Die Anlagenverfügbarkeit erhöhen

Betreiber von Anlagen müssen die Funktion ihrer SIL-Schutzeinrichtung- oder WHG-konformen Anlage in regelmäßigen Abständen mit einer Wiederholungsprüfung nachweisen. Diese umfasst die gesamte Sicherheitskette. Üblicherweise werden im Rahmen der Wiederholungsprüfung auch die einzelnen Komponenten wie Durchfluss- oder Füllstandmessgeräte einer Prüfung unterzogen. Bislang ist die Wiederholungsprüfung häufig mit Anlagenstillstand, aufwendiger Re-Kalibrierung oder nassem Anfahren der Auslösepunkte verbunden. Neue Prüfkonzepte ohne Geräteausbau versprechen hier eine deutliche Erleichterung für Betreiber und mehr Effizienz in der Anlage. Endress+Hauser vereint mit einem Zweileiter-Gerätekonzept Sensoren für Durchfluss und Füllstand auf einer Geräteplattform und verspricht so zahlreiche Vorteile auch unter Aspekten der Funktionalen Sicherheit.

Die Vorgaben zu den Wiederholprüfungen von SIL-Schutzeinrichtungen sind in der IEC 61508 bzw. IEC 615011 und in den Regelwerken VDI/VDE2180 sowie der Namur-Empfehlung NE79 verankert. Als Zweck von Wiederholungsprüfungen definieren diese Normen und Regelwerke im Wesentlichen zwei Punkte:

Weiterhin finden sich Angaben zu Prüfintervallen, Prüfmethoden und Dokumentation der Wiederholungsprüfungen. Die Prüfintervalle sind abhängig von SIL-Kennwerten, der Prüftiefe und weiteren sicherheitstechnischen Kenngrößen wie Anforderungsrate, Redundanz und Fehlertoleranz. Als bewährte Praxis für die Prüfintervalle gibt die VDI/VDE2180 beispielsweise ein Jahr an.

Allerdings – und das ist besonders beachtenswert – lassen alle relevanten Normen ausdrücklich eine Flexibilisierung der Prüfintervalle zu. Hierzu schreibt die VDI/VDE2180:

„Eine Flexibilisierung der Intervalle ist u. a. bei vorhandener Diagnoseabdeckung und Betriebserfahrung möglich.“

Auch die Namur NE 79 dokumentiert:

„Es ist anzustreben, dass durch verbesserte automatische Diagnoseverfahren mit einem größeren Abdeckungsgrad eine Verlängerung der Prüfzeiten erreicht wird.“

Nach den heute gültigen Normen zur Funktionalen Sicherheit ist es im Rahmen von Wiederholprüfungen zulässig und sogar wünschenswert, die Prüfintervalle durch geeignete Diagnosefunktionalitäten zu optimieren. Den Normen entsprechend können damit die Prüfintervalle für aufwendige Vollprüfungen (z. B. durch Kalibrierungen, Anfahren des Auslösepunktes oder Eintauchen in Vergleichsflüssigkeiten) verlängert werden.

Für den Umgang mit wassergefährdenden Stoffen gelten in Deutschland besondere gesetzliche Anforderungen. Das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) mit seinen Verordnungen (Verordnung zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen, VUmwS) fordert, solche Behälter mit einer Überfüllsicherung auszurüsten. Nach den Zulassungsgrundsätzen für Überfüllsicherungen (ZG-ÜS) ist die Funktion der Überfüllsicherung nach der Errichtung und während der Betriebszeit in regelmäßigen Abständen, mindestens aber einmal im Jahr, wiederkehrend zu prüfen.

Den Aufwand einer Wiederholprüfung minimieren, die Sicherheit gleichzeitig erhöhen und dabei Gesetze, Normen und Richtlinien einhalten – diesem Anspruch stellen sich die aktuellen Füllstand- und Durchfluss-Sensoren in Zweileiter-Technologie von Endress+Hauser.

Der Grenzschalter für Flüssigkeiten Liquiphant FailSafe FTL80/81/85 ist entwickelt nach IEC 61508 zum Einsatz bis SIL3 (mit nur einem Sensor). Zum Einsatz kommt der auf Anlagensicherheit ausgerichtete Sensor einerseits als MAX-Grenzschalter, also Überfüllsicherung in Behältern. Andererseits eignet er sich auch als MIN-Grenzschalter, zum Beispiel in Pumpen-Zuleitungen als Trockenlaufschutz. Besonderes Merkmal für den Einsatz in sicherheitsrelevanter Umgebung ist die permanente Eigendiagnose des Sensors, die es ermöglicht, den Prüfzyklus auf bis zu 12 Jahre für Sensor und Auswertegerät zu verlängern. Eine zusätzliche Prüfung (inklusive nachgeschalteter Anlagenteile) kann ganz einfach per Knopfdruck am Sensor oder an der Auswertekarte im Schaltschrank durchgeführt werden. Eine Unterbrechung des Betriebs ist selbst beim Einsatz als Pumpenschutz nicht mehr notwendig, da dieser Sensor auch bei bedeckter Gabel geprüft werden kann.

Moderne Füllstandsensoren, wie das freiabstrahlende Radar Micropilot FMR5x oder das geführte Radar Levelflex FMP5x, besitzen ebenfalls die Funktion der kontinuierlichen Selbstüberwachung. Dabei werden im SIL/WHG-Modus mehr als 80 Diagnose-Messungen und -Techniken durchgeführt. So wird neben der Versorgungsspannung beispielsweise auch die Elektroniktemperatur, ein logischer Programmablauf oder auch eine nicht verwechselbare Check-Summe des integrierten Datenspeichers (RAM) überprüft. Durch diese permanente Selbstdiagnose kann der Turnus der Wiederholungsprüfung – gemäß SIL – auf bis zu drei Jahre verlängert werden.

Daneben kann eine manuelle Prüfung der Füllstandsensoren ebenfalls ohne Prozessunterbrechung oder Ausbau der Sensoren erfolgen. Hierfür wird zunächst ein Selbsttest des Sensors manuell angestoßen und absolviert. Anschließend werden zur weiteren Prüfung Werte (MIN/MAX oder Bereich) simuliert und mit einem geeigneten Messgerät, das am Stromausgang des Sensors angeschlossen wird, überprüft. Diese Wiederholungsprüfung kann direkt am Sensor oder auch ganz bequem mittels Laptop und geeigneter Software (Field Care/Device Care) aus der Leitwarte heraus durchgeführt werden. In beiden Fällen ist der Ausbau oder das Nassanfahren der Auslösepunkte überflüssig.

Der Wunsch nach zuverlässiger, schneller und einfacher Überprüfung, idealerweise mit hoher Qualität und Prüftiefe sowie ohne Anlagenstillstand, ist groß. Im Bereich der Durchflussmessung nennt Endress+Hauser die Antwort auf diesen Anspruch Heartbeat Technology. Diese Technologie zur Geräteprüfung im Zweileiter-Gerätekonzept gewährleistet eine vollumfängliche, permanente Geräteüberprüfung direkt in der Rohrleitung, also ohne Ausbau. Dank der hohen Gesamtprüftiefe von 95 % steigt die mittlere Versagenswahrscheinlichkeit (PFDavg) deutlich geringer an. Dadurch verlängert sich die mögliche Betriebsdauer: Betreiber von Schutzeinrichtungen können Art und Umfang der Wiederholungsprüfungen optimieren. Die akzeptierte Prüfmethode mit Heartbeat Technology bietet sich als Alternative zu aufwendigen Re-Kalibrierungen oder Anfahren der Auslösepunkte an.

Das einheitliche Prüfkonzept Heartbeat Technology für die Durchflussmessgeräte im Zweileiter-Gerätekonzept erhöht Anlagenverfügbarkeit und Prozesssicherheit:

Die Heartbeat-Technologie ist in den Geräten der Proline-Durchflussmessgerätelinie implementiert und über alle Bedien- und Systemintegrationsschnittstellen verfügbar. Dazu gehören zum Beispiel Coriolis-Massedurchflussmessgeräte Promass 200 in Zweileitertechnik oder die Vortex-Durchflussmessgeräte Prowirl 200.

Alle Geräteprüfungen mit Heartbeat Technology werden auf einen unveränderlichen Werkszustand zurückgeführt und interne Referenzen während des Fertigungsprozesses rückführbar kalibriert. Diese Referenzen sind redundant in den Geräten ausgeführt; damit ist eine permanent gegenseitige Überwachung durch einen Synchron-Lauftest sichergestellt. So können Drifts und Alterung der Referenzelektronik-Komponenten sicher erkannt werden. Durch die Heartbeat Technology wird die gesamte Signalkette, vom Messaufnehmer über den Messumformer bis zu den Ausgängen, permanent geprüft. Die neue Technologie deckt die Anforderungen an rückführbare Prüfungen gemäß ISO 9001 ab. Bestätigt ist dies in einer Bescheinigung des TÜV-Süd.

Die relevanten Normen und Richtlinien lassen eine Flexibilisierung der Prüffristen zu, wenn durch Diagnosefunktionen der Nachweis für eine korrekte Gerätefunktion sichergestellt ist. Mit Heartbeat Technology im Bereich Durchflussmesstechnik und den intelligenten Prüfmethoden in der Füllstandmesstechnik bietet Endress+Hauser Alternativen zu herkömmlichen, aufwendigen und kostspieligen Prüfmethoden. So können Prüffristen für Vollprüfungen deutlich verlängert werden. Der Anwender profitiert von einer erhöhten Anlagenverfügbarkeit. Im Bereich des WHG und von SIL-Schutzeinrichtungen mit jährlichen Prüfzyklen sind diese Prüfkonzepte innerhalb kürzester Zeit amortisiert und steigern die Sicherheit des Anlagenbetriebs deutlich.

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