Erfahrungsberichte zur Umsetzung einer Gefahren- und Risikobeurteilung für Kessel, Turbine u. Nebenanlagen

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1 Erfahrungsberichte zur Umsetzung einer Gefahren- und Risikobeurteilung für Kessel, Turbine u. Nebenanlagen Thomas Wollnik 5. Instandhaltungsworkshop Uniper Anlagenservice GmbH Land Gut Höhne, Mettmann/Düsseldorf

2 Inhalt Funktionale Sicherheit EN Definition Gefahren und Risiko Methoden zur Gefahren- und Risikobeurteilung Durchführung einer Gefahren- und Risikobeurteilung Gefahren- u. Risikobeurteilung 2

3 Gefahren und Risiken Die Einsicht und Erkenntnis Gefahren und Risiken zu erkennen und zu bewerten ist historisch gewachsen 3

4 Funktionale Sicherheit nach IEC / EN Von verfahrenstechnischen Anlagen gehen unterschiedliche Gefahrenpotenziale aus, die im Schadensfall schwere Auswirkungen auf Menschen, Umwelt und Sachwerten verursachen können. Damit Menschen, Umwelt und Anlagen vor Schäden geschützt sind, muss der Anlagenbetreiber die Risiken seiner Anlage kennen bzw. ermitteln und mit der Durchführung von geeigneten Schutzmaßnahmen eine Risikoreduzierung auf ein akzeptables Restrisiko erreichen. Die IEC/EN beschreibt die Vorgehensweise zur Risikominderung durch Sicherheitseinrichtungen, die elektrische/elektronische / programmierbare elektronische (E/E/PE-)Bauteile beinhalten. 4

5 Funktionale Sicherheit nach IEC / EN Ein wesentlicher Schwerpunkt der IEC/EN liegt in der Bestimmung der Sicherheitsanforderungsstufe Safety Integrity Level SIL 1 bis SIL 4. Diese ist ein Maß für die notwendige bzw. erreichte risikomindernde Wirksamkeit von Sicherheitsfunktionen im Anforderungsfall. Elektrische, elektronische oder programmierbare elektronische Systeme (Komponenten) die für die Ausführung von sicherheitstechnischen Funktionen eingesetzt werden, müssen erhöhten Anforderungen in Bezug auf ihre Fehlersicherheit entsprechen und werden anhand dieses Sicherheitsintegritätslevels (SIL) 1-4 klassifiziert. 5

6 Funktionale Sicherheit nach IEC / EN Definition Sicherheits-Integritäts-Level / SIL SIL ist ein relatives Maß für die sicherheitsbezogene Leistungsfähigkeit oder Zuverlässigkeit einer elektronischen oder elektrischen Sicherheitseinrichtung. Eine Sicherheitseinrichtung hat das Ziel, das Risiko an einer Maschine oder Anlage zu reduzieren. Je größer der Sicherheits-Integritäts-Level einer Sicherheitseinrichtung, umso größer ist die Risikoreduzierung. Sicherheitseinrichtung Faktor Risikoreduzierung der Anlage SIL 1 10 bis 100 SIL bis 1000 SIL bis SIL bis Jeweilige Risikoreduzierung um den Faktor 10 mit steigender SIL Einstufung 6

7 Funktionale Sicherheit nach IEC / EN Ausfallwahrscheinlichkeit (PFD) Die Grundlage der Funktionalen Sicherheit SIL basiert auf einer Berechnung der Ausfallwahrscheinlichkeit, d.h. die Wahrscheinlichkeit das eine Sicherheitsfunktion genau zum Anforderungszeitpunkt versagt. 1 2 PFD DU T 1001 i 7

8 Funktionale Sicherheit nach IEC / EN Ausfallwahrscheinlichkeit PFDa (low demand mode) Mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit im Anforderungsfall für eine Betriebsart mit niedriger Anforderungsrate (maximal einmal im Jahr) PFH (high demand mode) Mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit im Anforderungsfall pro Stunde für eine Betriebsart mit hoher oder kontinuierlicher Anforderungsrate SIL PFD avg SIL PFH 4 10 bbb < bbb < bbb < bbb < bbb < bbb < bbb < bbb < 10 Auszüge gemäß EN

9 Gefahrenpotentiale müssen erkannt und bewertet werden Von Anlagen oder Anlagenteile gehen unterschiedliche Risiken aus. Die sicherheitstechnischen Anforderungen müssen immer anlagen- bzw. projektspezifisch beurteilt werden. Die Gegebenheiten am Standort, Betriebsweisen und der Umfang der Umbaumaßnahme verlangen nach einer differenzierten Betrachtungsweise der Anlage. 9

10 Gefährdung und Risiko?

11 Risiko = Wahrscheinlichkeit x Schadensausmaß RISIKO = AUSMASS des möglichen Schadens, der durch eine Gefährdung verursacht werden kann X WAHRSCHEINLICHKEIT DES EINTRITTES dieses Schadens Häufigkeit und Dauer der Gefährdungssituation Eintrittswahrscheinlichkeit eines Gefährdungsereignisses Möglichkeit zur Vermeidung oder Begrenzung des Schadens 11

12 verbleibendes Risiko Prozesstechnisches Risiko Grenzrisiko Risikominimierung Risiko Sicherheit Gefahr Notwendige Risikoreduzierung Tatsächliche Risikoreduzierung 12

13 Unterschiedliche Methoden PAAG Ereignisbaumanalyse Fehlerbaumanalyse Sicherheitsbetrachtung FMEA HAZOP FMEDA LOPA Risikograph 13

14 Gefahren- und Risikobeurteilung Realisierung Grundvoraussetzung für die Durchführung einer Gefahren- und Risikobeurteilung ist die Bildung eines Teams aus qualifizierten Fachkräften, Betriebspersonal, Wartungs- und Instandhaltungskräfte und Experten. Dieses Team muss über die entsprechende Befugnisse und Kompetenzen verfügen, d.h. Ausbildung, Fachwissen, Erfahrung und Qualifikationen sollten für die jeweilige Anwendung angemessen sein. Es empfiehlt sich ggf. die zuständige Überwachungs-Stelle frühzeitig in die Sicherheitsbetrachtung mit einzubinden. 14

15 Gefahren- und Risikobeurteilung Technische Unterlagen R&I Funktionspläne Schutzkreise Stromlaufpläne Schutzkreise Messstellenliste, Grenzwertliste Betriebshandbuch, Verfahrenstechnische Beschreibung 15

16 Gefahren- und Risikobeurteilung Technische Unterlagen Ursachen-Wirkungs-Matrix 16

17 Gefahren- und Risikobeurteilung Normative Anforderungen beachten Anforderungen an Rost- und Wirbelschichtfeuerungsanlagen gemäß der DIN EN Rostfeuerungsanlagen sind mit einem Begrenzer für den Feuerraumdruck und mit einer Sauerstoffmesseinrichtung im Rauchgas auszurüsten. Wirbelschichtfeuerungsanlagen sind mit Begrenzern für die Fluidisierung entsprechend 8.1.4, für die minimale Wirbelbettemperatur, für den Feuerraumdruck und mit einer Sauerstoffmesseinrichtung im Rauchgas auszurüsten. Quelle EN

18 Gefahren- und Risikobeurteilung VGB Standard S008 Empfehlungen zur SIL Einstufung von Sicherheitsfunktionen in Dampfkesselanlagen Quelle VGB S008 18

19 Gefahren- und Risikobeurteilung Methode Risikograph 19

20 Gefahren- und Risikobeurteilung Methode Risikograph Der Risikograph beruht auf dem Prinzip, dass das Risiko proportional zu der Auswirkung und der Häufigkeit des gefährlichen Ereignisses ist. Quelle EN

21 Anwendung Risikograph Bei der Abschätzung des von der PLT-Schutzeinrichtung abzudeckenden Risikos ist von dem Risiko auszugehen, das ohne Vorhandensein der zu betrachtenden PLT-Schutzeinrichtung anzunehmen ist. ( Jedoch typische nicht sicherheitstechnische Systeme wie PLT-Betriebs- und PLT-Überwachungseinrichtungen vorhanden sind). Bewertung von vier Risikoparameter 1. Auswirkung des gefährlichen Ereignisses 2. Aufenthaltshäufigkeit und Dauer im gefährlichen Bereich 3. Möglichkeit, der Abwendung des gefährlichen Ereignisses 4. Eintrittswahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses 21

22 Risikograph 1. Auswirkung des gefährlichen Ereignisses C1: Leichte Verletzung einer Person; schädliche Umwelteinflüsse, die z. B. nicht unter die Störfallverordnung fallen. C2: Schwere, irreversible Verletzung von einer oder mehreren Personen oder Tod einer Person; vorübergehende größere schädliche Umwelteinflüsse, z. B. nach Störfall-Verordnung. C3: Tod mehrerer Personen; lang andauernde größere schädliche Umwelteinflüsse, z. B. nach Störfall-Verordnung. C4: Katastrophale Auswirkung, sehr viele Tote. 22

23 Risikograph 2. Aufenthaltshäufigkeit und Dauer im gefährlichen Bereich Unter diesem Parameter wird folgendes Kriterium betrachtet: Aufenthalt im Gefahrenbereich (zeitliche, Dauer, Häufigkeit): selten öfter sehr oft/permanent F1: Seltener bis öfterer Aufenthalt im Gefahrenbereich. F2: Häufiger bis dauernder Aufenthalt im Gefahrenbereich. 23

24 Risikograph 3. Möglichkeit, der Abwendung des gefährlichen Ereignisses P1: Möglich unter bestimmten Bedingungen P2: Kaum möglich 24

25 Risikograph Eintrittswahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses W1: Sehr geringe Wahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses bedeutet, dass bei dem betrachteten Prozess oder gegebenenfalls vergleichbaren Prozessen (ohne Vorhandensein einer PLT Schutzeinrichtung) nur sehr wenige unerwünschte Ereignisse zu erwarten sind. W2: Geringe Wahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses bedeutet, dass bei dem betrachteten Prozess oder gegebenenfalls vergleichbaren Prozessen (ohne Vorhandensein einer PLT Schutzeinrichtung) wenige unerwünschte Ereignisse zu erwarten sind. W3: Relativ hohe Wahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses bedeutet, dass bei dem betrachteten Prozess oder gegebenenfalls vergleichbaren Prozessen (ohne Vorhandensein einer PLT Schutzeinrichtung) häufiger unerwünschte Ereignisse zu erwarten sind. 25

26 Risikograph gemäß der DIN EN Folgen des gefährlichen Ereignisses: o C1: leichte Verletzung o C2: schwere irreversible Verletzung einer oder mehrerer Personen; Tod einer Person o C3: Tod mehrerer Personen o C4: sehr viele Tote o F1: o F2: H ä u f ig k e it u n d D a u e r d e s A u f e n t h a lt s im G e f a h re n b e re ic h selten bis öfter häufig bis dauernd M ö g lic h k e it d e r A b we n d u n g d e s g e f ä h rlic h e n E re ig n is s e s o P1: möglich unter bestimmten Bedingungen o P2: kaum möglich Eintrittswahrscheinlichkeit o W3: relativ hohe Wahrscheinlichkeit o W2: geringe Wahrscheinlichkeit o W1: sehr geringe Wahrscheinlichkeit a keine besonderen Sicherheitsanforderungen 26

27 Gefahren- und Risikobeurteilung SIL Klassifizierung - Beispiel- Ergebnis einer Gefahren und Risikobeurteilung für eine Anlage mit Wirbelschichtfeuerung 27

28 VGB-Standard Gefahren- S-008 und Risikobeurteilung Anwendung einer HAZOP 28

29 HAZOP (Hazard and Operability analysis) Bei der HAZOP werden mögliche Systemabweichungen von der Sollfunktion sowie deren Ursachen und Auswirkungen ermittelt. Systemabweichungen werden mit Hilfe von Schlüsselwörtern (Leitwörtern) und Parameter definiert. Strukturierte und detaillierte Untersuchung eines Prozesses Kann qualitativ sowie quantitativ ausgeführt werden 29

30 HAZOP Leitwort: Wort, welches eine Abweichung von der Sollfunktion definiert. Abweichung: Die Abweichung von der Sollfunktion wird als Kombination eines Leitwortes mit einem Parameter des Systems gebildet. Leitwort Mehr Weniger kein Parameter Druck Füllstand Durchfluss Abweichung Mehr Druck (Druck zu hoch) Weniger Füllstand (Stand min) Kein Durchfluss 30

31 HAZOP Nr. Leitwort Abweichung Ursache Auswirkung Maßnahmen 1. hoch Füllstand hoch fehlerhafte Füllstandsmessung Behälter wird überfüllt 2. hoch Füllstand hoch Einlaufventil defekt Behälter wird überfüllt Überfüllschutzeinrichtung Überfüllschutzeinrichtung 31

32 HAZOP Umsetzung der sicherheitstechnischen Maßnahme Nr. Leitwort Abweichung Ursache Auswirkung Maßnahmen 1. hoch Füllstand hoch fehlerhafte Füllstandsmessung Behälter wird überfüllt 2. hoch Füllstand hoch Einlaufventil defekt Behälter wird überfüllt Überfüllschutzeinrichtung Überfüllschutzeinrichtung 32

33 Gefahren- und Risikobeurteilung HAZOP 33

34 Gefahren- und Risikobeurteilung Beurteilung einer Turbine 34

35 Gefahren- und Risikobeurteilung VDMA Einheitsblatt 35

36 Gefahren- und Risikobeurteilung VDMA Einheitsblatt 36

37 Gefahren- und Risikobeurteilung Turbine 37

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