Designcodes

Dieses Dokument über technische Maßnahmen deckt die Konstruktionsvorschriften für Anlagen ab. Auf einschlägige Regelwerke und Normen wird verwiesen.

Die relevanten Level-2-Kriterien sind:

Dieses Dokument über technische Maßnahmen umfasst die folgenden Abschnitte:

Gegebenenfalls wird auf relevante Verhaltensregeln und Standards verwiesen.

Zugehörige Dokumente zu technischen Maßnahmen sind Korrosion/Materialauswahl, Konstruktionsvorschriften – Rohrleitungen, Explosionsentlastung, Entlastungssysteme/Entlüftungssysteme, Schulung, Anlagenmodifikation/Änderungsverfahren, Reaktion/Produktprüfung.

Der Entwurf einer Prozessanlage ist eine komplexe Tätigkeit, an der in der Regel viele verschiedene Disziplinen über einen längeren Zeitraum beteiligt sind. Der Entwurf kann auch viele Phasen durchlaufen, von den ursprünglichen Forschungs- und Entwicklungsphasen über den Konzeptentwurf, den detaillierten Prozessentwurf bis hin zum detaillierten technischen Entwurf und der Auswahl der Ausrüstung. Viele unterschiedliche und komplexe Faktoren, darunter Sicherheit, Gesundheit, Umwelt, wirtschaftliche und technische Aspekte, müssen möglicherweise berücksichtigt werden, bevor der Entwurf fertiggestellt wird – siehe Dokument zu technischen Maßnahmen – Schulung.

In jeder Phase ist es wichtig, dass das beteiligte Personal über die richtige Kombination aus technischen Kompetenzen und Erfahrung verfügt, um sicherzustellen, dass alle Aspekte des Designprozesses angemessen berücksichtigt werden. Im Sicherheitsbericht sollten Nachweise über die Qualifikationen, Erfahrungen und Ausbildung der an Konstruktionsaktivitäten beteiligten Personen vorgelegt werden, um zu zeigen, dass die komplexen Probleme im Zusammenhang mit der Konstruktion berücksichtigt und ein strenger Ansatz gewählt wurde.

Bei der Prozessgestaltung handelt es sich häufig um einen iterativen Prozess, bei dem viele verschiedene Optionen untersucht und getestet werden, bevor ein Prozess ausgewählt wird. In vielen Fällen stehen verschiedene Optionen zur Verfügung und die endgültige Auswahl kann von einer Reihe von Faktoren abhängen.

Bei der Prozessgestaltung sollten die unterschiedlichen Betriebsabweichungen, die auftreten können, sowie eventuell vorhandene Verunreinigungen ermittelt werden. Bei der mechanischen Konstruktion müssen die gewählten Konstruktionsmaterialien mit den Prozessmaterialien unter Standardbetriebsbedingungen und unter Exkursionsbedingungen kompatibel sein. Auch hinsichtlich der Korrosionseigenschaften müssen die Werkstoffe miteinander kompatibel sein. Verunreinigungen, die Korrosion verursachen können, und die Möglichkeit der Erosion müssen ebenfalls berücksichtigt werden, damit die detaillierte mechanische Konstruktion sicherstellen kann, dass eine ausreichende Festigkeit verfügbar ist und geeignete Konstruktionsmaterialien für die Herstellung ausgewählt werden – siehe Dokument zu technischen Maßnahmen – Korrosion/Materialauswahl.

Der detaillierte mechanische, strukturelle, zivile und elektrische Entwurf der Ausrüstung erfolgt nach dem anfänglichen Prozessentwurf, der die Schritte von der anfänglichen Auswahl des zu verwendenden Prozesses bis zur Erstellung von Prozessablaufplänen umfasst. Solche Flussdiagramme umfassen die Auswahl, Spezifikation und den chemietechnischen Entwurf der Ausrüstung. Diese dienen dann als Grundlage für die weitere Detailplanung.

Dieses Dokument über technische Maßnahmen berücksichtigt in erster Linie die letzten Phasen des detaillierten Designprozesses und identifiziert die detaillierten Designprobleme, Codes und anwendbaren Standards für das mechanische Design von Geräten.

Designfaktoren sind eine wesentliche Komponente, um einen Sicherheitsspielraum bei der Konstruktion zu gewährleisten. Konstruktionsfaktoren können sowohl bei der Maschinenbaukonstruktion als auch bei der Prozesskonstruktion angebracht sein, wo häufig Faktoren hinzugefügt werden, um eine gewisse Flexibilität im Prozessbetrieb zu ermöglichen. Beim mechanischen und strukturellen Design sollte die Größe der Designfaktoren Unsicherheiten in Bezug auf Materialeigenschaften, Designmethoden, Herstellung und Betriebslasten berücksichtigen.

Bei der Anlagenplanung sollten die relevanten Vorschriften und Normen berücksichtigt werden. Konformität zwischen Projekten kann erreicht werden, wenn, wann immer möglich, Standardentwürfe verwendet werden.

Moderne technische Vorschriften und Standards decken ein breites Spektrum an Bereichen ab, darunter:

Viele Unternehmen verfügen über eigene interne Standards, die in erster Linie auf den veröffentlichten Codes basieren, wie z. B. BS5500, mit zusätzlichen Extras, die entweder technische oder vertragliche Fragen abdecken. Im Sicherheitsbericht sollte das Basisdokument für die internen Vorschriften klar dargelegt und die wichtigsten sicherheitsrelevanten Abweichungen oder Verbesserungen aufgezeigt werden, damit der Gutachter deren Angemessenheit feststellen kann.

Ein Sicherheitsbericht sollte zeigen, dass die entsprechenden Standards und Verhaltenskodizes berücksichtigt wurden, die von Gesetzgebern, Regulierungsbehörden, Berufsinstitutionen und Handelsverbänden entwickelt wurden. Es sollte auch nachgewiesen werden, dass für alle installierten Geräte die Betriebsverfahren, Prüfverfahren und Wartungsstrategien diese Anforderungen in Bezug auf die Sicherheitsleistung erfüllen oder übertreffen.

Die Grundsätze einer inhärent sichereren Konstruktion sind besonders wichtig für Hochrisikoanlagen und sollten in der Entwurfsphase berücksichtigt werden. Der Sicherheitsbericht sollte hinreichend darlegen, dass die Konzepte berücksichtigt wurden. Einige Unternehmen verfügen inzwischen über Designverfahren, die eine Überprüfung der Designs erfordern und sicherstellen sollen, dass inhärent sicherere Konzepte berücksichtigt werden.

Um das Gefahrenpotenzial der Anlage zu reduzieren, sollte in der Planungsphase eine inhärent sichere Konstruktion berücksichtigt werden. Schutzausrüstung, die in Standardausrüstung eingebaut wird, um Unfälle zu kontrollieren und Menschen vor ihren Folgen zu schützen, ist oft komplex, teuer und erfordert regelmäßige Tests und Wartung. Es sollte versucht werden, den Bedarf an solchen Schutzausrüstungen zunächst durch die Gestaltung einfacherer und sichererer Prozesse zu reduzieren. Es gibt eine Reihe von Ansätzen, die in Betracht gezogen werden können, aber im Grunde lässt sich durch die Minimierung der Bestände an gefährlichen Stoffen in der Lagerung und im Prozess eine grundsätzlich sicherere Anlage erreichen und so das Risiko eines schweren Unfalls deutlich reduzieren.

Einige der Techniken, die in Betracht gezogen werden können, sind:

Weitere Hinweise zu einem inhärent sichereren Design finden Sie in „Cheaper, Safer Plants“ – Kletz, TA, 1984, IChemE, ISBN 0 8529 5167 1.

Ein Entwurf sollte während seiner Entwicklung einer Reihe detaillierter Bewertungen unterzogen werden. Im Sicherheitsbericht sollte der Nachweis erbracht werden, dass ein Bewertungssystem eingesetzt wurde. Es können verschiedene Merkmale untersucht und bewertet werden. Beispiele sind unten aufgeführt:

Diese Bewertungen haben alle einen spezifischen individuellen Schwerpunkt, aber im Kontext von COMAH muss nachgewiesen werden, dass durch die durchgeführten Bewertungen keine Gefahren für schwere Unfälle entstehen. Beispielsweise sollten alle Entscheidungen, die als Ergebnis einer werttechnischen Bewertung getroffen werden und dazu führen, dass keine Ersatzgeräte installiert werden oder Geräte mit geringeren Spezifikationen ausgewählt werden, auch zeigen, dass die Auswirkungen solcher Entscheidungen auf die Gefahr schwerer Unfälle ebenfalls berücksichtigt wurden.

Eine Reihe von Unternehmen haben detaillierte Verfahren für Designstudien entwickelt, die viele dieser Bewertungen in eine formalisierte Struktur integrieren.

Der Nachweis, dass Gefahrenerkennungs- und/oder HAZOP-Studien durchgeführt wurden, sollte als Nachweis dafür erbracht werden, dass ein Entwurf bewertet und sorgfältig geprüft wurde, bevor er in der Anlage installiert wird. Siehe Dokument „Technische Maßnahmen“ – Anlagenmodifikation/Änderungsverfahren.

Es gibt mehrere allgemeine Themen, die bei der detaillierten mechanischen Konstruktion vieler Gerätetypen gemein sind. Diese werden im Folgenden ausführlicher erörtert:

Wenn diese nicht ausreichend berücksichtigt werden, kann eine Reihe potenzieller Gefahren entstehen. Durch Undichtigkeiten, Geräteversagen, Feuer oder Explosion kann es zum Verlust der Eindämmung kommen und zu einem schweren Unfall führen.

Temperatur und Druck sind zwei grundlegende Designparameter. Alle zu installierenden Geräte sollten so ausgelegt sein, dass sie den vorhersehbaren Temperaturen und Drücken über die gesamte Lebensdauer der Anlage standhalten. Die Kombination aus Temperatur und Druck sollte berücksichtigt werden, da diese die mechanische Integrität aller installierten Geräte beeinträchtigt.

Bei der Bestimmung der Auslegungstemperaturen sollten eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden, darunter:

Dabei müssen die Temperatur der zu handhabenden Flüssigkeiten und etwaige Temperaturschwankungen, die durch den Ausfall von Temperaturkontrollsystemen auftreten können, berücksichtigt werden. Es sind vorhersehbare Reaktionen zu berücksichtigen, die den Wärmeeintrag in das System erhöhen oder verringern können.

Bei Anlagen außerhalb von Gebäuden sind die extremen Umgebungstemperaturen zu berücksichtigen. Sonneneinstrahlung auf die exponierte Oberfläche großer Lagertanks kann die Oberflächentemperaturen von Lagertanks erheblich erhöhen, was zu einer erheblichen thermischen Ausdehnung des Tankinhalts führt. Ebenso sind die niedrigen Temperaturen zu berücksichtigen, die bei Schnee, Eis und Wind auftreten können und zu einer Verfestigung des Inhalts in Behältern und Rohrleitungen führen können. Außenanlagen sollten so gestaltet sein, dass sie den Temperaturschwankungen zwischen extremen Wetterbedingungen Rechnung tragen.

Wenn sekundäre Heiz- und Kühlsysteme eingesetzt werden, sollten die maximalen und minimalen Temperaturen, die von diesen sekundären Systemen erreicht werden können, unter der Annahme eines Ausfalls aller mit diesen Systemen verbundenen Steuerungssysteme bewertet werden. Es sollte darauf geachtet werden, dass die maximale Temperatur, die durch Heizölsysteme erreicht werden kann, oder die minimale Temperatur, die durch kryogene Kühlsysteme erreicht werden kann, die Konstruktion der Ausrüstung nicht beeinträchtigt. Es darf weder die mechanische Festigkeit und damit die Integrität beeinträchtigen noch zu zusätzlichen Prozessrisiken durch Überhitzung, Zersetzung oder außer Kontrolle geratene Reaktionen führen.

Die Festigkeit von Materialien nimmt mit steigender Temperatur ab und daher sollte die maximale Auslegungstemperatur die Festigkeit des für die Herstellung verwendeten Materials berücksichtigen.

Im Sicherheitsbericht sollte der Nachweis erbracht werden, dass die Prozessbedingungen und die Umgebung, in der die Ausrüstung verwendet werden soll, bewertet wurden und dass eine geeignete Auslegungstemperatur ausgewählt wurde.

Ein Behälter sollte so ausgelegt sein, dass er dem maximalen Druck standhält, dem er im Betrieb voraussichtlich ausgesetzt sein wird.

Bei Behältern, die unter Innendruck stehen, wird als Auslegungsdruck normalerweise der Druck angenommen, auf den das Überdruckventil eingestellt ist. Dieser liegt normalerweise 5–10 % über dem normalen Arbeitsdruck, um einen unbeabsichtigten Betrieb bei kleineren Prozessstörungen zu vermeiden. Behälter, die einem Außendruck ausgesetzt sind, sollten so ausgelegt sein, dass sie dem maximal auftretenden Differenzdruck standhalten. Behälter, die möglicherweise einem Vakuum ausgesetzt sind, sollten für einen vollen Unterdruck von 1 bar ausgelegt sein, sofern sie nicht mit einer wirksamen und zuverlässigen Vakuumbrechervorrichtung ausgestattet sind.

Es sollten auch vorhersehbare Reaktionen berücksichtigt werden, die möglicherweise zu einer Erhöhung der Wärmezufuhr in ein System oder zur Gasentwicklung führen und somit zu erhöhten oder verringerten Temperaturen und Drücken führen. Wenn stark exotherme Reaktionen oder außer Kontrolle geratene Reaktionen möglich sind, ist es möglicherweise nicht möglich, die Ausrüstung angemessen zu konstruieren, um der maximal vorhergesagten Temperatur und dem vorhergesagten Druck standzuhalten. Unter solchen Umständen kann eine Art Druckentlastungssystem angebracht sein, um die Ausrüstung zu schützen und einen katastrophalen Ausfall der Ausrüstung zu verhindern. Siehe Dokument „Technische Maßnahmen – Reaktion/Produktprüfung“.

Druckbehälter sollten mit einer Art Druckentlastungsvorrichtung ausgestattet sein, die auf den Auslegungsdruck der Ausrüstung eingestellt ist, um den Überdruck auf kontrollierte Weise abzubauen – siehe Dokumente zu technischen Maßnahmen – Entlastungssysteme/Entlüftungssysteme und Explosionsentlastung. Der Einstelldruck eines Überdruckventils sollte so sein, dass das Ventil öffnet, wenn der Druckanstieg die Integrität des Behälters gefährdet, nicht jedoch, wenn normale geringfügige Betriebsdruckabweichungen auftreten. Bei der Auswahl des Einstelldrucks des Entlastungsventils müssen eine Reihe von Faktoren abgewogen werden, denn wenn die mögliche Ursache für den Druckanstieg eine außer Kontrolle geratene Reaktion ist, kann die Einstellung des Entlastungsdrucks auf einen hohen Wert über dem normalen Betriebsdruck dazu führen, dass die Reaktion einen höheren Wert erreicht Temperatur zu senken und schneller vorzugehen, bevor die Entlüftung beginnt.

Während des Betriebs des Entlastungsventils kann damit gerechnet werden, dass der Druck am Einlass des Entlastungsventils (der Überdruck – aus Konstruktionsgründen wird dieser üblicherweise mit nicht mehr als 10 % angenommen) über den Einstellpunkt für die Entlastungseinrichtung ansteigt. Die Ansammlung im Behälter ist der zulässige Anstieg des Systemdrucks über den Auslegungsdruck in einer Notüberdrucksituation. Der maximal zulässige Akkumulationsdruck (MAAP) ist in den verschiedenen Vorschriften angegeben und sollte bei der Auswahl des Überdruckventil-Sollwerts berücksichtigt werden. Normalerweise wird der Sollwert des Entlastungsventils auf einen Wert unterhalb oder auf den maximalen Auslegungsdruck eingestellt, wodurch unter Berücksichtigung des Überdrucks während eines Entlastungsereignisses sichergestellt wird, dass der Gesamtdruck unter dem MAPP liegt. Spezifische Hinweise zu den Empfehlungen für Druckentlastungsschutzvorrichtungen finden Sie in Anhang J von BS 5500: 1997. Andere Vorschriften erlauben unter bestimmten Umständen höhere MAAPs.

Die Ableitung gefährlicher Stoffe aus Entlastungssystemen unter Notfallbedingungen sollte in Sekundärbehälter oder an sichere Orte geleitet werden, damit keine zusätzlichen Gefahren für Personal oder Ausrüstung entstehen und es zu keiner möglichen Eskalation eines Vorfalls kommt. Dies sollte als Teil der mechanischen Konstruktion der Ausrüstung berücksichtigt werden, wenn solche Systeme eingesetzt werden sollen.

Im Sicherheitsbericht sollte der Nachweis erbracht werden, dass die Entlastungssysteme angemessen konzipiert und die Einleitungsorte berücksichtigt wurden. Für die Ableitung von Entlastungsströmen können sekundäre Rückhalteeinrichtungen geeignet sein. Die Dokumentation der Hilfsströme sollte zur Einsichtnahme verfügbar sein.

Es sollte die Möglichkeit eines Druckwechsels in der Ausrüstung und eines daraus resultierenden Ausfalls der Ausrüstung aufgrund von Metallermüdung in Betracht gezogen werden

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der mechanischen Konstruktion ist die Auswahl des Konstruktionsmaterials.

In einigen Fällen können die verfügbaren Konstruktionsmaterialien die erreichbaren Auslegungstemperaturen und -drücke einschränken und die Auslegung der Ausrüstung einschränken.

Die wichtigsten Eigenschaften, die bei der Auswahl eines Baumaterials berücksichtigt werden sollten, sind im Folgenden zusammengefasst:

Die Auswahl eines geeigneten Konstruktionsmaterials wird häufig von Fachdisziplinen wie Verfahrensingenieuren durchgeführt. Bei schwierigen Anwendungen sollte der Rat eines spezialisierten Materialingenieurs eingeholt werden.

Der Sicherheitsbericht sollte den Nachweis enthalten, dass die ausgewählten Konstruktionsmaterialien mit den zu handhabenden Prozessflüssigkeiten und den gewählten Konstruktionsbedingungen kompatibel sind.

Wenn im Prozess verwendete Materialien korrosiv sind, sollte dies bei der Anlagenkonstruktion und -auslegung berücksichtigt werden. Baumaterialien sollten sorgfältig ausgewählt, nach Möglichkeit geschützt und regelmäßig überprüft werden, wenn das Vorhandensein korrosiver Materialien oder einer korrosiven Umgebung zu erwarten ist.

Die Anordnung von Anlagen und Geräten für korrosive Materialien wird in „Sicherheit und Management – Ein Leitfaden für die chemische Industrie“ – Verband der britischen Chemiehersteller, 1964 – besprochen. Gedruckt von W. Heffer & Sons.

Dieses Thema wird ausführlich im Dokument „Technische Maßnahmen – Korrosion / Materialauswahl“ behandelt. Siehe auch Ursachen von Anlagenausfällen.

Allgemeine Hinweise zu Korrosionszuschlägen für Druckbehälter finden sich in BS 5500. Die Norm empfiehlt, dass alle möglichen Formen von Korrosion wie chemischer Angriff, Rost, Erosion und Hochtemperaturoxidation überprüft werden, wobei insbesondere auf Verunreinigungen und Flüssigkeitsgeschwindigkeiten geachtet werden muss. und dass im Zweifelsfall Korrosionstests durchgeführt werden sollten.

Die Lebensdauer von Geräten, die korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, kann durch die richtige Berücksichtigung von Konstruktionsdetails verlängert werden. Die Ausrüstung muss ungehindert und vollständig ablaufen können und die Innenflächen sollten glatt und frei von Stellen sein, an denen sich Korrosionsprodukte ansammeln können. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeiten sollten hoch genug sein, um Ablagerungen zu verhindern, aber nicht so hoch, dass es zu Erosion kommt.

Der Korrosionszuschlag ist die zusätzliche Metalldicke, die hinzugefügt wird, um Materialverlust durch Korrosion, Erosion oder Ablagerungen auszugleichen. Bei Kohlenstoff- und niedriglegierten Stählen, bei denen keine starke Korrosion zu erwarten ist, wird häufig ein Mindestaufmaß von 2 mm verwendet, bei stärkerer Korrosion wird häufig ein Aufmaß von 4 mm verwendet. Die meisten Konstruktionsvorschriften und -normen schreiben ein Mindestmaß von 1 mm vor.

Ein großer Teil der Ausfälle in Prozessanlagen und Behältern ist auf Korrosion zurückzuführen. Sie ist oft die Hauptursache für Schäden und kann an jedem Teil eines Schiffes auftreten. Die Schwere der Verschlechterung wird stark von der Konzentration, Temperatur und Art der korrosiven Stoffe in den Flüssigkeiten sowie der Korrosionsbeständigkeit der Baumaterialien beeinflusst. Korrosion kann allgemeiner Natur mit ziemlich gleichmäßiger Verschlechterung sein oder sehr lokal auftreten und einen starken lokalen Angriff aufweisen. Erosion tritt häufig lokal auf, insbesondere in Bereichen mit hoher Geschwindigkeit oder Aufprall. Gelegentlich führen Korrosion und Erosion zusammen zu einer erhöhten Verschlechterungsrate.

Erosion ist ein besonderes Problem beim Umgang mit Feststoffen in Rohrleitungen, Kanälen und Trocknern. Es tritt hauptsächlich an Stellen auf, an denen es zu einer Durchflussbeschränkung oder Richtungsänderung kommt, einschließlich Ventilen, Bögen, T-Stücken und Leitblechen. Die Erosion wird durch das Vorhandensein fester Partikel, durch Tropfen in Dämpfen, Blasen in Flüssigkeiten oder durch Zweiphasenströmungen gefördert. Zu den Bedingungen, die schwere Erosion verursachen können, gehören pneumatische Förderung, Nassdampfströmung, Entspannungsströmung und Pumpenkavitation. Wenn mit Erosion zu rechnen ist, sollten widerstandsfähigere Materialien eingesetzt oder die Materialoberfläche auf irgendeine Weise geschützt werden. Beispielsweise können Kunststoffeinsätze zum Schutz vor Erosion und Korrosion am Eintritt in Wärmetauscherrohre eingesetzt werden.

Siehe auch BS 5493: 1977 – Verhaltenskodex für die Schutzbeschichtung von Eisen- und Stahlkonstruktionen gegen Korrosion.

Designprobleme, Codes und Standards, die für mehrere allgemeine Gerätekategorien gelten, wurden identifiziert und werden im Folgenden ausführlicher erörtert:

Es gibt zahlreiche Texte zu Einzelheiten der Druckbehälterkonstruktion. Die Grundlage für die Konstruktion von Druckbehältern ist jedoch die Verwendung geeigneter Formeln für die Behälterabmessungen in Verbindung mit geeigneten Werten für die Konstruktionsfestigkeit.

Druckbehälter können in „einfache Behälter“ und solche mit komplexeren Merkmalen unterteilt werden. Die relevanten Normen und Vorschriften bieten umfassende Informationen über die Konstruktion und Herstellung von Schiffen, und die Schiffskonstruktion und -herstellung ist ein Bereich, der durch Normen und Vorschriften gut abgedeckt wird. Im Allgemeinen ist ein völliger Ausfall eines ordnungsgemäß ausgelegten, gebauten, betriebenen und gewarteten Druckbehälters selten.

Konstruktion und Herstellung werden normalerweise so durchgeführt, dass sie den Anforderungen nationaler und internationaler Normen entsprechen. Eine der frühesten ist die AOTC 1939/48/58 „Regeln für den Bau, die Prüfung und die Abmessungen von metalllichtbogengeschweißten Stahlkesseln und anderen Druckbehältern“. Die anderen wichtigsten Standards im Vereinigten Königreich waren BS 1500 und BS 1515, die beide inzwischen zurückgezogen und durch BS 5500 ersetzt wurden. Der andere am häufigsten verwendete Designcode ist ASME VIII. Es ist jedoch ungewöhnlich, wenn auch nicht unbekannt, dass Unternehmen und Betreiber ihre eigenen Designcodes verwenden.

Im Allgemeinen gelten die Konstruktionsvorschriften für Druckbehälter für Geräte wie Reaktoren, Destillationskolonnen, Lagerfässer, Heizgeräte, Aufkocher, Verdampfer, Kondensatoren, Wärmetauscher, Kugeln, Kugeln usw. Grundsätzlich sind alle Geräte mit einem „Gehäuse“, das einem gewissen Innendruck ausgesetzt sein kann, abgedeckt. Dieser Abschnitt behandelt nicht Rohrleitungssysteme (siehe separates Dokument zu technischen Maßnahmen zu Konstruktionsvorschriften für Rohrleitungen), atmosphärische Lagertanks und Rotationsmaschinen. Auf diese wird später noch näher eingegangen.

Ein einfacher Druckbehälter hat keine komplizierten Stützen oder Abschnitte und die Enden sind gewölbt. Der Hauptcode für einfache Schiffe ist BS EN 286-1:1991. „Einfache unbefeuerte Druckbehälter zur Aufnahme von Luft oder Stickstoff“. Alle Aspekte der Konstruktion und Herstellung des Schiffes werden in diesem Kodex behandelt.

Traditionell werden im Vereinigten Königreich bei der Konstruktion und Herstellung von Druckbehältern die beiden wichtigsten Codes und Standards BS 5500 und ASME VIII verwendet. Beides erfordert vor allem die Einhaltung der Zufriedenheit im Design- und Herstellungsprozess durch eine unabhängige Prüfstelle. Diese Behörde ist für die Einhaltung der Norm oder des Codes sowohl in der Entwurfs- als auch in der Bauphase verantwortlich.

Zu den Faktoren, die bei der Konstruktion von Druckbehältern berücksichtigt werden sollten, gehören:

Druckbehälter sind einer Vielzahl von Belastungen und anderen Bedingungen ausgesetzt, die Spannungen verursachen und zum Ausfall führen können. Außerdem gibt es eine Reihe von Konstruktionsmerkmalen im Zusammenhang mit Druckbehältern, die sorgfältig berücksichtigt werden müssen.

Es sollten auch andere Teile des Behälters berücksichtigt werden, die sich nicht direkt innerhalb der Druckhülle befinden, aber für die Integrität des Behälters von entscheidender Bedeutung sind, z. B. alle Fehler, die zu einer Verletzung der Druckgrenze führen könnten, z. B. der Behälterrand oder die Stützbeine. Zu den weiteren Faktoren, die sorgfältig geprüft werden müssen, gehören: ein Mittel zur regelmäßigen Prüfung während des Betriebs, dh ein Mittel zur Feststellung des inneren Zustands des Schiffs durch die Bereitstellung von Zugangsöffnungen; ein Mittel zum Entleeren und Belüften des Behälters; und Mittel, mit denen der Behälter sicher gefüllt und entleert werden kann.

Druckbehälter sind einer Vielzahl von Belastungen und anderen Bedingungen ausgesetzt, die zu Spannungen und in bestimmten Fällen zu schwerwiegenden Ausfällen führen können. Bei jedem Entwurf sollten die wahrscheinlichsten Fehlerarten und Verschlechterungsursachen berücksichtigt werden. Auf allen Schiffsoberflächen, die mit einer Reihe organischer oder anorganischer Verbindungen, mit Verunreinigungen, mit Süßwasser, mit Dampf oder mit der Atmosphäre in Kontakt kommen, ist eine Beschädigung möglich. Die Form der Verschlechterung kann elektrochemischer, chemischer, mechanischer Art oder eine Kombination daraus sein.

Weitere Informationen finden Sie im Dokument „Technische Maßnahmen – Korrosion / Materialauswahl“.

Bei der Konstruktion und Herstellung von Druckbehältern werden zwei Hauptvorschriften und -normen verwendet: das amerikanische ASME VIII-System und BS 5500 im Vereinigten Königreich. Beides erfordert vor allem die Einhaltung der Zufriedenheit im Design- und Herstellungsprozess durch eine unabhängige Prüfstelle. Diese Behörde ist für die Einhaltung des Standardkodex sowohl in der Entwurfs- als auch in der Bauphase verantwortlich. Die Codes und Standards umfassen Design, Konstruktionsmaterialien, Fertigung (Herstellung und Verarbeitung), Inspektion und Prüfung und bilden die Grundlage für die Vereinbarung zwischen dem Hersteller und Kunden und der ernannten unabhängigen Inspektionsbehörde. Diese Codes beziehen sich auf Behälter aus Kohlenstoff- und legierten Stählen sowie Aluminium.

Computerprogramme zur Unterstützung der Konstruktion von Schiffen gemäß BS 5500 und den ASME VIII-Codes sind im Handel erhältlich.

Obwohl die meisten Druckbehälter aus Metallverbindungen bestehen, können Druckbehälter auch aus Materialien wie glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder faserverstärktem Kunststoff (FRP) hergestellt werden. Die wichtigste relevante Norm ist BS 4994:1987 – Specification for Design and Construction of Vessels and Tanks in Reinforced Plastics.

Einige verwendete Behälter sind nicht als Druckbehälter gekennzeichnet. Die Bezeichnung atmosphärische Lagerung bezieht sich auf jeden Tank, der für die Verwendung in einem begrenzten Bereich des atmosphärischen Drucks ausgelegt ist, entweder offen zur Atmosphäre oder geschlossen.

Vertikale Lagertanks mit flachem Boden und konischem Dach werden häufig für die Lagerung von Flüssigkeiten bei Atmosphärendruck verwendet und können in ihrer Größe erheblich variieren. Die Hauptlast, die bei der Konstruktion solcher Tanks berücksichtigt werden muss, ist der hydrostatische Druck der im Tank enthaltenen Flüssigkeit. Es sollten jedoch auch andere Parameter berücksichtigt werden und die Windlast sowie eine mögliche Schneelast sollten ebenfalls berücksichtigt werden.

Die Konstruktion von atmosphärischen Lagertanks wird im Allgemeinen durch API Std 620 Design und Konstruktion großer, geschweißter Niederdruck-Lagertanks und API Std 650 Geschweißte Stahltanks für die Öllagerung geregelt.

Tanks sollten für ihren Einsatzzweck und alle vernünftigerweise zu erwartenden Kräfte wie Tankinhalt, Bodensetzung, Frost, Wind- und Schneelasten, Erdbeben und andere geeignete Bedingungen geeignet sein. Die Auswahl des für einen bestimmten Einsatzzweck zu verwendenden Tanktyps wird von Überlegungen zur Sicherheit, technischen Eignung und Wirtschaftlichkeit beeinflusst. Die Sicherheitsüberlegungen beziehen sich in der Regel auf Brandgefahren, die wiederum von den physikalischen Eigenschaften des gelagerten Materials abhängen, z. B. Flammpunkt, Dampfdruck, elektrische Leitfähigkeit usw.

Der API-Standard 2000 gibt Hinweise zur Gestaltung von Entlüftungsöffnungen, um Druckänderungen zu verhindern, die andernfalls aufgrund von Temperaturänderungen oder dem Ein- und Ausströmen von Flüssigkeiten auftreten würden. Übermäßiger Dampfverlust aus Entlüftungssystemen kann durch Ausatmen entstehen und eine Gefahr darstellen.

Reaktoren sind oft das Zentrum der meisten Prozesse und ihre Konstruktion ist von größter Bedeutung, wenn es um die Sicherheitsrisiken einer Anlage geht. Reaktoren werden am häufigsten als Druckbehälter betrachtet und die mechanische Konstruktion sollte den zuvor beschriebenen Vorschriften und Standards entsprechen.

Die Reaktorkonstruktion sollte die Möglichkeit der Entstehung einer gefährlichen Situation minimieren und die Mittel zur Bewältigung einer gefährlichen Situation bereitstellen, falls diese entstehen sollte. Vorkehrungen für Entlüftung, Druckentlastung und Abblasen müssen in der Konstruktion angemessen berücksichtigt werden. Bei Entlastungssystemen sollten die Auswirkungen der Freisetzung von Reaktorinhalten berücksichtigt werden. Möglicherweise sind Eindämmungs- und Kontrollsysteme erforderlich, um zu verhindern, dass sich infolge der Entlastung eines Entlastungssystems eine gefährliche Situation entwickelt.

Das Design des Reaktors kann die Effizienz des Reaktionsprozesses und damit die Entstehung von Nebenprodukten und Verunreinigungen beeinflussen. Die Wirksamkeit des Reaktionsschritts bestimmt häufig die Anforderungen und die Komplexität nachgeschalteter Trennprozesse. Darüber hinaus können geringe Umwandlungen dazu führen, dass große Recyclingmengen erforderlich sind.

Es stehen viele verschiedene Arten von Reaktorsystemen zur Verfügung. Nachfolgend sind einige wichtige zu berücksichtigende Kriterien aufgeführt:

Zugabe von Reaktanten – Reihenfolge und Geschwindigkeit der Zugabe der Reaktanten können die Reaktionsgeschwindigkeit und die Entstehung von Nebenprodukten beeinflussen. Die Bildung instabiler Nebenprodukte oder übermäßige Reaktionsgeschwindigkeiten können das Risiko einer gefährlichen Situation erhöhen. Die Position der Zugabe der Reaktanten kann ebenfalls wichtig sein – unter der Oberfläche und direkt in einer innigen Mischzone innerhalb des Reaktors kann dies zu einer Minimierung der Entstehung von Reaktionsnebenprodukten führen;

Der Sicherheitsbericht sollte beschreiben, wie das Reaktorsystem unter Berücksichtigung der Grundsätze der sicheren Konstruktion konzipiert wurde und wie die Misch-, Chemikalienzugabe- und Entlastungssysteme ausgewählt wurden, um die Möglichkeit eines schweren Unfalls zu minimieren.

Die Übertragung von Wärme zwischen zwei Prozessströmen ist eine übliche Tätigkeit und Anforderung in einer Chemieanlage. Es können eine Reihe direkter oder indirekter Techniken eingesetzt werden. Die gebräuchlichste Form der zur Wärmeübertragung verwendeten Ausrüstung ist ein Wärmetauscher, der in vielen verschiedenen Formen, Größen und Konfigurationen konstruiert werden kann, die erforderlich sind, um die erforderliche Wärmeübertragung zwischen einem Strom und einem anderen zu erreichen. Es sind verschiedene Wärmeübertragungsvorgänge möglich, von denen einige einen Phasenwechsel einer oder mehrerer Komponenten erfordern. Möglicherweise müssen Heizung, Kühlung, Verdunstung oder Kondensation berücksichtigt und die Ausrüstung entsprechend ausgelegt werden, um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden.

Der Grundentwurf beginnt mit einer ungefähren Dimensionierung der Einheit, die auf Annahmen über die Wärmeübertragungseigenschaften der beteiligten Stoffe und die voraussichtlichen Konstruktionsmaterialien basiert. Anschließend sind detailliertere Berechnungen erforderlich, um den ursprünglichen Entwurf zu bestätigen und zu verfeinern und ein optimales Layout zu ermitteln. Sobald der Prozessentwurf abgeschlossen ist, kann der mechanische Entwurf der Einheit durchgeführt werden.

Die Auslegung von Wärmetauschern wird in vielen Texten behandelt. Eine gängige Referenz für Konstrukteure ist jedoch „Process Heat Transfer – DQKern, International Student Edition, McGraw Hill, ISBN 0070341907“.

Die mechanischen Konstruktionsmerkmale, die Herstellung, die Konstruktionsmaterialien und die Prüfung von Rohrbündelwärmetauschern werden durch „BS 3274: 1960 – Rohrwärmetauscher für allgemeine Zwecke“ abgedeckt.

Weit verbreitet sind auch die Standards der American Tubular Heat Exchanger Manufacturers Association (TEMA-Standards). Viele Unternehmen verfügen zusätzlich über eigene Standards, die diese vielfältigen Anforderungen ergänzen.

Die TEMA-Standards geben die bevorzugten Rohrbündelabmessungen, die Konstruktions- und Herstellungstoleranzen, Korrosionszuschläge und die empfohlenen Konstruktionsspannungen für Konstruktionsmaterialien an.

Auslegungstemperaturen und -drücke für Wärmetauscher werden normalerweise mit einem Sicherheitsspielraum angegeben, der über die normalerweise erwarteten Bedingungen hinausgeht. Typischerweise kann der Auslegungsdruck 170 kPa höher sein als der während des Betriebs oder beim Abschalten der Pumpe zu erwartende Höchstdruck, und die Temperatur ist üblicherweise 14 °C höher als die maximal zu erwartende Betriebstemperatur.

Zu den größten Problemen im Zusammenhang mit der Konstruktion von Wärmetauschern, die die Sicherheit beeinträchtigen können, gehören Verschmutzung, Polymerisation, Verfestigung, Überhitzung, Leckage, Rohrvibrationen und Rohrbruch. Der Mantel eines Wärmetauschers ist normalerweise ein Druckbehälter und sollte gemäß der entsprechenden Druckbehälter-Konstruktionsnorm – BS 5500 oder ASME VIII (Regeln für den Bau von Druckbehältern, Division 1) – ausgelegt sein. Genauere Hinweise finden Sie in API RP 520:1990.

Besondere Aufmerksamkeit muss der Verhinderung einer Überhitzung innerhalb der Wärmetauscherausrüstung gewidmet werden, insbesondere wenn empfindliche Materialien beteiligt sind, beispielsweise Materialien, die einer exothermen Zersetzung unterliegen können.

Aus dem Sicherheitsbericht sollte hervorgehen, dass die Wärmeaustauschausrüstung gemäß den einschlägigen Vorschriften und Normen entworfen und gewartet wurde und dass die verschiedenen Fehlerarten, die auftreten können, und die Auswirkungen solcher Ereignisse berücksichtigt wurden. Es sollte nachgewiesen werden, dass, wo immer möglich, Maßnahmen ergriffen wurden, um die Folgen solcher Ereignisse zu verhindern, zu kontrollieren oder abzumildern, und zwar durch die geeignete Auswahl von Konstruktionsmaterialien, Herstellungsmethoden, Instrumentierung und Steuerung usw.

Öfen und Kessel sind Ausrüstungsgegenstände, die häufig Teil von Prozessanlagen sind und für eine Vielzahl von Zwecken wie Abwärmerückgewinnung, Dampferzeugung, Zerstörung von Abgasen usw. verwendet werden.

Das Design kann das Zusammenspiel vieler verschiedener Variablen beinhalten, einschließlich Wasser-/Dampfzirkulationssystemen, Brennstoffeigenschaften (flüssige, gasförmige oder feste Brennstoffe), Zündsteuersystemen, Wärmezufuhr- und Wärmeübertragungssystemen.

Die Konstruktion des Ofen- oder Kesselgehäuses muss den mit dem System verbundenen thermischen Bedingungen standhalten können, und häufig sind spezielle Konstruktionen erforderlich. Für die Kesselkonstruktion gibt es viele Vorschriften und Normen.

Die Beseitigung von Gefahren bei der Brennerkonstruktion ist eine grundlegende Konstruktionsanforderung. Beim Anlassen kann es zu Explosionen kommen, wenn die Zündkonstruktion nicht sorgfältig überlegt wird. Kraftstofflecks können bei Zündversuchen zu explosionsfähiger Atmosphäre führen. Aus diesen Gründen sollten Inertisierungs-/Belüftungssysteme vor Zündsequenzen in Betracht gezogen werden, um sicherzustellen, dass keine explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist.

Isolationssysteme sollten ausreichend ausgelegt sein, um sicherzustellen, dass kein Kraftstoff austritt. Doppelte Absperr- und Entlüftungsventile an Kraftstoffleitungen können in Betracht gezogen werden. Zur Isolierung sollte man sich niemals auf einzelne Ventile verlassen. Es sollte auch sorgfältig über die Konfiguration der Rohrleitungen nachgedacht werden, um sicherzustellen, dass der Brennstofffluss in das System minimiert wird, nachdem die Flamme ausgefallen ist oder die Ventile geschlossen wurden.

Spüleinrichtungen sind unerlässlich, um sicherzustellen, dass der Brennraum vor der Startzündung frei von brennbarer Atmosphäre ist.

Aus einem Sicherheitsbericht sollte hervorgehen, dass jedes Ofen-/Kesselsystem gemäß den einschlägigen Vorschriften und Normen konstruiert und gewartet wird und dass die großen Gefahren im Zusammenhang mit dem Anfahren, Abschalten und Betrieb der Anlage im Hinblick auf Feuer und Brand berücksichtigt wurden Explosionspotential solcher Systeme. Es sollte nachgewiesen werden, dass die Risiken einer Explosion durch die Gestaltung des Brennersteuerungssystems und die Anordnung und Gestaltung der Brennstoffversorgungssysteme minimiert wurden.

Prozessmaschinen sind besonders wichtige Ausrüstungsgegenstände in Prozessanlagen und in Bezug auf Drucksysteme, da sie die Antriebskraft bereitstellen müssen, die für den Transfer von Prozessflüssigkeiten (Flüssigkeiten, Feststoffe und Gase) von einem Betriebsbereich in einen anderen erforderlich ist. Ein Maschinensystem ist jedes hin- und hergehende oder rotierende Gerät, das zur Übertragung oder Änderung von Eigenschaften innerhalb einer Prozessanlage verwendet wird. Beispiele können Gegenstände wie Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Turbinen, Zentrifugen, Rührwerke usw. sein.

Diese Art von Ausrüstung ist eine potenzielle Quelle für den Verlust der Eindämmung. Darüber hinaus können aufgrund der rotierenden/vibrierenden Natur solcher Geräte Druck- und Durchflussschwankungen auftreten, die den Betrieb anderer Systeme beeinträchtigen können.

Die grundlegenden Anforderungen zur Definition der Anwendung für Pumpen, Lüfter und Kompressoren sind in der Regel der Saug- und Förderdruck, die erforderliche Durchflussmenge und der Druckverlust im Getriebe. Spezielle Anforderungen für bestimmte Industriebereiche können auch Einschränkungen hinsichtlich der zu verwendenden Konstruktionsmaterialien oder der in Frage kommenden Gerätetypen mit sich bringen. Viele Designs wurden aufgrund der Erfahrung standardisiert und zahlreiche Standards (API-Standards, ASME-Standards, ANSI-Standards) sind verfügbar. In diesen Normen werden häufig Entwurfs-, Konstruktions- und Prüfdetails wie Materialauswahl, Werkstattinspektion und -prüfungen, Zeichnungen, Abstände, Bauverfahren usw. festgelegt

Die Wahl des Konstruktionsmaterials wird durch die Berücksichtigung von Korrosion, Erosion, Personensicherheit sowie Eindämmung und Kontamination bestimmt.

Bei vielen Pumpen handelt es sich um Zentrifugalpumpen, obwohl auch Verdrängerpumpen (z. B. Kolben- und Schraubenpumpen) verwendet werden. Pumpen sind in einer Vielzahl von Größen und Kapazitäten sowie in einer Vielzahl von Materialien erhältlich, darunter verschiedene Metalle und Kunststoffe. Die Abdichtung von Pumpen ist ein sehr wichtiger Gesichtspunkt und wird später besprochen. Der Hauptvorteil einer Kreiselpumpe ist ihre Einfachheit. Pumpen sind besonders anfällig für Fehlfunktionen und mangelhafte Installationspraktiken. Für einen sicheren Betrieb sind eine ordnungsgemäße Installation und eine qualitativ hochwertige Wartung unerlässlich.

Zu den mit Kreiselpumpen verbundenen Problemen können Lager- und Dichtungsschäden gehören. Kavitation (Zusammenbruch von Dampfblasen in einer strömenden Flüssigkeit, was zu Vibrationen, Lärm und Erosion führt) und Totdrucklauf (Versuch, eine Pumpe ohne Auslass für die Flüssigkeit laufen zu lassen, beispielsweise gegen ein geschlossenes Ventil) können ebenfalls zu Schäden an der Pumpe führen Pumpausrüstung. Eine Fehlausrichtung zwischen Pumpe und Motor ist ebenfalls eine häufige Ursache für katastrophale Ausfälle.

Dichtungslose oder „Spaltrohrpumpen“ werden häufig dort eingesetzt, wo Leckagen als inakzeptabel gelten. Bei einer Spaltrohrpumpe sind das Laufrad der Pumpe und der Rotor des Motors auf einer integrierten Welle montiert, die so ummantelt ist, dass die Prozessflüssigkeit in dem Raum zirkulieren kann, der normalerweise der Luftspalt des Motors ist.

Schlüsselparameter für die Auswahl der Pumpe sind die zu fördernde Flüssigkeit, die gesamte dynamische Förderhöhe, die Saug- und Förderhöhen, Temperatur, Viskosität, Dampfdruck, spezifisches Gewicht, Korrosionseigenschaften der Flüssigkeit, das Vorhandensein von Feststoffen, die Erosion verursachen können usw.

In der Prozessindustrie werden sowohl Verdränger- als auch Radialkompressoren eingesetzt. Es handelt sich um komplexe Maschinen und ihre Zuverlässigkeit ist von entscheidender Bedeutung. Es ist sehr wichtig, dass sie den hohen betrieblichen Standards entsprechen. Radialkompressoren sind bei weitem am gebräuchlichsten, obwohl die Kompression im Allgemeinen geringer ist als die von Kolbenmaschinen. Sie werden sowohl im Prozessgas- als auch im Kühlbereich eingesetzt. Zu den Hauptstörungen bei Radialkompressoren zählen Rotor- oder Wellenschäden, Lagerschäden, Vibrationen und Druckstöße. Für höhere Verdichtungsanforderungen werden Kolbenkompressoren eingesetzt. Es kann sich um ein- oder mehrstufige Einheiten handeln. Luftkompressoren für trockene Luft erfordern besondere Aufmerksamkeit und es gibt spezielle Vorschriften und Standards.

Die Hauptanwendungsgebiete für Ventilatoren sind Anwendungen mit hohem Durchfluss und niedrigem Druck, wie z. B. die Zufuhr von Luft zum Trocknen, die Förderung von in einem Gasstrom schwebendem Material, die Entfernung von Dämpfen oder in Kondensationstürmen. Diese Einheiten können entweder vom Typ Zentrifugal- oder Axialströmung sein. Es handelt sich um einfache Maschinen, doch um eine hohe Zuverlässigkeit und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, ist eine ordnungsgemäße Installation und Wartung erforderlich.

Eine der Hauptursachen für den Ausfall rotierender Geräte sind Vibrationen. Dies führt häufig zu Dichtungsschäden oder Ermüdungsversagen und daraus resultierenden Leckagen und kann zu einem schweren Unfall führen. Zahlreiche Faktoren können zu Vibrationen führen, darunter Kavitation, Unwucht des Laufrads, lose Lager und Impulse im Rohr. ASME-Standards empfehlen, dass Pumpen regelmäßig überwacht werden sollten, um Vibrationen zu erkennen, die normalerweise innerhalb der vom Hersteller festgelegten Grenzwerte liegen sollten. Dies sollte zunächst bei der Installation bestätigt und dann regelmäßig überprüft werden. Wenn die gemessenen Werte die vorgeschriebenen Werte überschreiten, ist eine vorbeugende Wartung erforderlich und sollte durchgeführt werden. Durch die Erfassung und Analyse von Vibrationssignaturen rotierender Geräte ist es möglich, zu identifizieren, welche Komponenten des Systems für bestimmte Frequenzen des Vibrationssignals verantwortlich sind. Es ist dann möglich, die Komponente zu identifizieren, die sich verschlechtert und für die auftretenden Vibrationen verantwortlich ist.

Dichtungen sind sehr wichtige und oft kritische Komponenten in großen rotierenden Maschinen und in Systemen mit Flanschen/Verbindungen wie Wärmetauschern oder Rohrleitungssystemen. Ein Versagen einer Dichtungsanordnung kann zum Verlust der Eindämmung und möglicherweise zu einem schweren Unfall führen. Für rotierende Geräte gibt es zahlreiche verschiedene Arten von Dichtungsanordnungen. Es gibt viele Faktoren, die die Auswahl von Dichtungen für eine bestimmte Anwendung bestimmen, darunter das zu handhabende Produkt, die Umgebung, in der die Dichtung installiert wird, die Anordnung der Dichtung, die Ausrüstung, in der die Dichtung installiert werden soll, Anforderungen an die Sekundärverpackung und die Dichtung Gesichtskombinationen, Anordnungen der Dichtungsbüchsenplatten und des Hauptdichtungskörpers usw. Die für Dichtungen verwendeten Materialien sollten immer mit den verarbeiteten Prozessflüssigkeiten kompatibel sein.

Es gibt drei Hauptmethoden zum Abdichten der Stelle, an der eine rotierende Welle in eine Pumpe, einen Kompressor, einen Druckbehälter oder ein ähnliches Gerät eintritt:

Üblicherweise werden Stopfbuchsen und Stopfbuchsen mit Packung verwendet. Ein gewisser Produktaustritt ist normal, da das Verpackungsmaterial sowohl geschmiert als auch gekühlt wird. Die Hauptvorteile dieser Art von Dichtungsanordnung sind die Einfachheit und die Leichtigkeit der Einstellung oder des Austauschs. Die Nachteile sind die Notwendigkeit häufiger Aufmerksamkeit und die inhärente mangelnde Integrität eines solchen Systems.

Gleitringdichtungen sind die am zweithäufigsten eingesetzte Anordnung. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine leckagefreie Abdichtung nahezu aller Flüssigkeiten erforderlich ist. Gleitringdichtungen finden ihre beste Anwendung dort, wo Flüssigkeiten unter erheblichem Druck gehalten werden müssen. Sie können von der einfachsten Einzeldichtungsanordnung bis hin zu komplizierten, anspruchsvollen Doppeldichtungen mit Überwachung des Zwischenraums reichen. Einige Gleitringdichtungen sind sehr komplexe Baugruppen und bestehen aus Komponenten, die mit sehr hohen Toleranzen hergestellt werden. Sie werden oft als komplette Patroneneinheiten eingebaut. Einige Dichtungsanordnungen erfordern eine ständige Schmierung, oft durch die Prozessflüssigkeit selbst, während andere externe Schmieranordnungen erfordern.

Anlagenausrüstung kann während der Inbetriebnahme und während ihrer gesamten Betriebsdauer überwacht werden. Diese Überwachung kann auf der Grundlage der Leistung oder des Zustands oder beider erfolgen. Die Leistungsüberwachung wird in diesem Dokument über technische Maßnahmen nicht im Detail behandelt. Die vorherrschenden Techniken und Parameter sind jedoch Durchfluss, Druck, Temperatur, Leistung usw. Die Alternative zur Leistungsüberwachung ist die Zustandsüberwachung, für die es eine Reihe von Techniken gibt. Das Ziel solcher Techniken besteht darin, Verschlechterungen zu erkennen und drohenden Ausfällen vorzubeugen und so eine zuverlässige/verfügbare Anlage sicherzustellen, insbesondere für produktions- und sicherheitskritische Elemente. Einige dieser Techniken werden im Folgenden aufgeführt:

Bei einem Ausfall der Maschine oder eines damit verbundenen Schutzsystems sollten alle Maschinensysteme entsprechend der Gefährdung beurteilt werden.

Maschinensysteme, bei denen festgestellt wurde, dass sie bei einem Ausfall der Maschine oder des Schutzsystems unannehmbare Folgen haben, können als „kritisches Maschinensystem“ eingestuft werden und während des Betriebs besondere Aufmerksamkeit erhalten, einschließlich zusätzlicher Wartung und Überwachung.

Die Beurteilungen sollten auf Folgendem basieren:

Strukturen sind erforderlich, um die Anlage zu stützen und sollten während der gesamten Lebensdauer der Anlage allen vorhersehbaren Belastungen und Betriebsextremen standhalten können. Das Versagen einer Strukturkomponente könnte zur Auslösung eines schweren Unfalls führen. Ausführliche Hinweise zu Entwurfsvorschriften für Gebäude/Bauwerke finden Sie im entsprechenden Dokument zu technischen Maßnahmen. Bei der Tragwerksplanung sollten Naturereignisse wie Windlasten, Schneelasten und seismische Aktivitäten sowie Anlagenexkursionen berücksichtigt werden

Karten, die die Windgeschwindigkeiten zeigen, die bei der Konstruktion von Bauwerken an Standorten im Vereinigten Königreich zu verwenden sind, sind im British Standards Code of Practice BS CP 3: 1972: Basic Data for the Design of Buildings, Kapitel V Loading: Part 2 Wind Loads enthalten. Typische Werte liegen bei etwa 50 m/s (112 Meilen pro Stunde). Das Praxishandbuch enthält auch Methoden zur Abschätzung des dynamischen Winddrucks auf Gebäude und Bauwerke unterschiedlicher Form.

Der Schutz vor Blitzeinschlägen in Prozessanlagen, die sich außerhalb von Gebäuden befinden, ist erforderlich, da Blitze insbesondere bei Bränden in Lagertanks eine potenzielle Zündquelle darstellen. Es sollte ein Blitzschutz vorhanden sein. Anleitungen finden Sie im BS 6651: 1992 Code of Practice for Protection of Structures against Lightning.

Siehe auch Dokument „Technische Maßnahmen – Erdung“.

Für die folgenden Stoffe gibt es allgemein veröffentlichte Vorschriften mit vollständigen Einzelheiten zur Lagerung und Handhabung.

Die Auslegung von Anlagen für Chlor erfordert besondere Überlegungen, da Chlor hochgiftig und im nassen Zustand auch sehr ätzend ist.

Chlor wird normalerweise unter Druck bei Atmosphärentemperatur gelagert, kann aber auch vollständig gekühlt (-34 °C) bei Atmosphärendruck gelagert werden.

Eine Reihe von Veröffentlichungen widmen sich dem Umgang mit Chlor und spezifische Hinweise finden sich in:

Siehe auch:

Die Organisation Euro Chlor ist eine Tochtergesellschaft des European Chemical Industry Council (CEFIC) und vertritt europäische Chlorproduzenten in 85 Werken in 19 Ländern. Euro Chlor produziert eine Reihe von Publikationen. Weitere Einzelheiten können über die Website http://www.eurochlor.org abgerufen werden.

Wasserfreies Ammoniak mit einem Siedepunkt von -33 °C wird normalerweise als Flüssigkeit entweder unter Druck oder bei Atmosphärendruck in Kühleinrichtungen gelagert.

Eine Reihe von Veröffentlichungen widmen sich dem Umgang mit Ammoniak und spezifische Hinweise finden sich in:

HS(G)30 Lagerung von wasserfreiem Ammoniak unter Druck im Vereinigten Königreich: kugelförmige und zylindrische Behälter, HSE, 1986 (nicht in der aktuellen HSE-Liste).

Gibt Hinweise zu den geeigneten Baumaterialien für Ammoniak-Lagerbehälter.

CIA-Code für die Lagerung von gekühltem Ammoniak

CIA-Verhaltenskodex für die Lagerung von wasserfreiem Ammoniak unter Druck im Vereinigten Königreich: Kugelförmige und zylindrische Behälter. (Die CIA hat dieses Dokument zurückgezogen).

CIA-Leitfaden für die Lagerung von vollständig gekühltem, wasserfreiem Ammoniak in großem Maßstab im Vereinigten Königreich.

CIA-Leitfaden zu Transferverbindungen für den sicheren Umgang mit wasserfreiem Ammoniak im Vereinigten Königreich.

Propan und Butan werden gemäß BS 4250 als Flüssiggas (LPG) bezeichnet: Spezifikation für kommerzielles Butan und Propan. Es ist eine vollständig gekühlte Lagerung bei Atmosphärendruck und den Siedetemperaturen der betreffenden Stoffe erforderlich. Flüssiggas kann auch in horizontalen zylindrischen oder kugelförmigen Druckbehältern unter Druck gelagert werden.

HS(G)34 Lagerung von Flüssiggas in ortsfesten Anlagen, HSE, 1987.

HS(G)15 Lagerung von Flüssiggas in Fabriken, HSE.

CS5 Lagerung von Flüssiggas in festen Anlagen, HSE.

LPGA COP 1 Lagerung von Flüssiggas in festen Anlagen. Teil 1: Entwurf, Installation und Betrieb von oberirdischen Schiffen, 2000.

LPGA COP 1 Lagerung von Flüssiggas in festen Anlagen. Teil 2: Kleine Propangasanlagen für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke, 2000.

LPGA COP 1 Lagerung von Flüssiggas in festen Anlagen. Teil 3: Regelmäßige Inspektion und Prüfung, 2000.

LPGA COP 1 Lagerung von Flüssiggas in festen Anlagen. Teil 4: Vergrabene/aufgeschüttete LPG-Lagerbehälter, 2000.

LPGA COP 15 Ventile und Armaturen für den Flüssiggasbetrieb, Teil 1 Sicherheitsventile, 2000.

LPGA COP 17 Spülen von LPG-Behältern und -Systemen, 2000.

EEMUA 147. Empfehlungen für die Gestaltung und den Bau von gekühlten Flüssiggas-Lagertanks.

Flüssiggas. IP-Modellkodex für sichere Praktiken: Teil 9.

Für die Lagerung von Erdölprodukten und brennbaren Flüssigkeiten im Allgemeinen gibt es eine Reihe von Normen und Vorschriften. Es kommen verschiedene Haupttypen von Lagertanks und Behältern für Flüssigkeiten und verflüssigte Gase in Betracht:

Die relevanten Normen und Codes sind:

Nach der detaillierten Planung einer Anlage ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Bauphase gemäß der ursprünglichen Spezifikation durchgeführt wird und dass während der Bauphase keine zusätzlichen Gefahren für die Anlage entstehen. Eine schlechte Konstruktion kann dazu führen, dass die Integrität des gesamten Systems gefährdet wird, was zu einem erhöhten Risiko eines schweren Unfalls führt.

Bauwesen und Konstruktion unterliegen einer Reihe verschiedener Bauvorschriften, darunter den folgenden:

Bauvorschriften (Allgemeine Bestimmungen), 1961;

Bauvorschriften (Hebearbeiten), 1961;

Bauvorschriften (Gesundheit und Soziales), 1966;

Bauvorschriften (Arbeitsplätze), 1966.

Darüber hinaus klären die Construction (Design and Management) Regulations (CDM) die Verantwortlichkeiten der verschiedenen Parteien eines Bauprojekts. Ebenfalls erhältlich ist der genehmigte Verhaltenskodex für die CDM-Regs: Managing Construction for Health and Safety. Construction (Design and Management) Regulations 1994, Ref. L54, HSE Books 1995, ISBN 0 7176 0792 5.

Es ist wichtig nachzuweisen, dass die richtigen Baumaterialien verwendet und geeignete Bautechniken eingesetzt wurden, um keine Konstruktionsmängel und Mängel in die Anlage einzuführen. Als Nachweis dafür, dass die Bauphase des Projekts angemessen überwacht wurde, sind Nachweise in Form einer Dokumentation wichtig, aus der hervorgeht, dass während der Bauphase Kontrollen durchgeführt wurden.

Aus der Dokumentation sollte hervorgehen, dass die gelieferte und installierte Ausrüstung aus dem richtigen Konstruktionsmaterial besteht (und ggf. die richtige Wärmebehandlung erhalten hat), die richtige Artikel-/Teile-/Einheitsnummer aufweist und den Angaben im Konstruktionsplan entspricht.

Aus der Dokumentation sollte außerdem hervorgehen, dass die Ausführung der spezifizierten Qualität entspricht und dass Inspektions- und Abnahmetests gemäß den vertraglichen Anforderungen durchgeführt wurden.

Die Inbetriebnahme der Ausrüstung sollte durchgeführt und Aufzeichnungen über die Inbetriebnahmeübungen geführt werden.

Folgende Nachweise sollten vorliegen:

Folgende Dokumentation sollte vorhanden sein:

Die Verwaltung der Inbetriebnahme- und Verifizierungsphasen sollte im Sicherheitsmanagementsystem festgelegt werden. Das System sollte sich darauf konzentrieren, sicherzustellen, dass die Entwurfsabsicht erfüllt wird und dass Abweichungen ordnungsgemäß bewertet und kontrolliert werden. Es sollten Systeme vorhanden sein, die sicherstellen, dass bei der Identifizierung von Abweichungen zwischen der installierten Ausrüstung und der Entwurfsabsicht Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, und um etwaige Abweichungen vom Normalbetrieb zu kontrollieren.

Es sollten Nachweise über eine Reihe von Prüfungen vor der Inbetriebnahme und Inbetriebnahme vorgelegt werden, um sicherzustellen, dass die installierte Ausrüstung getestet wurde und für den Betrieb geeignet ist und die Entwurfsabsicht erfüllt. Dazu können gehören:

Die folgenden Verhaltenskodizes können für den Gutachter hilfreich sein, wenn er über die Prozessgestaltung von Anlagen und Geräten nachdenkt. Nachfolgend finden Sie Codes und Anleitungen im Zusammenhang mit der Konstruktion bestimmter Ausrüstungsgegenstände (wie in den vorherigen Abschnitten erläutert). Derzeit sind nicht alle unten aufgeführten Codes oder Leitfäden verfügbar und viele wurden ersetzt. Geräte, die nach diesen ursprünglichen Standards entwickelt wurden, können jedoch weiterhin in Betrieb sein.

Andere Normen und Verhaltenskodizes in Bezug auf die Konstruktion von Druckbehältern

Im Vereinigten Königreich unterliegen Drucksysteme den Pressure Systems Safety Regulations 2000 (PSSR regs).

Weitere nützliche Dokumente sind:

ACOP: Sicherheit von Drucksystemen. Sicherheitsvorschriften für Drucksysteme 2000. Ref. L122. ISBN 0 7176 1767 X. Veröffentlicht von HSE Books 2000.

HS(G)93 Die Bewertung von Druckbehältern, die bei niedrigen Temperaturen betrieben werden, HSE, 1993.

BS 1500: 1958 – Schmelzgeschweißte Druckbehälter für allgemeine Zwecke. 1976 ersetzte BS 5500 diesen herkömmlichen Code im Vereinigten Königreich.

BS 1515: 1965 – Schmelzgeschweißte Druckbehälter für den Einsatz in der Chemie-, Erdöl- und verwandten Industrie. BS 5500 ersetzte diesen erweiterten Code im Jahr 1976.

BS EN 286-1:1991. Einfache unbefeuerte Druckbehälter zur Aufnahme von Luft oder Stickstoff.

API 510 Druckbehälter-Inspektionscode: Wartungsinspektion, Bewertung, Reparatur und Änderung

API RP 572 Inspektion von Druckbehältern

API-Standard 653 Tankinspektion, Reparatur, Umbau und Umbau.

API RP 520 Dimensionierung, Auswahl und Installation von Druckentlastungsgeräten in Raffinerien

ASME B16.9 Fabrikgefertigte Stumpfschweißfittings aus Schmiedestahl: 1978

ASME B16.11 Formstücke aus geschmiedetem Stahl, muffengeschweißt und mit Gewinde versehen: 1980

BS 1501: 1970 – Stähle für Druckzwecke: Teil 1 (1990) – Spezifikation für Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Mangan-Stähle Teil 2 (1988) – Spezifikation für legierte Stähle Teil 3 (1990) – Spezifikation für korrosions- und hitzebeständige Stähle

BS 1502: 1990 – Spezifikation für Stähle für befeuerte und unbefeuerte Druckbehälter: Profile und Stangen

BS 1503: 1989 – Spezifikation für Schmiedeteile aus Stahl für Druckzwecke

BS 1504: 1984 – Spezifikation für Stahlgussteile für Druckzwecke

BS 1506: 1990 – Spezifikation für Kohlenstoff-, niedriglegierte und rostfreie Stäbe und Knüppel als Schraubenmaterial zur Verwendung in Druckhalteanwendungen.

BS 2594: 1975 – Spezifikation für geschweißte horizontale zylindrische Lagertanks aus Kohlenstoffstahl.

BS 2654: 1989 – Spezifikation für vertikale, aus Stahl geschweißte, nicht gekühlte Lagertanks mit stumpfgeschweißten Mänteln für die Erdölindustrie

BS 2790: 1992 – Spezifikation für die Konstruktion und Herstellung von Großraumkesseln in Schweißkonstruktion

BS 5276: 1977 – Einzelheiten zu Druckbehältern (Abmessungen)

BS 5387: 1976 – Spezifikation für vertikale zylindrische Lagertanks aus geschweißtem Stahl für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen: doppelwandige Tanks für Temperaturen bis zu -196 °C.

ISO R831: Empfehlungen für stationäre Kessel, anwendbar auf Druckbehälter.

Druckbehälter: Nichtmetallische Konstruktionsmaterialien

BS 4994: 1987 – Spezifikation für Design und Bau von Behältern und Tanks aus verstärktem Kunststoff.

BS 6374: 1984 – Auskleidung von Geräten mit Polymermaterialien für die Prozessindustrie.

ASME Boiler and Pressure Code Teil X, Druckbehälter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (1992).

ASTM D 4021-86 Standardspezifikation für kontaktgeformte, glasfaserverstärkte, duroplastische, unterirdische Erdöllagertanks.

ASTM D 4097-88 Standardspezifikation für kontaktgeformte, glasfaserverstärkte, duroplastische, chemikalienbeständige Tanks.

Prüfung von Druckbehältersystemen. IP-Modellkodex für sichere Praktiken: Teil 13

Andere Schiffe (einschließlich Lagertanks)

API Std 620 Design und Bau großer, geschweißter Niederdruck-Lagertanks, American Petroleum Institute, 1990.

API Std 650 Geschweißte Stahltanks zur Öllagerung, American Petroleum Institute, 1988.

API Std 653 Tankinspektion, Reparatur, Änderung und Wiederaufbau, American Petroleum Institute, 1991.

API 12B – Verschraubte Produktionstanks.

API 12D – Große geschweißte Produktionstanks.

API 12F – Kleine geschweißte Produktionstanks.

API Std 2000 Entlüftung von atmosphärischen und Niederdruck-Lagertanks: Nicht gekühlt und gekühlt, American Petroleum Institute, 1998.

Wärmetauscher

BS 3274: 1960 – Rohrwärmetauscher für allgemeine Zwecke.

American Tubular Heat Exchanger Manufacturers Association (TEMA-Standards).

Die TEMA-Standards decken drei Klassen von Wärmetauschern ab:

API-Standard 660: 1987 – „Shell and Tube heat Exchangers for General Refinery Services“ ergänzt sowohl die TEMA-Standards als auch den ASME-Code.

API-Standard 661: 1992 – Luftgekühlte Wärmetauscher für allgemeine Raffineriedienstleistungen.

BS 1113: 1992 – Spezifikation für die Konstruktion und Herstellung von Wasserrohr-Dampferzeugungsanlagen (einschließlich Überhitzer, Zwischenüberhitzer und Stahlrohr-Economiser).

BS: 799: 1981 – Ölverbrennungsgeräte

BS 5410: 1976 – Verhaltenskodex für die Ölfeuerung

Britischer Gas-Verhaltenskodex für große Gas- und Zweistoffbrenner (BG-Brennerkodex)

API-Standard 560 – Befeuerte Heizgeräte für allgemeine Raffineriedienste, 1986.

BS 7322: 1990 Spezifikation für die Konstruktion und den Bau von Kolbenkompressoren für die Prozessindustrie

API-Standard 610: 1989 Kreiselpumpen für allgemeine Raffineriedienstleistungen.

API-Standard 611: 1988 Allzweck-Dampfturbinen für Raffineriedienstleistungen.

API-Standard 612: 1987 Spezialdampfturbinen für Raffineriedienstleistungen.

API-Standard 613: 1988 Spezialgetriebe für Raffineriedienstleistungen.

API-Standard 614: 1992 Schmier-, Wellendichtungs- und Steuerölsysteme für Spezialanwendungen.

API-Standard 616: 1992 Gasturbinen für Raffineriedienstleistungen.

API-Standard 617: 1988 Radialkompressoren für allgemeine Raffineriedienstleistungen.

API-Standard 618: 1986 Kolbenkompressoren für allgemeine Raffineriedienstleistungen.

API-Standard 619: 1985 Rotationskompressoren mit positiver Verdrängung für allgemeine Raffineriedienste.

API-Standard 674: 1987 Verdrängerpumpen – Kolben.

API-Standard 676: 1987 Verdrängerpumpen – rotierend.

ASME 19.1 – 1990 Luftkompressorsysteme.

ASME 19.3 – 1991 Sicherheitsstandards für Kompressoren für die Prozessindustrie.

ASME B73.1M – 1991 Spezifikationen für Kreiselpumpen mit horizontaler Endansaugung für die chemische Industrie.

ASME B73.2M – 1991 Spezifikationen für vertikale Inline-Kreiselpumpen für die chemische Industrie.

BS 767: 1987 – Spezifikation für Zentrifugen vom Korb- und Schüsseltyp zur Verwendung in industriellen und kommerziellen Anwendungen.

BS 4082: 1969 – Spezifikation für Außenmaße für vertikale Inline-Kreiselpumpen.

BS 5257: 1975 – Spezifikation für Kreiselpumpen mit horizontaler Endansaugung (16 bar).

BS 7322: 1990 – Spezifikation für die Konstruktion und den Bau von Kolbenkompressoren für die Prozessindustrie.

BS 4675: 1976 – Mechanische Vibration in rotierenden Maschinen

Lees, FP, Loss Prevention in the Process Industries: Hazard Identification, Assessment and Control“, Bände 1-3, 2. Auflage, 1996. Butterworth Heinemann. ISBN 0750615478.

Mecklenburgh, JC, „Process Plant Layout“, George Godwin/IChemE, London, 1985. ISBN 0711457549.

Perry, Robert H., Green Don W., „Perry's Chemical Engineer's Handbook“, Siebte Auflage, 1997, McGraw-Hill. ISBN 0070498415.

Kern, DQ, „Process Heat Transfer“, International Student Edition, McGraw Hill, ISBN 0070341907.

Coulson JM und Richardson JF, „Chemical Engineering Volumes 1-6“. Dritte Auflage, Pergamon Press.

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