Layers of Protection
Methoden der thermischen Analyse
Dynamische Differenzkalorimetrie
Differenzthemoanalyse
Thermogravimetrie
Chemische Reaktionsgeschwindigkeit
Hauptgefahrenquellen bei Chemieprozessen
Austreten oder Ausbreiten von Gefahrstoffen / brennbaren Dämpfen
Gefährliches Durchgehen (runaway reaction, Wärmeexplosion)
Wärmeproduktion übersteigt Kühlleistung
Gasentwicklung
Druckanstieg
Kesselexplosion
Temperaturebenen einer durchgehenden Reaktion
Vorlauf für Maßnahmen zur Störungsbegrenzung
Temperaturführungen
adiabat
isotherm
isoperibol
teilgeregelt
Adiabat
keine Kühlung
ideal isoliert
ungeregelt
vorgewärmte 2. Komponente zu vorgeheizter Vorlage zugeben
Regelung der Innentemperatur durch Variation der Kühlleistung
Teilgeregelt
Bis zur maximalen Temperatur isoperibol, danach isotherm
Regelung der Manteltemperatur durch Variation der Kühlleistung
Verlauf der Temperaturführungen
Wovon ist die Reaktorauswahl abhäbgig?
Konzentrationsverteilung
- homogen (ortsunabhängig)
- inhomogen (ortsabhängig)
Betriebsweise
- stationär (nicht zeitabhängig)
- instationär (zeitabhängig)
Volumenspezifische Oberfläche
(Verhältnis von Behälteroberfläche zu –volumen —> Wärmeabfuhr !)
- groß (Röhrenform)
- klein (Kesselform)
CSTR
PFTR
BR
Temperaturverlauf exothermer Batch-Prozesse
SBR
Abschätzungen für sicheren Normalbetrieb
Akkumulation
Gliederung der PLT
Wesentliche Funktionen der PLT
Messen und Erfassen
Regeln
Steuern
Melden
Bedienen und Überwachen
Leiten
Protokollieren und Archivieren
bestimmungsgemäßer Betrieb
Betriebszustand, für den die Anlage ausgelegt und technisch geeignet ist (Gutbereich)
Betriebszustand ausgelöst durch Fehlfunktion, wobei aber keine sicherheitstechnischen Grenzwerte überschritten werden (zulässiger Fehlbereich)
Nicht bestimmungsgemäßer Betrieb
• unzulässiger Fehlzustand der Anlage
PLT-Einrichtungen
Betriebseinrichtungen
Überachungseinrichtungen
Schutzeinrichtungen
Einrichtungen zum Messen-Steuern- Regeln (=MSR) zur Gewährleistung des bestimmungsgemäßen Betriebs im Gutbereich
Überwachungseinrichtung
zum Betrieb im Bereich zwischen Gut- und zulässigem Fehlbereich
Schutzeinrichtungen sollen unzulässigen Fehlbereich verhindern
Kriterium: Nichtvorhandensein einer Schutzeinrichtung gefährdet Personen und Sachen
Sekundäre Schutzmaßnahmen
Notstoppersysteme – Druckverlauf im Einsatzfall
Durchgehende Reaktion
Notkühlung
Kühlungsäquivalent
Mischnotkühlung
durch Eindüsen einer leichtflüchtigen oder nichtverdampfenden Flüssigkeit
Druckentlastung
Druckenlastungseinrichtungen
Berstscheibe / Knickstabarmatur
öffnet schnell
öffnet dauerhaft
Massenaustrag maximal
vor Auslösung dicht
Sicherheitsventil
öffnet langsamer
schließt wieder (flattern)
Massenaustrag minimal
nicht leckagefrei
Druckverlauf Sicherheitsventil
Druckverlauf Berstscheibe
Druckstoß
durch plötzliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeitin Rohrleitungssystemen
heftige Druckschwankungen
Ausbreitungsgeschwindigkeiten von 900 bis 1500 m/s
Druckspitzenwerte wesentlich höher als im Förderbetrieb
– Auswirkungen vermeiden / verringern
Öffnungs- / Schließgeschwindigkeit von Armaturen begrenzen (Widerspruch bei Notabschottungen / Druckentlastungen)
Blasenspeicher / Hydrospeicher am Entstehungsort von Druckstößen einsetzen
Belüftung: Einspeisen anderer nicht kondensierbarer Gase in die Rohrleitung hinter die Absperrarmatur (Dämpfung)
Hilfsarmatur mit Bohrungen
Vorteile Notstopperstysteme
einfach aufgebautes System
geringe Kosten
Nachteile Notstopperstysteme
nicht für mittel- und hochviskose Systeme
frühes Erkennen des Reaktionszustandes erforderlich
MSR-Schutzeinrichtung löst aus
keine allg. Mischmodelle —> Modellversuche
Eindüsen vor Erreichen kritischer Viskositätswerte
unbrauchbarer reaktionsansatz
keine Wärmeabfuhr —> T und p steigen
Vorteile Druckfeste Bauweise
kaum Beschränkungen bzgl. des Reaktionssystems
keine Stofffreisetzung
inhährentes System
Nachteile Druckfeste Bauweise
kleineres Reaktorvolumen
hohes Gewicht
bei Versagen erhebliche Folgen
geringer Wärmedurchgang
hohe Kosten
hohes Wärmepeichervermögen
Vorteile Mischnotkühlung
Keine Stoffreisetzung
evt. Weiterverwenden des Reaktionsansatzes
einfache Trennung Kühlmittel und Reaktionsansatz
Nachteile Mischnotkühlung
geringer Befüllungsgrad
hohe Kühlmittelmengen
Vordrucksystem erforderlich
kein Druckabfall
keine Wärmeabfuhr
Aktivierung durch MSR-Schutzsystem
Vorteile Siedenotkühlung
hohe Wärmeabfuhrrateb
Entlastungsöffnung öffnet selbstständig
rascher Druckabfall
Mischeffekt durch Sieden des Kühlmittels
Nachteile Siedenotentlastung
niedriger Füllstand
kein praxisgerechtes Auslegungsmodell
Vorteile MRS-Schutzeinrichtung
frühes Erkennen von Störfällen
Auslegung kann entsprechend des Risikos erfolgen
Direkte Einwirkug auf Prozesssteuerung
geirnge Kosten
geringer Platzbedarf
Nachteile MSR-Schutzeinrichtung
sensibles Ansprechen
umfassende Prozessanalyse erforderlich
Hohe Aufwand für Auslegung und Gerätetechnik
kontrollieren des Prozessablaufs
Totzeit —> verzögerte Schutzfunktion
nur bekannte Störfälle
Hilfsenergie
Notenergieversorgung
Inspektion, Wartung
Vorteile Druckentlastung
größerer Betriebsbereich
schnelle Reaktionen mit hohem Druckanstieg
Schneller Druckabfall
hohe Wärmeabfuhr
selbstauslösend
niedrige Kosten
Nachteile Druckentlastung
geringer Reaktorfüllstand
Zusammenhang zwischen Druck- und Reaktionsgeschwindigkeit nicht immer gegeben
Auslegung schwierig —> fehlende Daten
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