120. Sicherheitstechnische Auslegung und Absicherung von verfahrenstechnischen Anlagen mit Hilfe eines wissensbasierten Systems

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    11-Jun-2016

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  • Chemie lngenieur Technik (68) 9 I 9 6 1142

    Abbildung. Anderung der PartikelgroBe bei Variation des Produktmassenstroms.

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    119

    On-line-Messung der Partikelgrone in der pneumatischen Forderung hinter einer Spiralstrahlmuhle

    D R I N G M B E N Z (Vortragender). D l P L - I N G J M A H R E N H O L Z , D R I R S C H M I T Z

    Bayer AG, D-51368 Leverkusen

    Die PartikelgroRenverteilung eines strahlgemahlenen Guts kann im allgemeinen erst nach Vorliegen des Produkts im Silo nach Pro- bennahme und -teilung ermittelt werden. Zur Abkurzung dieses zeit- und fehlerintensiven Vorgangs wird bei Meinen Durchsatzen die In-line-Messung der PartikelgroRenverteilung mit Laserbeu- gungsmeRgeraten eingesetzt. Dabei wird der gesamte Produkt- strom durchstrahlt und analysiert. Bei grol3eren Muhlen 1aBt die durch die optische Dicke auftretende Vielfachstreuung diesen ein- fachen Ansatz nicht zu. Eine - moglichst reprasentative - Proben- nahme 1st daher unvermeidlich. Bei Spiralstrahlmuhlen wird diese durch eine auftretende Strahnenbildung besonders erschwert, so daR bisher keine On-line-Messungen moglich waren.

    Bei der Bayer AG wurde eine neue Entnahmesonde konstruiert, die eine kontinuierliche Probennahme in der pneuma- tischen Forderung hinter einer Spiralstrahlmuhle ermoglicht. Sie besteht aus einer venturidusenartigen Rohrverengung rnit Leitflu- geln sowie einer isokinetisch ausgelegten Fingersonde hinter der Verengungsstrecke. Die Leitflugel brechen den Drall der Stromung, die Rohrverengung dient der StromungsvergleichmaRigung. Am Ende der Rohrverengung liegen die fur eine Teilstromentnahme notwendigen Bedingungen - gleichmaRige Produktverteilung und Stromung - vor.

    Zur Uberpfifung der Wirksamkeit der Sonde wurden mit einem Prandtl-Rohr Stromungsprofilmessungen durchge- fuhrt. Sie belegen eine sehr gute VergleichmaRigung der Stro- mung bei allen einstellbaren Muhlenvordrucken. Messungen der Partikelgronenverteilung an mehreren Stellen des Rohrquer- schnitts bestatigten, dal3 tatsachlich eine gleichmaflige Produktver-

    teilung erzeugt werden konnte. Eine Strahne war nicht mehr nachweisbar.

    Die On-line-Messungen wur- den an einer Spiralstrahlmuhle von 300 mm Durchmesser (Luftdurchsatz 400 m3/h bei 7 bar Mahldusenvordruck) mit Kalkstein und Zucker als Mahlgut (Produktdurchsatz 30 bis 60 kg/h) durch- gefuhrt. Fur die Vermessung der Parti- kelgroRenverteilung wurde ein Laser- beugungsmeflgerat (HELOS VARIO) mit einem Eigenbau-Injektor zur Absau- gung und Dispergierung des Mahlguts eingesetzt. Eine isokinetische Absau- gung wurde durch Injektorsaugleistung und Auswahl der Fingersonde sicherge- stellt. Bei starken Anderungen des Luft- durchsatzes mit Abweichungen von der Isokinetik kann rechnerisch korrigiert werden.

    Die Ergebnisse der Partikel- groRenanalyse konnen einem Rechner in der MeRwarte unmittel- bar ubermittelt und in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt werden (s. Abb.). Die Ubereinstimmung der On-line-Daten mit gleichzeitig genommenen Off-line-Proben ist sehr gut. Alle Anderungen der Muhlenparameter Mahldiisenvordruck und Produktdurchsatz so- wie Storungen konnen verfolgt und dokumentiert werden. An- und Abfahrvorgange der Muhle (teilweise rnit einer Dauer bis zu 10 Minuten) sind deutlich erkennbar. Mit Hilfe der neuen Probenah- mesonde wird kunftig auch der Aufbau einer Muhlenregelung moglich sein.

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    Sicherheitstechnische Auslegung und Absicherung von verfahrens- technischen Anlagen mit Hilfe eines wissensbasierten Systems

    D I P L . - I N G

    P R O F . D R . H:G. S C H E C K E R

    E . L E I M E R (Vortragender).

    Fachbereich Chemietechnik, Universitat Dortmund, D-44227 Dortmund,

    D I P L . - I N G . G . K I E S E . D R . - I N G . 5 . M U S C H E L K N A U T Z

    Linde AG, D-82049 Hollriegelskreuth.

    Die sicherheitstechnische Auslegung und Absicherung der Appa- rate und Rohrleitungen einer Chemieanlage wird vom Gesetzgeber im Rahmen der Betriebsgenehmigung gefordert wird. Fur die Er- mittlung der zulassigen Betriebsbedingungen werden alle geplan- ten verfahrenstechnischen Betriebszustande (inkl. Dampfbildung, An- und Abfahren usw) betrachtet. Ausgehend von diesen Be- triebszustanden wird untersucht, wie sich die Verfahrenspafame- ter (Druck, Temperatur und Zusammensetzung) bei Storungen wie Regelventilfehler, interne Undichtigkeit oder uberhohtem Warme- eintrag in Warmeaustauschern andern.

  • Chemie lngenieur Technik (68) 9 : 96 1143

    Unter Beriicksichtigung der wirtschaftlichen Gesichts- punkte werden die zulassigen Betriebsbedingungen und deren Ab- sicherung festgelegt. Aus technischer Sicht wird eine inharent si- chere Auslegung bevorzugt, welche auch Storungsbedingungen mit einschliejit. Wenn wirtschaftliche Zwange dies nicht zulas- sen, werden unzulassige Uberschreitungen der zulassigen Be- triebsbedingungen rnit sekundaren AbsicherungsmaBnahmen (z. B. Sicherheitsventil, Berstscheibe, MSR-Technik oder organisa- torische Mafinahmen) verhindert.

    ensbasierte Programm CASSY (Computer h- ded Safety System), das in Zusammenarbeit zwischen der Linde AG und der Univcrsitat Dortmund entwickelt wird, sol1 die syste- matische sicherheitstechnische Bearbeitung in allen Planungs- phasen unterstutzen.

    Das auf der Espertensystemschale Nexpert Object von Neuron Data basierende System greift sowohl auf die Topologie als auch auf die Verfdhrens- und Apparatedaten der Anlage zuriick. Auch projektspezifische Randbedingungen (Klima, Regelwerk usw) werden beriicksichtigt. Das venvendete Datenmodell ermog- licht die exakte Abbildung der Anlagentopologie.

    CASS\~ ist so konzipiert, daB es im Verbund mit CAD- Systemen. einer zentralen Datenbank sowie einem Stoffwertbe- rechnungsprogramm arbeitet. Die Anwendung ist portabel, da Nexpert Object sowie die Benutzeroberflache Open Interface fur verschiedene Rechnerplattformen verfugbar sind.

    Die Enhvicklung des wissensbasierten Systems erfolgt anhand von ausgewahlten ProzeBgruppen (z. B. Rektifikation). Ein wichtiger Schritt be1 der Entwicklung ist die Wissensakquisition, wobei das zu implementierende Wissen erfaflt und strukturiert werden muR. Hicrbei wird auch das praxisorientierte Wissen der Linde AG mit einbezogen. Die im System hinterlegten Regeln be- ziehen sich auf einzelne Apparatetypen und nicht auf ProzeRgrup- pen. Somit ist das im Programm implementierte Wissen auch auf andere Anlagentpen anwendbar.

    Wahrend der Bearbeitung macht das Programm Vor- schlage zur Bearbeitungsreihenfolge und uberpriift die Vollstan- digkeit der Betrachtung. Ausgehend von einem Apparat werden bei der Auslegung jeweils zuerst die Verfahrensbedingungen be- trachtet, die immer durch die zulassigen Betriebsbedingungen ab- gedeckt sein mussen

    Abbildung. InformationsfluB bei der systematischen sicherheitstechni- schen Auslegung rnit Hilfe des wissensbasierten Systems CASSY.

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    Aualcgung

    AnschlieRend untersucht das System alle Zu- sowie Abstromleitungen auf mogliche Storungen. Diese konnen, bedingt durch okonomische Gesichtspunkte, auch sekundar abgesichert werden. Uber die Art der Absicherung entscheidet der Bearbeiter.

    Fur die Dokumentation wird das Lindt-Checklisten- Verfahren angewendet. In der Praxis hat sich diescs Verfahren bereits wegen seiner ubersichtlichen, vollstandigiin und gut nachvollziehbaren Reprasentation der Untersuchungsergebnisse bewahrt.

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    Gasinduziertes Einmischen von Reaktionsstoppern - Entwicklung einer Sicherheitseinrichtung fur Lagertan ks

    D R - I N G . R . S C H I M E T Z E K (amposter), D I P L . - I N G . U . B R A N D S , D R - I N G H . G I E S B R E C H T

    D R - 1 N G . A . U L O N S K A . D R - 1 N G . P . Z E H N E R

    BASF Aktiengesellschaft, D- 67056 Ludwigshafen.

    Die Bereitstellung von Reaktionsstoppern und deren hedarfsge- rechte Einspeisung kann in Erganzung zu organisatorischen und PLT-Mafinahmen ein einfaches und sehr wirksames Instrument zur Erhohung der Sicherheit bei der Lagerung reaktionsfahiger Chemikalien sein. Dabei mufl die Homogenisierung des Reaktions- stoppers im Lagertank auch bei Ausfall von Ruhrer und Betriebs- fiihrung sichergestellt sein. Dies erfolgt durch bodennahe Direkt- einleitung von unter Druck bevorratetem Gas nach dein drliftprin- zip. Da das Gas zumeist problemlos aus dem Lagertank abgefiihrt werden kann, ist das einspeisbare Volumen im Gegensatz zur Ho- mogenisierung durch einen Flussigkeitsstrahl nicht diirch das freie Tankvolumen limitiert.

    Die Untersuchung des gasinduzierten Vwmischungs- verhaltens erfolgte im Labor-, Technikums- und GroRmaRstab (40 dm3 bis 250 m3j mittels Leitfahigkeitsmessungeri sowie nach der Entfarbungsmethode. Die zum Erreichen einer vorgegebenen Endmischgute erforderlichen Mischzeiten wurden in 4bhangigkeit von den maflgeblichen EinfluBgroBen ermittelt. Die Mischzeit verkurzt sich mit steigendem Gasvolumenstrom. zunehmendem Flussigkeitsfiillstand, abnehmender Fliissigkeitsviskositat und steigender Exzentrizitat des Gaseinleitungsortes.

    In Analogie zu einem fur Airliftreaktoren genutzten Be- rechnungsansatz wurde ein physikalisch fundiertes M ode11 erstellt, mit welchem sich bei geringen Viskositaten (ca. 1 bis 10 mPasj die in den drei unterschiedlichen MaBstaben gemessenen Mischzeiten beschreiben lassen. Mit zunehmender Viskositat gewinnt die Mi- krovermischung an Bedeutung: die Mischzeit ist da-nn stark vom Stoffsystem abhangig und unter Kenntnis des Diffusionskoeffizi- enten mittels der Kolmogoroff-Lange abschatzbar,

    Anhand der Untersuchungsergebnisse zeigt sich, dal3 die gasinduzierte Homogenisierung von Reaktionsstopperlosun- gen in Lagertanks bis zu Flussigkeits\

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