Regierungspräsidium Darmstadt

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1 Referent: Dipl.-Ing. (FH) Helmut Wolfanger Regierungspräsidium Darmstadt Kompetenz für den Regierungsbezirk Präsentation anlässlich der Veranstaltung zur Fortbildung von Störfallbeauftragten VCI Hessen am 11. Oktober 2016

2 Behördensicht Gliederung 1. Verbreitete Methoden zur Festlegung des Safety Integrity Level (SIL) im Überblick 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters 2

3 Behördensicht 1. Verbreitete Methoden zur Festlegung des Safety Integrity Level (SIL) im Überblick Grundlagen: DIN EN VDE 0803 Teil 1 7: richtet sich an die Hersteller (11/2002) DIN EN VDE 0810 Teil 1 3 richtet sich an die Anwender in der Prozessindustrie (02/2004) VDI 2180 Blatt 1-6: dito (10/2005) DIN EN (VDE ) Kapitel 10: Anwendung auf Feuerungsanlagen (03/2005) 3

4 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 1. Verbreitete Methoden zur Festlegung des Safety Integrity Level (SIL) im Überblick 1.1 Risikograph nach VDI 2180 Bl. 1 Qualitative Methode In Deutschland lange vor DIN EN im Einsatz Bewährte Methode zur Festlegung eines nicht quantifizierten Risikos 4

5 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 1. Verbreitete Methoden zur Festlegung des Safety Integrity Level (SIL) im Überblick 1.1 Risikograph nach VDI 2180 Bl. 1, Eingangsgrößen Schadensausmaß S1 S4 Aufenthaltsdauer A1 und A2 (Aufenthalt des Schutzguts nicht der Gefahr!) Gefahrenabwendung G1 und G2 Eintrittswahrscheinlichkeit W1 W3 5

6 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 1.1 Risikograph nach VDI 2180 Bl. 1 S1 S2 S3 A1 A2 A1 G1 G2 G1 G2 W3 W2 W AK 2 1 AK 1-2 AK 3 1AK 2 1 AK 1 2 AK 4 2 AK 3 1 AK 2 3 AK 5 2 AK 4 2 AK 3 3 AK 6 3 AK 5 2 AK 4 A2 4 AK 7 3 AK 6 3 AK 5 S4 AK 8 4 AK 7 3 AK 6 6

7 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 1. Verbreitete Methoden zur Festlegung des Safety Integrity Level (SIL) im Überblick 1.2 Matrixmethode nach DIN EN Basierend auf Schutzebenenkonzept Qualitativer oder quantitativer Ansatz möglich 7

8 Behördensicht Matrixmethode nach DIN EN Schutzebenen Öffentliche Maßnahmen in Notfällen Anlagenbezogene Maßnahmen in Notfällen Schadensbegrenzung Schutz Regelung und Überwachung Prozess 8

9 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 1.2 Matrixmethode nach DIN EN Vorgehen: Grenzwert für Prozesssicherheit festlegen (tolerierbares Risiko) Gefährdungsanalyse Risikoanalyse Risikoanalyse - quantitativer Ansatz, - Verwendung unternehmensspezifischer Daten ist anzustreben, - falls nicht möglich, Angaben aus folgender Tabelle zugrunde legen 9

10 Behördensicht Häufigkeit für gefährliche Ereignisse nach DIN EN 61511, Bl. 3 Art des Ereignisses Wahrscheinlichkeit Mehrfacher Ausfall unterschiedlicher Mess- oder Stellventile, mehrfache menschliche Fehler in stressfreier Umgebung oder spontanes Versagen von Reaktionsbehältern Doppelter Ausfall von Mess- bzw. Stellventile, oder größere Freisetzung von Stoffen in Be- und Entladezonen Qualitative Einstufung Niedrig Mittel 10

11 Behördensicht Häufigkeit für gefährliche Ereignisse nach DIN EN 61511, Bl. 3 Art des Ereignisses Wahrscheinlichkeit Qualititative Einstufung Prozessleckage einfaches Versagen von Mess- oder Stellventilen, bzw. menschliche Fehler, als deren Folge geringe Mengen gefährlicher Stoffe freigesetzt werden Hoch 11

12 Behördensicht Kriterien für die Bewertung der Schwere gefährlicher Ereignisse nach DIN EN 61511, Bl. 3 Schwere- Bewertung Schwerwiegend Ernst Folgewirkung Großer Sachschaden, Stillstand der Anlage über einen längeren Zeitraum, katastrophale Folgen für Bedienpersonal und Umwelt Sachschaden, kurzer Stillstand der Anlage, schwere Personen und Umweltschäden Gering Geringer Sachschaden, kein Stillstand der Anlage, vorübergehende Personen- und Umweltschäden 12

13 niedrig mittel hoch niedrig mittel hoch niedrig mittel hoch Regierungspräsidium Darmstadt Behördensicht Matrix nach DIN EN 61511, Bl. 3 Anzahl der Schutzebenen 3 Erforderlicher SIL c c c 1 c b 1 Wahrscheinlichkeit schwerer Ereignisse c b 3 b 3 b 3 a gering ernst schwerwiegend Einstufung der schwere des gefährlichen Ereignisses 13

14 Behördensicht 1. Verbreitete Methoden zur Festlegung des Safety Integrity Level (SIL) im Überblick 1.3 Matrixmethode der BASF Ludwigshafen Insgesamt benutzt die BASF eine qualitative Risikobetrachtung Matrix ist dabei ein Hilfsmittel für eine halbquantitative Risikobetrachtung 14

15 Behördensicht 1.3 Matrixmethode der BASF Ludwigshafen Parameter der Matrix: Wahrscheinlichkeit (Probability) P P0: ist schon mehrmals geschehen (einmal pro Jahr o. öfter) P1: ist schon einmal geschehen (etwa einmal in 10 Jahren) P2: fast geschehen, Beinaheunfall (etwa einmal in 100 Jahren) P3: noch nie geschehen, aber denkbar (etwa einmal in Jahren) P4: vernünftigerweise auszuschließen (seltener als einmal in Jahren) 15

16 Behördensicht 1.3 Matrixmethode der BASF Ludwigshafen Parameter der Matrix: Ausmaß (Severity, Auswirkung auf Gesundheit) S: S1: Werksintern: potential für mehrere Todesfälle S2: Werksintern: potential für einen o. mehrere Schwerverletzte (irreversibel) S3: Werksintern: potential für einen o. mehrere Verletzte mit Ausfalltagen S4: Werksintern: potential für leichte Verletzungen o. Belästigungen 16

17 Behördensicht 1.3 Matrixmethode der BASF Ludwigshafen BASF Risiko-Matrix Risk Matrix Severity Probability S 1 S 2 S 3 S 4 P 0 A B D E P 1 A/B* B E E P 2 B C E F P 3 C D F F P 4 E F F F 17

18 BASF-Risikoklassen und risikovermindernde Maßnahmen Risiko Risikoniveau Risikovermindernde Maßnahmen A Extremes, völlig unakzeptables Risiko Verfahrens- oder Designänderung bevorzugt B Sehr großes, unakzeptables Risiko Verfahrens- oder Designänderung oder eine Schutzeinrichtung mit SIL 3 (z.b. Sicherheitsventil, Z- Schaltung) C Großes, unakzeptables Risiko Verfahrens- oder Designänderung oder eine Schutzeinrichtung mit SIL 2 (z.b. Sicherheitsventil, Z- Schaltung) D Mittleres, akzeptables Risiko das weiter reduziert werden sollte Eine Überwachungseinrichtung guter Qualität mit dokumentierter Prüfung o. organisatorische Maßnahme von guter Qualität E Kleines, akzeptables Risiko, dass weiter reduziert werden sollte Eine Überwachungseinrichtung o. organisatorische Maßnahme F Sehr kleines, akzeptables Risiko Keine 18

19 Behördensicht 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 2.1 Verwendung veralteter Normen Unkenntnis über die aktuellen Normen weit verbreitet, insbesondere bei genehmigungsbedürftigen Anlagen die nicht der StörfallV unterliegen Verwendung nach alter Normierung klassifizierter PLT- Schutzeinrichtungen trotz Änderungen Fehlerhafte Festlegung der zu bewertenden Gefahr Fehlerhafte Anwendung der Schadensparameter 19

20 Behördensicht 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 2.1 Verwendung veralteter Normen Beispiel 1: Rührkessel mit Lösemittel Gefahr: Bildung explosionsfähiger Atmosphäre und deren Zündung Explosionsgefahr Gewählte Schutzmaßnahme: Inertisierung Überwachung der Inertisierung: Durchflussmessung Ermittlung des SIL mit dem Risikograph 20

21 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 2.1 Verwendung veralteter Normen, Beispiel: Folgende Klassifizierung wurde bis 2015 verwendet! 21

22 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 2.1 Verwendung veralteter Normen, Beispiel: 22

23 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 2.1 Verwendung veralteter Normen, Beispiel: 23

24 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis Fehler im Beispiel: veraltete Norm (DIN V und SR4) Prozessrisiko nicht richtig erkannt, abgestellt wird auf mangelhafte Inertisierung und Bildung ex-fähiger Atmosphäre Prozessrisiko ist jedoch die Bildung und Zündung der exfähigen Atmosphäre Gefahrenabwendung als Folge des falschen Prozessrisikos G1 richtig jedoch G2 (bei Explosion G1 ausgeschlossen!) Zirkelschluss unter Gefahrenabwendung: Inertisierung schließt fehlende bzw. fehlerhafte Inertisierung aus! Ausführung nach Ex-Zone, bewährte Praxis u. organisatorische Maßnahmen vermindern die Eintrittswahrscheinlichkeit haben aber keinen Einfluss auf 24

25 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 2.1 Verwendung veralteter Normen, Beispiel: Klassifizierung wurde ab verwendet! X 25

26 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 2.1 Verwendung veralteter Normen, Beispiel: 26

27 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis Richtige Beispiellösung: S2, A1, G2, W1 SIL 1 S1 S2 S3 A1 A2 A1 G1 G2 G1 G2 W3 W2 W AK 2 1 AK 1-2 AK 3 1AK 2 1 AK 1 2 AK 4 2 AK 3 1 AK 2 3 AK 5 2 AK 4 2 AK 3 3 AK 6 3 AK 5 2 AK 4 A2 4 AK 7 3 AK 6 3 AK 5 S4 AK 8 4 AK 7 3 AK 6 27

28 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis Richtige Beispiellösung mit BASF-Matrix: Severity S1 und Probability P2 SIL 3! Severity S1 und Probability P3 SIL 2 SIL 3 redundante Ausführung SIL 2 einfache Ausführung Risikograph: SIL 1 einfache Ausführung Merke: eine sehr genaue Einschätzung der Wahrscheinlich-keit ist zwingend notwendig denn 28

29 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis SIL 1: Verfügbarkeit 0,9 0,99 Ausfallwahrscheinlichkeit 10-2 bis < 10-1 SIL 2: Verfügbarkeit 0,99 0,999 Ausfallwahrscheinlichkeit 10-3 bis < 10-2 SIL 3: Verfügbarkeit 0,999 0,9999 Ausfallwahrscheinlichkeit 10-4 bis <

30 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis 30

31 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis Schadensmaß X abwendung 31

32 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis x 32

33 2. Typische Probleme der SIL-Festlegung in der Praxis x x x x 1 33

34 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Frage: 1. Welche Ex-Schutzmaßnahmen sind nötig und sinnvoll? 2. Wie kann ihre Wirksamkeit mittels PLT-Einrichtungen sichergestellt werden? 3. Erforderliches SIL bestimmen! 34

35 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Gefahr: Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre im Behälterinnern mit nachfolgender Zündung z.b. durch elektrostatische Entladung Ursache: Energieeintrag (=Wärme) durch den Rührer in die Lösung T > 42 C erreichbar 35

36 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Maßnahmen: 1. Erdung 2. Inertisierung mittels Stickstoffspülung 3. Ausweisung Ex-Zone 0 im Behälterinnern und Verwendung Zone 0 konformer Geräte 4. Absenkung der Behälterinnentemperatur auf mindestens 32 C 36

37 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Maßnahmen: 1. Erdung - Ist unabhängig von anderen Schutzmaßnahmen immer durchzuführen - als alleinige Maßnahme nicht ausreichend 37

38 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Maßnahmen: 2. Inertisierung - Wirksame Ex-Schutzmaßnahme, deren Wirksamkeit überwacht werden muss - bei Inertisierung Behälterinneres maximal Zone 1 38

39 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Maßnahmen: 3. Ausweisung Ex-Zone 0 u. konforme Geräte - Wirksame Ex-Schutzmaßnahme, deren Wirksamkeit nicht überwacht werden muss - Zündquellenvermeidung durch Geräte sichergestellt aber Gefahr elektrostatischer Zündquellen nicht ausgeschlossen 39

40 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Maßnahmen: 4. Absenkung der Behälterinnentemperatur auf mindestens 32 C - Wirksame Ex-Schutzmaßnahme, deren Wirksamkeit überwacht werden muss - keine Zündgefahr auch nicht durch elektrostatische Zündquellen da keine ex-fähige Atmosphäre vorliegt 40

41 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Festlegung des SIL mit Risikograph - Festlegung erfolgt unabhängig von der zu überwachenden Schutzmaßnahme Randbedingungen: - ca. 8 Dauerarbeitsplätze im Einwirkungsbereich einer Explosion 41

42 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Festlegung der Parameter: S3: bis zu 8 Personen im Einwirkungsbereich einer Explosion mehrere Tote möglich A2: Dauerarbeitsplätze daher häufiger Aufenthalt Parameter Gefahrenabwendung nicht relevant bei S3 W1: sehr geringe Eintrittswahrscheinlichkeit, Ereignis so noch nie vorgekommen (Recherche!) 42

43 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters S1 S2 S3 A1 A2 A1 A2 G1 G2 G1 G2 W3 W2 W AK 2 1 AK 1-2 AK 3 1AK 2 1 AK 1 2 AK 4 2 AK 3 1 AK 2 3 AK 5 2 AK 4 2 AK 3 3 AK 6 3 AK 5 2 AK 4 4 AK 7 3 AK 6 3 AK 5 S4 AK 8 4 AK 7 3 AK 6 43

44 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Ergebnis SIL 3 Bedeutet redundante Überwachung der Ex- Schutzmaßnahme oder Einsatz SIL 3 zertifizierter Geräte 44

45 Be-hördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Maßnahmen: 1. Inertisierung mittels Stickstoffspülung Überwachung mittels redundanter Sauerstoffüberwachung im Abgasstrom (QZA+) oder Durchflussmessung (FZA-) mit Abschalten des Rührwerks 45

46 Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Maßnahmen: 1. Absenkung der Behälterinnentemperatur auf mindestens 32 C Überwachung mittels redundanter Temperaturüberwachung (TZA+) Abschaltung Rührer und Erhöhung der Kühlleistung d.h. die Kühlung für diesen Fall dimensionieren 46

47 Anwendung von PLT-Schutzeinrichtungen aus Behördensicht 3. Praxisbeispiel Absicherung eines Rührbehälters Rührapparat mit Supension Feststoff-Siedegrenzbenzin (SGB): Flammpunkt SGB = 42 C Reaktor wurde real mit T-Absenkung betrieben (T Apparat = 15 C) Nach Explosion wurde Elektrostatik als Ursache festgestellt. Innentemperatur des Behälters zum Zeitpunkt der Explosion > 42 C durch Energieeintrag des Rührers in die Suspension verursacht Keine Überwachung der Innentemperatur vorhanden gewesen 47

48 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Dipl.-Ing. (FH) Helmut Wolfanger, Regierungspräsidium Darmstadt, Dez. IV / DA 43.1, Tel , [email protected] 48