Sicherheitstechnik Auswahlkriterien für Stickstoff-Schutzgasabdeckungen Schutz-Element ProfI-GuIDE Funktion Branche Die Autoren: Anlagenbau ●●●●● Chemie ●●●●● Pharma Ausrüster ●●●●● Planer ●●●●● Betreiber Einkäufer Manager ●●●●● Paul Yanisko, Commercial Technology, Air Products Dr. Shiying Zheng, Research Associate, Air Products Joe Dumoit, Regional Sales Manager, Cashco Bill Carlson, Product Line Manager, Neutronics 58 CHEMIE TECHNIK · Januar/Februar 2013 Explosionsgefahr? Stickstoff drüber! In Chemieanlagen ist die Inertisierung mit Stickstoff eine weit verbreitete Anwendung. Doch auch bei der Schutzgasabdeckung schlummern enorme Produktivitätspotenziale. Falsche Entscheidungen bei der Anlagenauslegung können zu unnötigen Kosten, Verschwendung von Stickstoff und auch unnötigen Emissionen führen. Wie überall ist auch hier Know-how der Schlüssel zur optimalen Lösung. In Industrien, in denen die Herstellung, Verarbeitung und Lagerung von brennbaren, entzündbaren oder explosiven Stoffen im Mittelpunkt steht, hat Sicherheit oberste Priorität. Schutzgase schirmen diese Produkte gegen einen Kontakt mit dem Luftsauerstoff ab und eliminieren damit eines der drei Elemente des Zünddreiecks, das aus Zündquelle, Brennstoff und Sauerstoff besteht. Um die Inertisierung eines Lagertanks zu erreichen gibt es prinzipiell folgende drei Möglichkeiten: ●● Reduzierung des Sauerstoffgehalts im Dampfraum auf einen kleineren Wert als die Konzentration, die für eine Verbrennung notwendig ist (als Sauerstoffgrenz- konzentration (SGK)) bezeichnet; ●● Reduzierung der Brennstoffkonzentration im Dampfraum auf einen kleineren Wert als die Mindestkonzentration, die für eine Verbrennung notwendig ist (untere Explosionsgrenze (UEG) oder Entzündbarkeits- grenze); EntSchEIDEr-fActS Für Planer und Betreiber ●● Die Auswahl der geeigneten Stickstoffversorgung und des Stickstoffregelsystems hängt vom Design der Anlage und der jeweiligen Anwendung ab. ●● Die Stickstoffeindüsung ist ein weit verbreitetes, einfaches und effizientes Verfahren, mit dem Betriebskosten eingespart werden können. ●● Auf Basis eines Gutachtens lassen sich die Zielgrößen Sicherheit, Qualität und minimale Investitions- und Betriebskosten optimieren. ●● Erhöhung der Brennstoffkonzentration im Dampfraum auf einen höheren Wert als die Höchstkonzentration, die für eine Verbrennung notwendig ist (obere Explosionsgrenze (OEG) oder obere Entzündbarkeitsgrenze, Bild 3). Welches Inertisierungssystem ist das richtige? Bei der Neuinstallation eines Stickstoffabdecksystems oder der Nachrüstung eines vorhandenen Systems müssen folgende Gesichtspunkte berücksichtigt werden: Die Art des zu inertisierenden Behältnisses, die erforderlichen Regeleinrichtungen (druckbasiert oder Sauerstoffkonzentration) und das zu verwendende Inertgas – zumeist Stickstoff, obwohl auch Argon oder Kohlendioxid zum Einsatz kommen können. Bei der Entwicklung eines neuen oder optimierten Konzepts für eine Abde- ckung ist zunächst der Behältertyp zu berücksichtigen. Er legt fest, ob eine Abdeckung benötigt wird, und falls dies der Fall sein sollte, ob eine Druck- oder eine Konzentrationsregelung vorzuziehen ist. Der häufigste Tanktyp ist der Festdachtank (Bild 4). Bei Lagerung von entzündbaren oder empfindlichen Stoffen in diesen Tanks wird nachdrücklich eine Stickstoffabdeckung empfohlen. Ein weniger verbreiteter Tanktyp ist der Schwimmdachtank. Diese Tanks werden normalerweise nicht abgedeckt, da hier kein Dampfraum mit entzündbaren Dämpfen entsteht. Der seltenste Tanktyp ist der Festdachtank mit Schwimmdecke, auch bekannt als Festdachtank mit innerer Schwimmdecke. Der Dampfraum oberhalb der inneren Decke dieser Tanks wird gelegentlich abgedeckt. Neben Lagertanks und ähnlichen Anlagenbehältern kann bei einigen geschlossenen Räumen, die nicht mit Druck beaufschlagt sind – beispielsweise pneumatische Förderanlagen, Vorratsbehälter für Pulver oder Stäube oder Behälter mit kontrollierter Atmosphäre – eine Gaseindüsung erforderlich sein. Die Stickstoffabdeckung ist auf jeden Fall in Räumen einzusetzen, die mangels ausreichender Abdichtung keinen geringfügig positiven Druck aufrechterhalten können. Drei Verfahren ein Ziel: die Stickstoffregelung Für die Stickstoffregelung werden üblicherweise folgen- de drei Verfahren verwendet: ●● Kontinuierliche Spülung: Systeme mit kontinuierlicher Spülung nutzen eine konstante Stickstoffzufuhr, die 1: Das Element Stickstoff spielt nicht nur in chemischen Verbindungen eine wichtige Rolle, sondern auch zum Schutz von Anlagen und Produktqualität 2: Im Vergleich zu einer kontinuierlichen Spülung kann ein integrierter Begasungsregler mit Pilotsteuerung zu erheblichen Betriebseinsparungen führen 3: Beispiel (H 2 ) für eine Entzündbarkeitskurve in Luft bei normalen atmosphärischen Bedingungen (Temperatur, Luftdruck). Jenseits der SGK (Sauerstoffgrenzkonzentration) kann keine Verbrennung stattfinden
Bild: ©agsandrew - Fotolia.com 1 Bild: Cashco 2 3 % Brennstoff in N 2 /O 2 -Gemisch Bilder: Air Products 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 21% Entzündbarkeitsdiagramm OEG in Luft: 75% Hüllkurve für Entzündbarkeit UEG in Luft: 4% 14% % O in N 2 2 7% Sicherheitstechnik „Nase“ oder SGK 0% CHEMIE TECHNIK · Januar/Februar 2013 59