Prozess- und Anlagensicherheit

Vorwort zur 2. Auflage......Page 6
Vorwort......Page 7
Inhaltsverzeichnis......Page 9
1.1	Einleitung......Page 15
Literatur......Page 23
2.1	Entzündbarkeit......Page 25
2.1.1.1 Explosionsgrenzen......Page 27
2.1.1.2 Explosionsgrenzen für Gemische......Page 33
2.1.1.3 Zündtemperatur......Page 34
2.1.1.4 Mindestzündenergie......Page 35
2.1.1.5 Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit......Page 36
2.1.1.6 Grenzspaltweite und Normspaltweite......Page 38
2.1.1.7 Flammenarten......Page 39
2.1.1.8 Adiabate Flammentemperatur......Page 42
2.1.1.9 Explosionen......Page 45
2.1.1.10 Maximaler Druck und maximaler zeitlicher Druckanstieg......Page 48
2.2	Chemisch instabile Stoffe – Zersetzung und Polymerisation......Page 56
2.3.1	Flammpunkt......Page 57
2.3.2	Brennpunkt......Page 58
2.4.1	Selbstentzündung......Page 59
2.4.3	Explosionsgrenzen......Page 60
2.4.4	Mindestzündenergie......Page 61
2.4.6	Maximaler Explosionsdruck und maximaler zeitlicher Druckanstieg......Page 62
2.5	Sprengstoffe......Page 65
2.5.4	Spitzendruck......Page 66
2.5.5	Explosionsenergie......Page 67
2.6.1	Begrenzung der Langzeitexposition......Page 73
2.6.2.2 Probitbeziehungen......Page 75
Literatur......Page 80
3.1	Formalkinetische Beschreibung chemischer Reaktionen......Page 84
3.2	Reaktormodelle......Page 85
3.2.1	Absatzweise betriebener Rührkesselreaktor („Batch“-Reaktor)......Page 86
3.2.2	Kontinuierlich betriebener Rührkesselreaktor......Page 95
3.2.3	Idealer Strömungsrohrreaktor......Page 98
3.3	Autokatalytische Reaktionen......Page 100
3.4	Polymerisation......Page 104
3.5.1	Hohe Drücke......Page 105
3.5.3	Hohe Temperaturen......Page 106
3.5.4	Niedrige Temperaturen......Page 107
3.6	Endotherme Prozesse......Page 110
Literatur......Page 111
4 Sichere Auslegung und Betrieb von Anlagen......Page 112
4.1.1	Verfahrensgestaltung......Page 113
4.1.2.2 Sicherheitstechnische Prüfung im Rahmen der Beschaffung und Errichtung......Page 114
4.1.3	Betrieb......Page 115
4.1.5	Qualitätssicherung......Page 116
4.1.6	Alarm- und Gefahrenabwehrpläne, Information der Öffentlichkeit......Page 117
4.2	Prinzipien der Anlagensicherheit und grundlegende Konzepte......Page 118
4.2.1	Inhärente Sicherheitsmaßnahmen......Page 123
4.2.2	Passive Sicherheitsmaßnahmen......Page 128
4.2.3	Aktive Sicherheitsmaßnahmen......Page 131
4.2.4	Organisatorische Maßnahmen......Page 134
4.2.5	Auslegung sicherheitstechnischer Einrichtungen......Page 135
4.3	Umgebungsbedingte Gefahrenquellen......Page 155
4.3.1	Erdbeben......Page 156
4.4	Abstände zwischen Aggregaten und Teilanlagen......Page 162
4.5	Brand- und Explosionsschutz......Page 163
4.5.1	Zündquellen......Page 165
4.5.1.1 Selbsterwärmung und Selbstentzündung......Page 166
4.5.1.2 Statische Elektrizität......Page 178
4.5.1.3 Elektrostatische Aufladung......Page 184
4.5.2	Maßnahmen zum Schutz vor Bränden und Explosionen......Page 192
Literatur......Page 209
5 Arbeitsschutz und persönliche Schutzausrüstung......Page 212
5.2	Apparate, Maschinen und Werkzeuge......Page 214
5.3	Gefährdungsbeurteilung......Page 216
5.4	Persönliche Schutzausrüstung......Page 220
5.5	Sichere Handhabung von Chemikalien......Page 221
5.5.2	Probeentnahme......Page 222
5.5.3	Reinigen von Behältern und anderen Apparaten......Page 224
5.6	Arbeiten bei besonderen Gefahren – Arbeitsfreigabe......Page 225
Literatur......Page 229
6 Absicherung von Prozessanlagen durch PLT-Einrichtungen......Page 231
6.1	Reglercharakteristka und R&I-Fließschema......Page 232
6.2	Prozessleitsysteme......Page 239
6.3	Integration programmierbarer elektronischer Systeme in das Sicherheitskonzept......Page 242
Literatur......Page 252
7 Absicherung von Apparaten (end-of-the-pipe technology)......Page 254
7.1	Sicherheitsventile......Page 255
7.2	Berstsicherung......Page 256
7.3	Kombination von Sicherheitsventil und Berstsicherung......Page 257
7.4.1	Energiebilanz für den stationären Fließprozess......Page 258
7.4.2	Flüssigkeiten......Page 259
7.4.3	Gase oder Dämpfe......Page 261
7.4.4	Zweiphasenströmung......Page 266
7.4.4.1 Strömung gesättigter Flüssigkeit und Zweiphasenströmung......Page 267
7.4.4.2 Unterkühlte Flüssigkeit......Page 268
7.4.4.3 Nicht kondensierbares Gas und Flüssigkeit......Page 269
7.4.5	Abzuführender Massenstrom......Page 272
7.4.6	Entlastungs- und Rückhaltesysteme......Page 278
7.5	Konstruktiver Explosionsschutz......Page 287
7.5.1	Deflagrations- und detonationssichere Flammensperren für Gase......Page 288
7.5.2	Einsatz von Flammendurchschlagsicherungen in der Praxis......Page 292
7.5.3	Sicherheitskonzept......Page 295
7.5.4	Flammensperren für Stäube......Page 296
Literatur......Page 297
8.1	Risiko- und Sicherheitsanalysen im Überblick......Page 299
8.2	Riskogrenzwerte......Page 315
8.2.1	Individualrisiko......Page 316
8.2.2	Kollektivrisiko......Page 317
8.3	Darstellung von Risiken......Page 319
Literatur......Page 321
9.1	Grundlagen......Page 323
9.1.1	Ausfälle und Sicherheitsfaktoren......Page 325
9.1.2	Eingangsinformationen und Analysemethoden......Page 331
9.1.2.1 Checklisten......Page 333
9.1.2.2 Gefährdungsindizes......Page 335
9.1.2.3 Das PAAG-Verfahren......Page 341
9.1.2.4 Ausfalleffektanalyse......Page 347
9.1.2.5 Ereignisablaufanalyse......Page 351
9.1.2.6 Layer of Protection Analysis (LOPA)......Page 355
9.1.2.7 Fehlerbaumanalyse......Page 356
9.1.2.8 Ermittlung unerwünschter und auslösender Ereignisse......Page 364
9.2	Mathematische Beschreibung von Komponenten technischer Systeme......Page 369
9.2.1	Exponentialverteilung......Page 373
9.2.2	Andere Verteilungstypen......Page 374
9.2.3	Konstante Wahrscheinlichkeiten......Page 375
9.3.1.1 Ermittlung von Ausfallraten......Page 376
9.3.1.2 Ermittlung von Nichtverfügbarkeiten......Page 379
9.3.2	Vertrauensbereiche......Page 380
9.3.2.1 Ausfallraten......Page 381
9.3.3	Bayes’sche Auswertung von Zuverlässigkeitskenngrößen......Page 382
9.3.4	Behandlung von Unsicherheiten......Page 387
9.3.5	Übertragbarkeit von Zuverlässigkeitskenngrößen......Page 388
9.4	Boolesche Variable und ihre Anwendung in der Fehlerbaumanalyse......Page 389
9.4.1	Reihenschaltung im Sinne der Zuverlässigkeit......Page 391
9.4.3	Systeme mit Negation......Page 392
9.4.4	Auswahlsystem des Typs 2 von 3......Page 393
9.4.5	Multilinearform der Strukturfunktion und Bestimmung von Zuverlässigkeitskenngrößen des Systems......Page 395
9.5	Methoden zur Erhöhung von Überlebenswahrscheinlichkeit und Verfügbarkeit......Page 400
9.5.1	Systeme mit Reserveelementen......Page 401
9.5.2	Instandhaltungsmodelle......Page 404
9.5.2.1 Wiederkehrende Prüfung......Page 405
9.5.2.2 Komponenten, die instandgesetzt werden, nach der Theorie der Markov Prozesse......Page 415
9.6	Abhängige Ausfälle......Page 421
9.6.1	Ursachen......Page 422
9.6.2	Gegenmaßnahmen......Page 423
9.6.3	Sekundärausfälle......Page 425
9.6.4	Kommandierte Ausfälle......Page 426
9.6.5	Gemeinsam verursachte Ausfälle (GVA)......Page 427
9.6.6	Schlussbemerkung......Page 429
9.7	Personalhandlungen......Page 431
9.7.1	Vorgehen bei der Analyse von Personalhandlungen......Page 434
9.7.2	Wichtige Einflussfaktoren für die menschliche Zuverlässigkeit......Page 436
Literatur......Page 482
10 Störfallfolgen......Page 485
10.1.1	Eintrittshäufigkeiten......Page 489
10.1.2	Leckgrößen......Page 492
10.1.3	Geometrie der Öffnung......Page 493
10.2	Freisetzungen aus Leckagen......Page 494
10.2.1	Ausströmen von Flüssigkeiten aus einem Behälter......Page 495
10.2.2	Ausströmen von Flüssigkeiten aus einem Rohrleitungsleck......Page 501
10.2.3	Ausströmen von Gasen oder Dämpfen aus einem Behälter......Page 505
10.2.5	Ausströmen eines Zweiphasengemisches aus einem Behälter......Page 506
10.2.5.1 Aufwallen der Flüssigkeit nach Druckentlastung......Page 513
10.2.5.2 Entleerung eines Tanks mit druckverflüssigtem Gas......Page 514
10.3.1	Flüssigkeiten......Page 517
10.3.2	Gase......Page 519
10.3.3	Zweiphasenströmung und Entspannungsverdampfung......Page 524
10.4	Lachenbildung und Verdampfung aus der Lache......Page 530
10.5	Atmosphärische Ausbreitung......Page 536
10.5.1.1 Wind......Page 537
10.5.1.2 Stabilität......Page 539
10.5.1.3 Modellierung......Page 540
10.5.2	Schwergasausbreitung......Page 549
10.5.2.1 Modellierung......Page 550
10.5.3	Auswirkungen der atmosphärischen Ausbreitung......Page 553
10.6.1.1 Lachendimensionen......Page 556
10.6.1.2 Abmessungen der Flamme......Page 557
10.6.1.4 Wärmestromdichte im Abstand von der Quelle......Page 558
10.6.2	Gase......Page 563
10.6.2.1 Gaswolkenfeuer und Feuerbälle......Page 564
10.6.2.2 Strahlfeuer......Page 574
10.6.3	Explosionen......Page 576
10.6.3.1 Die TNT-Äquivalent Methode......Page 578
10.6.3.2 Die TNO-Multi-energy Methode......Page 584
10.6.3.3 Die Baker-Strehlow-Tang Methode......Page 589
10.7	BLEVE......Page 595
10.8	Staubexplosion......Page 604
10.9.1	Flugbahnberechnung......Page 607
10.9.2	Ermittlung der Koeffizienten der Flugbahngleichungen......Page 609
10.9.2.1 Anfangsgeschwindigkeit eines Bruchstücks......Page 610
10.9.2.4 Widerstandsbeiwert......Page 612
10.9.2.6 Monte-Carlo Auswertung......Page 613
10.10	Szenarien und ihre Wahrscheinlichkeitsbewertung......Page 618
10.10.2	Verzögerte Zündung......Page 619
10.10.4	Explosion......Page 621
Literatur......Page 632
11 Funktionale Sicherheit („Safety Integrity Levels SIL“)......Page 636
Literatur......Page 655
12.1	Einleitung......Page 656
12.2	Risikobasierte Vorgehensweise......Page 657
12.2.1.1 Freisetzungshäufigkeiten......Page 659
12.2.1.2 Freigesetzte Stoffmengen......Page 661
12.2.3.1 Entzündbare Stoffe......Page 662
12.2.3.2 Toxische Stoffe......Page 663
12.2.4	Schaden und Risiko......Page 664
12.4.1	Risikomaßstäbe......Page 665
12.4.3	Beispiel für die Planung eines Areals......Page 666
12.5	Deterministische Vorgehensweise in Deutschland nach den Leitfäden der Kommission für Anlagensicherheit (KAS)......Page 669
12.5.1	Randbedingungen für die Berechnung der Szenarien bei der Einzelfallbetrachtung......Page 671
12.5.2.1 Planung einer Anlage auf der grünen Wiese (Ermittlung ohne Detailkenntnisse)......Page 679
12.5.2.2 Angemessene Abstände bei einem bestehenden Betriebsbereich (Ermittlung mit Detailkenntnissen)......Page 681
12.5.2.3 Freisetzung von Propan......Page 689
12.5.2.4 Freisetzung von Fluorwasserstoff (HF) in einer Lagerhalle......Page 691
12.5.2.5 Freisetzung aus einem Gebinde mit Flusssäure......Page 694
12.5.2.6 Freisetzung von Dieselkraftstoff mit nachfolgendem Lachenbrand......Page 696
Literatur......Page 697
Anhang A: GHS – Global Harmonisiertes System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien......Page 700
Schrifttum zum Anhang A......Page 702
B.1 Probit-Beziehungen......Page 703
Schrifttum zum Anhang B......Page 710
C.1 Ereignisse und Zufallsexperimente......Page 711
C.2 Wahrscheinlichkeiten......Page 713
C.3 Bedingte Wahrscheinlichkeiten und Unabhängigkeit......Page 714
C.4 Totale Wahrscheinlichkeit und Bayes’scher Satz......Page 715
C.5 Zufallsvariable und Verteilungen......Page 716
C.6 Verschiedene Verteilungstypen......Page 719
C.7 Schätzen von Parametern......Page 721
C.8 Wahrscheinlichkeitsbäume......Page 722
Schrifttum zum Anhang C......Page 723
Schrifttum zum Anhang D......Page 724
Stichwortverzeichnis......Page 729