Zünd­quel­len­über­wa­chung in Ex-Umgebungen

Die Zustands­über­wa­chung von Pum­pen über­nimmt in indus­tri­el­len Pro­zes­sen eine zen­tra­le Funk­ti­on und geht weit über den rei­nen Schutz des Pum­pen­ag­gre­gats hin­aus. Neben der prä­ven­ti­ven War­tung und der Erfas­sung von Betriebs­da­ten hat die Zünd­quel­len­über­wa­chung beson­ders in Ex-Umge­bun­gen in den ver­gan­ge­nen Jah­ren deut­lich an Bedeu­tung gewon­nen. Eine prä­zi­se Risi­ko­ein­stu­fung ist ent­schei­dend, um Explo­sio­nen zu ver­hin­dern. Denn nur eine siche­re Pum­pen­über­wa­chung sorgt für rei­bungs­lo­se Pro­zes­se und damit für Effi­zi­enz im Unternehmen.

Sicher­heits­ex­per­ten vom TÜV ken­nen das Sze­na­rio: Pum­pen ohne aus­rei­chen­de Stand­fes­tig­keit kön­nen schnell heiß lau­fen. Die­se Hit­ze kann zu einer Explo­si­on mit einem ver­hee­ren­den Scha­den in der Pro­duk­ti­on füh­ren. Mög­li­cher­wei­se bleibt das Unter­neh­men auf einem Teil des Scha­dens sit­zen, wenn die Haft­pflicht­ver­si­che­rung dem Unter­neh­men Fahr­läs­sig­keit nach­wei­sen kann. Nicht gesi­cher­te Pum­pen­ag­gre­ga­te sind also ein hohes betriebs­wirt­schaft­li­ches Risi­ko. Mehr noch: Das ver­ant­wort­li­che Manage­ment begeht eine Straf­tat, wenn es sich nicht an die gesetz­li­chen Vor­ga­ben hält.

Nur weni­ge Her­stel­ler decken mit ihren Pro­duk­ten und Lösun­gen die kom­plet­te Sicher­heits­ket­te für Mess‑, Steue­rungs- und Rege­lungs­tech­nik (MSR) ab.

Sicher­heit im Pro­duk­ti­ons­ab­lauf hat für Unter­neh­men aber obers­te Prio­ri­tät. Daher gibt es zahl­rei­che Nor­men und Ver­ord­nun­gen, die inein­an­der­grei­fen müs­sen. Sie alle erfor­dern eine kon­se­quen­te Anwen­dung, wie bei­spiels­wei­se der Betriebs­si­cher­heits­ver­ord­nung und der TRGS 725 (Tech­ni­sche Richt­li­nie für Gefahrstoffe).

Was auf den ers­ten Blick ein­fach und logisch klingt, wird kom­plex, sobald man sich in den Dschun­gel der Nor­men, Richt­li­ni­en, Ver­ord­nun­gen, tech­ni­schen Regeln und Her­stel­ler­emp­feh­lun­gen begibt, die bei der Zünd­quel­len­über­wa­chung beach­tet wer­den müssen.

Rele­vant für die­ses The­ma sind die IEC/EN 60079-xx als Nor­men­werk zum The­ma Explo­si­ons­schutz, die DIN EN 50495 (Sicher­heits­ein­rich­tun­gen für den siche­ren Betrieb von Gerä­ten im Hin­blick auf Explo­si­ons­ge­fah­ren) und die DIN EN 14597 (Tem­pe­ra­tur­re­gel- und Begrenzer­ein­rich­tung für wär­me­er­zeu­gen­de Anla­gen).

Die Betrach­tung Norm DIN EN 14597 umfasst immer ein kom­plet­tes Mess- und Regel- sowie Begrenz­ersys­tem bestehend aus Sen­sor, Logik und Akto­rik. Dabei wer­den z. B. fol­gen­de Betrach­tun­gen für die Ein­zel­kom­po­nen­ten zertifiziert:

-             Ansprech­ver­hal­ten von der Sensorik

-             Reak­tio­nen (Wir­kungs­wei­sen) der Auswerteelektronik

-             Zuver­läs­sig­keit / Lebens­dau­er der Aktorik.

Hin­zu kom­men aus dem Bereich der Funk­tio­na­len Sicher­heit die IEC/EN 61508, EN/ISO 13849 sowie die EN/IEC 62061 und EN/IEC 61511, die TRGS 725 plus evtl. wei­te­re pro­dukt­spe­zi­fi­sche Normen.

Nahm frü­her der elek­tri­sche Explo­si­ons­schutz tra­di­tio­nell brei­ten Raum bei den Sicher­heits­vor­keh­run­gen ein, rück­te die letz­ten Jah­re zuneh­mend die mecha­ni­sche Kom­po­nen­te als poten­zi­el­le Zünd­quel­le in den Fokus.

Zen­tral für das The­ma Zünd­quel­len­über­wa­chung ist die EN 50495, die 2011 in Euro­pa ver­öf­fent­licht wur­de. Die­se legt fest, dass im Explo­si­ons­schutz poten­zi­el­le Zünd­quel­len durch ver­schie­de­ne Zünd­schutz­ar­ten eli­mi­niert (redu­ziert) bzw. unwirk­sam gemacht wer­den. Dabei ist es erfor­der­lich, dass unver­meid­ba­re Rest­zünd­quel­len durch geeig­ne­te Sicher­heits­ein­rich­tun­gen wirk­sam über­wacht wer­den. Die­se Ein­rich­tun­gen müs­sen die ent­spre­chen­den Maß­nah­men inner­halb der ange­mes­se­nen Reak­ti­ons­zeit aus­füh­ren. Die EN 50495 unter­schei­det dabei ein­fa­che Sicher­heits­ein­rich­tun­gen Typ a (z. B. Ther­mo­schal­ter, Heiß­lei­ter oder Tem­pe­ra­tur­über­wa­chungs­ein­heit) und kom­ple­xe Sicher­heits­ein­rich­tun­gen Typ b. Letz­te­re sind Ein­rich­tun­gen, die unab­hän­gig von der Zünd­schutz­art Betriebs­mit­tel unter Kon­trol­le (EUC) instal­liert wer­de. Bei­spie­le hier­für sind Über­last­schutz­ein­rich­tun­gen für Elek­tro­mo­to­ren mit Zünd­schutz­art Ex(e) oder Exter­ne Steu­er­ein­rich­tun­gen für die Zünd­schutz­art Über­druck­kap­se­lung Ex℗. Eben­falls rele­vant ist die EN 14597. Die­se Euro­päi­sche Norm gilt für elek­tri­sche oder nicht elek­tri­sche Tem­pe­ra­tur­re­gel- und Begrenzer­ein­rich­tun­gen, die zur Rege­lung und Über­wa­chung der Tem­pe­ra­tur in wär­me­er­zeu­gen­den Anla­gen durch Rege­lung der Ener­gie­zu­fuhr ver­wen­det wer­den. Sie gilt zur Sicher­stel­lung, dass die Tem­pe­ra­tur in den wär­me­er­zeu­gen­den Anla­gen eine zuvor fest­ge­leg­te Gren­ze (Tem­pe­ra­tur­klas­se) nicht über­schrei­tet. Die Betrach­tung die­ser Norm umfasst immer ein kom­plet­tes Mess‑, Regel- und Begrenz­ersys­tem bestehend aus Sen­sor, Logik und Akto­rik. Dabei wer­den z. B. das Ansprech­ver­hal­ten der Sen­so­rik, die Reak­tio­nen bzw. Schalt­ver­hal­ten der Aus­wer­t­elek­tro­nik und die Zuverlässigkeit/Lebensdauer der Akto­rik für die Ein­zel­kom­po­nen­ten zertifiziert.

Wie sehen das kom­ple­xe Zusam­men­spiel der Regeln und Nor­men nun am kon­kre­ten Bei­spiel aus? Wel­che Mög­lich­kei­ten bestehen für Anwen­der, die eine SIL-gerech­te Tem­pe­ra­tur­über­wa­chung an einem Erhit­zer oder Mischer pro­jek­tie­ren müs­sen? Die schein­bar nahe­lie­gends­te Mög­lich­keit, so etwas über eine SPS oder einen nor­ma­len Mess­um­for­mer zu rea­li­sie­ren, schei­det sowohl nach EN 50495 und EN 14597 aus. Denn eine SPS oder Mess­um­for­mer haben in der Regel kei­ne zer­ti­fi­zier­te Bau­mus­ter­prü­fung ihrer Eigenschaften.

Da die SIL Bewer­tung durch die TRGS ( tech­ni­sche Regel) 725, bin­dend für jeden Betrei­ber ist, muss sowohl die vor­he­ri­ge Beschrei­bung der Nor­men und eine Betrach­tung nach SIL ( Safe­ty Inte­gri­ty Level) oder PL (Per­for­mens Level) erfolgen.

Die SIL‑, PL-Ein­stu­fung ist eine rei­ne Aus­fall­wahr­schein­lich­keits­be­rech­nung der Bau­tei­le und hat damit kei­ne Aus­sa­ge, dass die Funk­ti­on der Abschal­tung rich­tig arbei­tet, bezie­hungs­wei­se eine Ver­rie­ge­lung nach Fehl­funk­ti­on erfolgt. Das heißt, dass hier dann die Beweis­last­um­kehr im Scha­dens­fall vor­liegt. Um mit einer SPS eine SIL-gerech­te Lösung zu rea­li­sie­ren, sind also umfang­rei­che­re Doku­men­ta­ti­ons- und Pro­gram­mier­an­wen­dun­gen nötig. Die hier­für not­wen­di­gen Inves­ti­ti­ons­kos­ten dif­fe­rie­ren in Abhän­gig­keit von der Kanal­an­zahl und dem Soft­ware­auf­wand. Dar­über hin­aus muss jede Appli­ka­ti­on sepa­rat nach SIL/PL berech­net und bewer­tet werden.

Maschi­nen- und Anla­gen­pla­ner, die schon Berüh­rungs­punk­te mit dem The­ma „Funk­tio­na­le Sicher­heit“ hat­ten, müs­sen bereits fest­ge­stellt haben, wie kom­plex und viel­fäl­tig das The­ma ist.

Die Ver­ant­wor­tung um das Scha­den­ri­si­ko, die Betrei­ber und Pla­ner von Schutz­ein­rich­tun­gen tra­gen, ist immens. Sie müs­sen siche­re Kom­po­nen­ten anschaf­fen und ste­hen vor einem rie­si­gen Berg aus Zah­len und For­meln. Am Ende wis­sen sie immer noch nicht, ob alles rich­tig berech­net ist.

Dass es auch ein­fa­cher geht, zeigt Jumo Safe­ty Per­for­mance. Unter die­sem Mar­ken­na­men sind alle Pro­duk­te und ‑Dienst­leis­tun­gen des Unter­neh­mens zu den The­men SIL und PL zu fin­den. Mit Safe­ty Per­for­mance bie­ten das Unter­neh­men seit Jah­ren ein zer­ti­fi­zier­tes Kom­pakt­sys­tem für die funk­tio­na­le Sicher­heit nach SIL und PL.

Das Unter­neh­men gewähr­leis­tet norm- und rechts­kon­for­me Sicher­heit. Kurz­um: Es ist ein kom­plet­tes Sicher­heits­sys­tem bestehend aus Sen­sor, Logik und Relais­aus­gang zur Betä­ti­gung des Aktors aus einer Hand.