9 Flammenfühler 4 Stelleinrichtung Brennstoff 10 Abgasfühler 5 Stelleinrichtung Luft 11 Verbrennungsprozeß 6 Sensor für Brennstoff 12 Feuerungsautomat TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

11 eblv - Aufbau 1 Regel- und Steuereinheit 7 Sensor für Luft 2 Brennstoff 8 Brennstoff-Luft-Gemischfühler 3 Luft 9 Flammenfühler 4 Stelleinrichtung Brennstoff 10 Abgasfühler 5 Stelleinrichtung Luft 11 Verbrennungsprozeß 6 Sensor für Brennstoff 12 Feuerungsautomat TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth eblv - Funktionen Elektronische Brennstoff-Luft-Verbundregeleinrichtung Ersatz mechanischer Abhängigkeiten durch Elektronik. Regelung und ggf. Überwachung des Brennstoff-Luft- Verhältnisses in einer genügend genauen Art und Weise, um gefährliche Zustände (Instabilität der Verbrennung, Ansammlung von Unverbrannten, Verpuffung, Explosion) zu vermeiden. Bei äußeren Einflüssen, internen Fehlern oder unzulässigen Abweichungen von dem voreingestellten Bereich für das Brennstoff-Luft-Verhältnis muß ein definierter sicherer Zustand erreicht oder beibehalten werden. Kommunikation mit der Brennersteuerung / dem Feuerungsautomaten. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

12 eblv - Normen DIN EN :2004 für elektronische Gas-Luft-Verbundregeleinrichtungen. Anforderungen sinngemäß übertragbar auf andere als gasförmige Brennstoffe. ISO für elektronische Verbundregler für gasförmige und flüssige Brennstoffe ist in Vorbereitung. Bisherige Sicherheitsbetrachtung auf der Basis der DIN VDE 0116, Abschnitt 8.7, ENV 1954 (Kategorie C), EN (Kategorie C) oder in Anlehnung an EN 298 (DB). Fehlermodell: - Zwei unabhängige Bauteilfehler, - Toleranzzeit für gefährliche Fehler 3 Sekunden, - Zweitfehlereintrittszeit 24 Stunden. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Vorstellung Anforderungen der Applikation an elektronische Brennstoff-Luft- Verbundregeleinrichtungen (eblv) Aufbau und Funktion der eblv Integration der eblv Auswirkung TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

13 Integration der eblv Mechanische Integration: Einbau der Sensorik und Aktorik der eblv (Betätigungseinrichtungen für Stellglieder, Sensoren zur Rückführung der Stell- oder Prozeßgrößen). Elektrische Integration: Verknüpfung der Komponenten der eblv untereinander; Verknüpfung mit der Brennersteuerung. Funktionale Integration der eblv: Werksseitige Voreinstellung durch d. Hersteller d. eblv; werksseitige Voreinstellung durch d. Hersteller d. Brenners; anwendungsspezifische Einstellung in der Anlage. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Mechanische Integration Sensorik / Aktorik Bei der Prüfung des Brenners sind nachzuweisen: Formschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebsachse der Stellantriebe und den Rückführsensoren. Eignung der Rückführsensoren. Zuverlässige Befestigung der Stellantriebe und ggf. der Rückführsensoren am Brenner. Formschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebsachse der Stellantriebe und der Antriebsachse der Stellglieder (z.b. Gasregelklappe, Luftregelklappe,...). Einhaltung weiterer mechanischer Anforderungen an die Integration der eblv gemäß den Herstellerangaben und den Ergebnissen der Typprüfung der eblv. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

14 Elektrische Integration Verschaltung der Komponenten der eblv untereinander Verschaltung der eblv mit der Brennersteuerung Bei der Prüfung des Brenners sind nachzuweisen: Einhaltung der Anforderungen an die Integration der eblv gemäß den Herstellerangaben und den Ergebnissen der Typprüfung der eblv. Anforderungen an die funktionale Sicherheit. Anforderungen an die elektrische Sicherheit. Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (Störfestigkeit, Störemissionen). TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Funktionale Integration Werksseitige Voreinstellung Anwendungsspezifische Einstellung in der Anlage. Bei der Prüfung des Brenners sind nachzuweisen: Einhaltung der Anforderungen an die Integration der eblv gemäß den Herstellerangaben und den Ergebnissen der Typprüfung der eblv. Werksseitige Voreinstellung der eblv im Hinblick auf die Anforderungen der Prüfgrundlagen für den Brenner; einschließlich Dokumentation der Einstellungen. Prüfung der Funktion und der Verbrennungsqualität. Regeln für die anlagenbezogene Einstellung und Überprüfung des Brenners durch das Inbetriebnahmepersonal. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

15 Systembezogene Integration MECHANISCH ELEKTRISCH FUNKTIONAL Integration der eblv in den Brenner. In der Regel nicht anlagenspezifisch. Ggf. Baumusterprüfung des Brenners. Anlagenbezogene Integration MECHANISCH ELEKTRISCH FUNKTIONAL Integration des Brenners mit eblv in die gesamte Anlage. In der Regel anlagenspezifisch. Ggf. Einzelprüfung der Feuerungsanlage. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Vorstellung Anforderungen der Applikation an elektronische Brennstoff-Luft- Verbundregeleinrichtungen (eblv) Aufbau und Funktion der eblv Integration der eblv Auswirkung TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

16 Systembezogene Integration Regeln für die systembezogene Integration Baumusterprüfung des Brenners: Mechanische und elektrische Integration der eblv; Vollständige Beschreibung der Schnittstellen und Regeln für die anlagenbezogene Integration. Dokumentation der werksseitigen, weder durch das Inbetriebnahmepersonal noch durch den Anwender änderbaren Konfiguration (Parameter) im Prüfbericht für den Brenner; Änderungen der typgeprüften Einrichtung Einzelprüfung. Für alle Parameter, die nicht durch die Baumusterprüfung des Brenners abgedeckt werden: Aufstellung von Regeln für die anlagenbezogene Integration und Bewertung. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Anlagenbezogene Integration Regeln für die anlagenbezogene Integration Umsetzung der Regeln für die anlagenbezogene Integration durch das Inbetriebnahmepersonal. Nachweis der korrekten Einstellung aller nicht bei der Typprüfung des Brenners festgelegten Parameter: Vollständige Funktionsprüfung, verbrennungstechnische Grenzen, etc. Hierzu erforderlich: Anleitung mit allen zur korrekten Montage, Verschaltung, Inbetriebnahme, für den Betrieb und für die Wartung des Brenners erforderlichen Daten unter Berücksichtigung vorhersehbarer Gefahren. Die Betriebsanleitung des Brenners muß alle relevanten Informationen für die eingebauten Komponenten enthalten oder auf diese verweisen Verantwortung des Brennerherstellers! TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

17 Prüfumfang in der Anlage Durch Beschaffenheitsanforderungen an den Brenner nicht abgedeckte Kriterien müssen aus der Montage- und Inbetriebnahmeanleitung des Brenners hervorgehen und in der Anlage entsprechend umgesetzt werden. Nachweis, daß die Anforderungen an die anlagenspezifische, elektrische und mechanische Integration eingehalten werden. Nachweis aller funktionalen Anforderungen für die Anlage (in der Regel abhängig von der Parametrierung vor Ort). Ermittlung der verbrennungstechnischen Eigenschaften (Stabilität, Verbrennungsqualität, Wirtschaftlichkeit) unter regulären Bedingungen sowie unter Grenzbedingungen (in der Regel basierend auf der Einstellung/Parametrierung vor Ort). TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Zusammenfassung Nachweise und Anforderungen aus der Typprüfung der eblv Nachweise und Anforderungen aus der Baumusterprüfung des Brenners Inbetriebnahmedokumentation Prüfung vor Inbetriebnahme (Einzelprüfung) durch Prüfer der ZÜS Sicherer Betrieb des Brenners / der Feuerung Betreiberverantwortung TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

18 Typprüfung der eblv Anforderungen an die Typprüfung der eblv: Entsprechend den Freiheitsgraden der eblv: Aufstellung sinnvoller Regeln für die systembezogene und anlagenbezogene Integration. Erleichterung der Einstellung und ihrer Modifikation durch Benutzerführung (Senkung der Inbetriebnahmekosten, Fehlervermeidung). Erleichterung der internen Dokumentation (QM, Haftung). Erleichterung der Dokumentation gegenüber dem Auftraggeber sowie ggf. der ZÜS bei überwachungsbedürftigen Anlagen (Senkung der Inbetriebnahme- und Prüfkosten). TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Betreiberverantwortung Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV): Die Verantwortlichkeit für die Benutzung (Erprobung, Ingangsetzen, Stillsetzen, Gebrauch, Instandsetzung und Wartung, Prüfung, etc.) liegt beim Betreiber. Bereits in der Planungsphase: Hinzuziehen kompetenter Mitarbeiter der ZÜS. Bei Ausschreibung und Zuschlag: Komplettlösungen bevorzugen (Inbetriebnahme + Prüfung). Vollständige Inbetriebnahmedokumentation (z.b. Prüfprotokolle, Einstellprotokolle, etc.) verlangen oder erstellen. Bei Änderungen: Sorgfältige Analyse und Begründung ob es sich um eine Änderung oder um eine wesentliche Veränderung im Sinne der Betriebssicherheitsverordnung handelt. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

19 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe Feuerungs- und Wärmetechnik Ridlerstraße München Tel. 089/ Fax 089/ TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Feuerungs- und Wärmetechnik Tätigkeitsbereiche Feuerungstechnik Gebläsebrenner Öl, Gas Wärmetechnik Heizkessel, Warmlufterzeuger, Öfen, Kochgeräte Abgas- und Messtechnik Abgasanlagen, Abgasmessgeräte, DKD Kalibrierstelle Sicherheits-,, Kontroll- und Regeleinrichtungen Steuergeräte, Begrenzer, Absperrventile Feuerungsanlagen und Thermoprozesstechnik Brennstoffführung, Feuerungseinrichtung, Steuerung TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth

20 Feuerungs- und Wärmetechnik Labormöglichkeiten Feuerungstechnik Gebläsebrenner für Öl und Gas Wärmetechnik Heizkessel für alle Brennstoffe und andere Wärmeerzeuger Abgastechnik Abgasanlagen für Über- und Unterdruck, nasse und trockene Betriebsweise, LAS, Materialeignung Messtechnik Kalibrierstelle für Druck & Temperatur, Abgasmessgeräte Sicherheits-,, Kontroll- und Regeleinrichtungen Flammenwächter, Steuergeräte, Absperrventile, Regler und Begrenzer für Temperatur, Druck, Wasserstand, etc. TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth Feuerungs- und Wärmetechnik Anerkennungen (Auszug) Europäische Benannte Stelle u.a. nach Druckgeräterichtlinie, Wirkungsgradrichtlinie Akkreditierte Prüfstelle nach DIN EN ISO/IEC für - Gasverbrauchseinrichtungen - Verbrauchseinrichtungen für flüssige und feste Brennstoffe - Sicherheits-, Kontroll- und Regeleinrichtungen Anerkannte Prüfstelle u.a. des - DVGW für Gasverbrauchseinrichtungen und Ausrüstungsteile - DIN für Produkte der Feuerungs-, Wärme- und Abgastechnik - VdTÜV für Sicherheitseinrichtungen an Feuerungsanlagen TÜV Industrie Service GmbH TÜV SÜD Gruppe IS-TAF-MUC / Klaus Kurth