Zuverlässige Sicherheitsarmaturen

Reijo Karjalainen und Karl-Kristian Högström

Die absolute Zuverlässigkeit eines Sicherheitstechnik-Systems hängt ganz entscheidend von der Verfügbarkeit der Endelemente und damit der Armaturen ab. Zu den Armaturen, die am wenigsten in Gebrauch und dennoch für den sicheren Anlagenbetrieb unerlässlich sind, zählen die Notabschaltungs- oder Notentlüftungsarmaturen. Sie schalten wichtige Systeme ab oder entlüften sie und minimieren damit im Gefahrfall das Risiko eines Brandes oder einer Explosion. Da diese Armaturen selten betätigt werden, besteht immer eine gewisse Sorge im Hinblick auf ihre Funktionsfähigkeit. Durch eine Erhöhung der Prüfungshäufigkeit und die Analyse der Prüfergebnisse kann ein größerer Diagnosebereich erreicht werden. Die Prüfungsintervalle und der Diagnosebereich haben wiederum einen Einfluss darauf, wie der verfahrenstechnische Sicherheitsingenieur den Wert der Ausfallwahrscheinlichkeit im Bedarfsfall berechnet. Das Prinzip dabei ist: wenn die Armatur partiell betätigt werden kann, ist es sehr viel wahrscheinlicher, dass sie sich auch im Notfall bewegt, ohne beschädigt zu werden.

Für solche Funktionsprüfungen gibt es eine Reihe von konventionellen Methoden. Unter Betriebsbedingungen prüft man jedoch am besten mit Hilfe einer mechanischen Sperre. Techniker bringen die Sperre, die der Armatur nur einen minimalen Bewegungsraum gestattet, an jeder Sicherheitsarmatur an. Danach wird vom Kontrollraum ein Signal gesendet, um festzustellen, ob die Armatur funktioniert. Leider hat dieser partielle Hubprüfungsansatz einige Schwächen (siehe unten). Eine intelligente Armaturtechnologie und die dazugehörige Management-Software kann die Lücken bis zu dem Punkt reduzieren, an dem die automatische elektronische Prüfung von Notabschaltungs- und Notentlüftungsarmaturen den jüngsten und strengsten Sicherheitsnormen für alle Arten von Verarbeitungsanlagen entspricht.

Die Schwächen von Prüfmethoden, die auf der manuellen Sperre von Sicherheitsarmaturen basieren, lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Die Prüfhäufigkeit ist gering.

• Manuelle Prüfungen liefern keine Echtzeit-Daten über die Betriebsfähigkeit der Armatur, außer zum Zeitpunkt der Betriebsprüfung.

• Eine mechanische Sperre setzt die Armatur außer Betrieb; währenddessen ist sie für einen Noteinsatz jedoch nicht verfügbar.

• Eine manuelle Überprüfung bestätigt, ob eine Armatur zu einem gegebenen Zeitpunkt funktioniert, aber sie verifiziert nicht, wie gut sie funktioniert oder ob ihre Funktion nachzulassen beginnt. Sie liefert wenige oder gar keine Informationen darüber, ob die Armatur gewartet werden muss oder nicht.

• Die konventionelle Überprüfung von Sicherheitsarmaturen ist bei unbemannten Betrieben wie etwa Ölförderanlagen im Meer problematisch.

Die Kosten für die manuelle Überprüfung von Sicherheitsarmaturen sind darüber hinaus relativ hoch, daher ist es nicht praktikabel, die Häufigkeit manueller Prüfungen zu erhöhen.

Ein intelligentes, automatisiertes, eigenständiges Prüf- und Überwachungssystem für Sicherheitsarmaturen behebt die Schwächen, die mit einer manuell durchgeführten, partiellen Hubprüfung verbunden sind, weitgehend und reduziert die damit verbundenen Arbeitskosten beträchtlich. Das ValvGuard-System berücksichtigt zwei Typen der ferngesteuerten, automatisierten Systemüberprüfung von Notabschaltungs-/Notentlüftungsarmaturen. Die automatische Armaturenprüfung bewegt die Armatur teilweise, so weit es der Vorgang zulässt (z. B. 20%), um sicherzustellen, dass sie funktioniert. Die pneumatische Prüfung bewertet die Betriebsfähigkeit des Sicherheitssystems (einschließlich der Pneumatik des ValvGuard-Feldgeräts, der Rohre sowie der Stromkreise und elektrischen Verbindungen), ohne die Armatur tatsächlich zu bewegen.

Die Prüfverfahren sind eingebaute Funktionen des eigenständigen ValvGuard-Geräts und werden unabhängig durchgeführt. Sie können mit der Valve Manager-Software fernüberwacht und die Ergebnisse in der Datenbank der Kontrollstation gespeichert werden.

Die intelligente, vollautomatische Überprüfung mit dem Smart-Valve-Technologiesystem hat eine ganze Reihe von Vorteilen. Die Sicherheitsarmaturen werden automatisch geprüft und die Ergebnisse in der entfernten Kontrollstation in benutzerdefinierten Intervallen (z. B. täglich, wöchentlich, monatlich usw.) gespeichert. Demzufolge liegen immer aktuelle Informationen über die Einsatzbereitschaft der Armatur vor.

Die Überprüfung findet in Echtzeit statt. Während die Armaturen getestet werden, liefert das System ständig Informationen über den Zustand der Notabschaltungs-/Notentlüftungsarmaturen und bietet somit eine zusätzliche Gewährleistung, dass die Endelemente in der Sicherheitsschleife funktionsfähig sind. Eine Armaturenabschaltung ist nicht erforderlich. Im Gegensatz zu konventionellen Sicherheitsarmaturen mit mechanischen Sperren ist das intelligente Armaturensystem immer einsatzbereit. Dieser Umstand bietet zusätzliche Sicherheit, womit sich der Einsatz von zusätzlichen Armaturen zur Sicherheitsüberprüfung eventuell sogar erübrigt.

Tendenzdiagnosen helfen bei der vorbeugenden Wartung. Leistungsfähige Armatur-Management-Software analysiert aktuelle Sicherheitsarmatur-Prüfdaten und Trends online (z.B. den Stellantriebslastfaktor). Die Wartung wird bereits geplant, bevor ein nicht akzeptables Armaturenausfallrisiko eintritt. Damit werden auch Kosten reduziert, indem unnötige Wartungsmaßnahmen vermieden werden.

Die Prüfungen laufen vollautomatisch ab, und die Statuskontrolle wird von einem entfernten Ort aus mittels Hart-Protokoll durchgeführt. Während des Prüfvorgangs wird kein Techniker am Ventil selbst benötigt, daher ist das System ideal für entfernte Anlagen wie Ölförderstationen im Meer. Außerdem können von einem Schaltraum aus auch neue Konfigurationen oder zusätzliche Prüfungen problemlos vorgenommen werden.

Durch ferngesteuerte, automatische online-Überprüfung werden die Personalkosten reduziert, die bisher zur manuellen Prüfung von Sicherheitsarmaturen anfielen. Das System ermöglicht den Produktionsanlagen, die Überprüfung von Notabschaltungs- und Notentlüftungsarmaturen zu straffen und die Armaturleistung im Hinblick auf vorbeugende, vorausschauende Wartung zu analysieren. Zusätzlich zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit dieser wichtigen Armaturen senkt das System auch den mit der Überprüfung und Wartung von Armaturen verbundenen Arbeitsaufwand. Die Arbeitskosten werden sich nur dann erhöhen, wenn neue und weit strengere Sicherheitsnormen in Kraft treten.

Betriebsprüfungen von einjähriger Dauer unter extrem anspruchsvollen Bedingungen bestätigen, dass das ValvGuard-Notabschaltungssystem eine äußerst zuverlässige, intelligente Sicherheitstechnologie darstellt. Mehrere ValvGuard-Einheiten wurden in vier Industrieanlagen in Finnland eingesetzt – in zwei Raffinerien, einem Stahlwerk und einer Chemieanlage. Nach mehr als 200 000 h kontinuierlicher Überprüfung wurde kein einziger Ausfall des Systems oder einer der Systemkomponenten festgestellt. Zu den wichtigsten Prüfkriterien gehören:

• die kontinuierliche Überwachung der Sicherheitsschleife

• partielle Online-Hubprüfungen von Sicherheitsarmaturen in kürzeren Intervallen von stündlich bis einmal täglich – weitaus häufigere Prüfungen als in den meisten Anlagen erforderlich

• Trend-Überwachungen der Armaturleistung, um schwächer werdende Armaturen lange vor einem endgültigen Ausfall zu identifizieren; die Trends werden nach jeder partiellen Hubprüfung automatisch analysiert.

In einer Anlage bemerkten die Anwender beispielsweise, dass das System 100%ig funktionierte, indem es schnell Armaturen identifizierte, die unter den Wetterbedingungen des harten nordischen Winters einfroren. Nach erfolgreichem Abschluss der Prüfungen und dem Erhalt wichtiger Zertifizierungen ist das intelligente Notabschaltungs-/Notentlüftungs-Prüfsystem nun marktfähig.

Der Abschluss der Betriebsprüfungen und die Marktfähigkeit des intelligenten Notabschaltungs-/Notentlüftungs-Prüfsystems wurden zu einem Zeitpunkt erreicht, zu dem in vielen Produktionsanlagen erwogen wird, die jüngsten IEC 61508-Sicherheitsnormen zu übernehmen. Intelligente Notabschaltungs- und Notentlüftungsarmatursysteme können den Anlagen helfen, bei gleichen Kosten die Normen zu erfüllen oder die Kosten sogar zu senken. Die IEC 61508 (Funktionelle Sicherheit von elektrischen, elektronischen und programmierbaren elektronischen Systemen) ist eine allgemeine Norm, die die funktionelle Sicherheit aller Arten von Verarbeitungs- und Produktionsanlagen abdeckt. IEC 61511 ist ein Teilabschnitt der allgemeinen Norm, der für die verarbeitende Industrie spezifisch ist. Diese Normen definieren präzise einzuhaltende Sicherheitsniveaus und fordern, dass die Anlagenbetreiber messbare Beweise ihrer Erfüllung vorlegen.

Ohne elektronische Mittel zur Überwachung und Überprüfung der Betriebsfähigkeit von Notabschaltungs- und Notentlüftungsarmaturen würden viele Anlagen vor enormen wiederkehrenden Betriebskosten für die Prüfung wichtiger Sicherheitskomponenten stehen. Intelligente Sicherheitsarmatursysteme können Daten sammeln und zusammenstellen, die die Einhaltung von Sicherheitsnormen untermauern, ohne die Arbeitskräfte in den Anlagen zu belasten.

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