Anlagenbau & Prozesstechnik

Anlagenplanung komplett durchdacht

EPCM-Projekte erfordern die Expertise verschiedener Ingenieursdisziplinen und fachübergreifende Planung

09.12.2020 - Bei EPCM-Projekten wird die Expertise von den Engineering-Abteilungen, wie z.B. Verfahrenstechnik, EMSR, Anlagenplanung, etc. eines Unternehmens gestellt. Hinzu kommen die verschiedenen Fachgutachten, die für die Genehmigung einer Anlage erforderlich sind bzw. sich aus den Betreiberpflichten hinsichtlich der Anlagensicherheit ergeben.

Diese Fachgutachten werden oft von verschiedenen externen Consulting-Unternehmen geliefert. Somit ergeben sich viele Schnittstellen in einem Projekt. Um Projekte trotz der Schnittstellen effektiv abwickeln zu können, ist die Bündelung der beiden Fachbereiche Engineering und Consulting von unschätzbarem Wert.

Eine typische Form von Projekten im Anlagenbau sind EPCM-(Engineer­ing, Procurement, Construc­tion, Management)-Projekte. Die unterschiedlichen Projektphasen zeichnen sich primär durch die Bearbeitungstiefe und somit durch die zu erstellenden Dokumente sowie die beteiligten Ingenieursdisziplinen aus. Die Projektphasen, die ein EPCM-Projekt kennzeichnen, sind die Konzeptfindung, das Basic Engineering, das Detail Engineering, die Beschaffung, die Installation und die Inbetriebnahme (IBN).

Schon in den frühen Projektphasen, bereits im Basic Engineer­ing, werden Dokumente und erste Fachgutachten für die Genehmigungsplanung erstellt. Relevante Themen ergeben sich dabei aus der Anlagensicherheit, bspw. HAZOP, Gewässerschutz, Explosionsschutz oder Brandschutz.

Engineering

Die Konzeptphase beschäftigt sich in erster Linie mit der Auswahl des aus wirtschaftlicher, umwelttechnischer und sicherheitstechnischer Sicht optimalen Verfahrens. Am Ende dieser Phase stehen das Verfahren mit den dazugehörigen Kerndokumenten, wie z.B. Massen- und Energiebilanz, Verfahrensfließbilder und Aufstellungsskizze sowie eine erste Kostenschätzung fest. Insbesondere in dieser Projektphase hat sich der Einsatz von Simulationswerkzeugen etabliert und in vielen Projekten bewährt.

Im Basic Engineering erfolgt die verfahrenstechnische Planung der Anlage. Die Gewerke, die in der Konzeptphase nicht oder nur oberflächlich bearbeitet wurden, werden im Basic Engineering initial bearbeitet. Dazu gehören u.a. die EMSR-Technik und die Rohrleitungsplanung. Ausrüstungen mit langer Lieferzeit (long lead items) sowie größere Package Units werden typischerweise bereits im Basic Engineering bis zur Bestellreife geplant, um spätere Verzögerungen im Planungsablauf zu vermeiden. Wie am Ende jeder Planungsphase wird auch am Ende des Basic Engineering eine Terminplanung und Kostenschätzung erarbeitet.

Das Detail-Engineering stellt die letzte Planungsphase vor der Umsetzung des Projekts dar. In dieser Phase bilden die Gewerke der EMSR- und Rohrleitungstechnik die typischen Planungsschwerpunkte. Alle Ausrüstungen, die für die Errichtung der Anlage bzw. die Umsetzung des Projektes erforderlich sind, werden im Detail Engineering bis zur Bestellreife geplant und spezifiziert. Hierbei erfolgt die Planung in der Regel auf Basis von 3D-CAD-Systemen, die in hinterlegten Datenbanken Massenauszüge für alle Komponenten der Rohrleitungs- und EMSR-Technik beinhalten. Fertig geplante Ausrüstungen werden nahtlos zur Beschaffung weitergegeben und die Terminplanung wird insbesondere im Hinblick auf die Planung der Montageabläufe und -zeiträume erweitert.

Dem Detail Engineering schließt sich die Beschaffung von Ausrüstungen, die sogenannte Beschaffungsphase, an. Hierbei erfolgt zunächst, aufbauend auf den im Zuge des Detail Engineering erstellten Spezifikationen, die Anfrage und Angebots­einholung für die entsprechenden Lieferungen und Leistungen. Nach der technisch-kaufmännischen Überprüfung der Angebote erfolgt anschließend die Vergabe an den ausgewählten Anbieter. Die Beschaffungsphase endet mit der Werksabnahme (FAT – factory acceptance test) der Ausrüstungen und Auslieferung dieser an die Baustelle.

Trotz sorgfältiger Planung müssen bei der Installation der Ausrüstungsteile auf der Baustelle ggf. Änderungen oder Korrekturen vorgenommen werden. Diese fließen anschließend in die As-built-Dokumentation ein.

Nach Abschluss aller Montagearbeiten erfolgt die Inbetriebnahme der Anlage. Hierbei werden vor der Aufnahme des normalen Produktionsbetriebs alle erforderlichen Funktionsprüfungen sowie die kalte und heiße Inbetriebnahme durchgeführt.

Consulting

Für die Genehmigung einer im Rahmen eines EPC-Projektes zu errichtenden Anlagen müssen eine Reihe von Fachgutachten erstellt werden. So sind Brandschutzkonzepte ein fester Bestandteil in bauordnungsrechtlichen Verfahren zur Genehmigung von Sonderbauten. Auf Grundlage des Brandschutzkonzepts werden individuelle Maßnahmen zur Einhaltung der brandschutztechnischen Schutzziele abgeleitet. Hierbei erfolgt auch immer eine Plausibilitätsprüfung zwischen Brandschutzkonzept und Bauantrag.

In den meisten Industrieanlagen werden wassergefährdende Stoffe eingesetzt. Somit ist der Gewässerschutz (nach AwSV) wichtiger Bestandteil eines Anlagenbetriebs und muss bereits bei der Anlagenplanung berücksichtigt werden. Dies umfasst z.B. die Vermeidung und Erkennung von Leckagen oder Überfüllungen sowie Rückhaltung von wassergefährdenden Stoffen oder Löschwasser.
Bereits in der Planungsphase ist eine Gefährdungsbeurteilung nach BetrSichV § 3 zu erstellen, bei der alle Gefährdungen einzubeziehen sind, die bei der Verwendung von Arbeitsmitteln auftreten können.

Dabei werden sowohl die Arbeitsmittel als auch die Arbeitsumgebung, Gegenstände an denen gearbeitet wird und die ergonomischen Zusammenhänge dazwischen betrachtet, die den Arbeitsplatz ausmachen. Die auftretenden Gefährdungen sind vor der Verwendung von Arbeitsmitteln – idealerweise in der Planungsphase vor der Beschaffung – zu beurteilen und daraus geeignete Schutzmaßnahmen abzuleiten.

Kommen in der zu errichtenden Anlage Stoffe zum Einsatz, bei denen explosionsfähige Gemische entstehen können, so muss zusätzlich nach § 6 Absatz 9 ­GefStoffV vor der Inbetriebnahme ein Explosionsschutzdokument und in der Planungsphase ein Explosionsschutzkonzept erstellt werden. Das Herzstück des Schutzkonzepts ist die Gefährdungsbeurteilung, aus der die Zoneneinteilung resultiert sowie Maßnahmen, die z.B. die Anforderungen an die Ausrüstungen und Geräte definieren.

Weitere Fachgutachten ergeben sich aus der Störfallverordnung bzw. der Seveso-III-Richtlinie. Fällt der Betreiber in den Anwendungsbereich der Störfallverordnung, sind in Abhängigkeit von Art und Menge der vorhandenen Gefahrstoffe Grundpflichten oder erweiterte Betreiberpflichten zu erfüllen. Hier ist ggf. über die Grundpflichten hinaus als Teil des Sicherheitsberichts die Erstellung einer systematischen Gefahrenquellen-/Risikoanalyse notwendig. Eine etablierte und behördlich anerkannte Methode zu deren Erstellung ist die Anwendung der sog. HAZOP-­Studie (Hazard and Operability, auch als PAAG-Verfahren bezeichnet). Weitere Störfallbetrachtungen sind u.a. die Ermittlung angemessener Abstände zu schutzbedürftigen Gebieten nach KAS-18, Durchführung von Störfallauswirkungsbetrachtungen, wie z.B. Ausbreitung von Schadstoffen, sowie Analysen zur Cybersecurity.

Nachfolgend sind einige Praxisbeispiele aus einem abgewickelten Projekt aufgezeigt, die die fachbereichsübergreifende und interdisziplinäre Zusammenarbeit innerhalb der Weyer-Gruppe verdeutlichen.

Ziel des Projekts war die Errichtung eines Tanklagers zwecks Kapazitätserweiterung. Bei den zu lagernden Stoffen handelte es sich um wassergefährdende Gefahrstoffe, die mit Luft gefährliche explosionsfähige Gemische bilden können. Im Rahmen des Projektes wurde von der Weyer-Gruppe das Basic Engineering, der Genehmigungsantrag sowie alle geforderten Fachgutachten geliefert.

Beispiel 1:

Betanken eines Lagerbehälters mit entzündbaren Flüssigkeiten

Die entzündbaren Flüssigkeiten wurden mit einem TKW angeliefert und unter Stickstoff in den Lagerbehälter entladen. Im Rahmen des Explosionsschutzkonzepts war die Vermeidung einer elektrostatischen Aufladung der brennbaren Flüssigkeit gefordert. Um dieses zu gewährleisten ist nach TRGS 727 eine Mediumsgeschwindigkeit unterhalb 7 m/s einzuhalten. Aus der Mediumsgeschwindigkeit und der Druckverlustbetrachtung in CHEMCAD konnte seitens der Verfahrenstechnik der maximale Volumenstrom für die Entladung der entzündbaren Flüssigkeit ermittelt werden.

Beispiel 2:

Freie Tankatmung bei Phlegmatisierungsmitteln

In einem der Tanks wurde Phlegmatisierungsmittel gelagert und es wurde geprüft, ob für diesen eine freie Tankatmung zulässig ist. Die entsprechenden Anforderungen ergeben sich aus der TA Luft 2002. Dort sind die verschiedenen Gefahrstoffe in Klassen eingeteilt, zu denen maximal zulässige Emissionswerte zugewiesen sind. Für organische Stoffe ohne Klasse, zu denen das vorliegende Phlegmatisierungsmittel zählt, ist ein Massenstrom im Abgas von 0,50 kg/h festgelegt. Die Massenkonzentration in der Abluft des entsprechenden Tanks wurde nach TRGS 509 sowie gemäß ISO 28300 berechnet. Beide Rechnungen ergaben einen Wert von ca. 0,25 kg/h. Somit war die Ableitung der Tankabluft in die Atmosphäre zulässig und es mussten keine weiteren Vorkehrungen, wie z. B. die Einleitung der Tankabluft in eine Abluftreinigungsanlage, seitens der Verfahrenstechnik getroffen werden.

Beispiel 3:

Konstruktive Maßnahmen aus der Gefährdungsbeurteilung

Aus der Gefährdungsbeurteilung nach TRGS 509 ergaben sich folgende Forderungen, die sowohl in den Planungsunterlagen wie in den Spezifikationen für Ausrüstungen umgesetzt wurden:

  • Zur Verhinderung der Ausbreitung von gefährlichen und explosionsfähigen Dampf-/Luft-Gemischen wird die verdrängte Tankabluft über das Gaspendelverfahren abgeleitet.
  • Zum Zwecke von vollständiger und gefahrloser Entleerung von Anlagen, müssen an den entsprechenden Positionen Entleerstellen vorgesehen werden.
  • Zwecks Vermeidung der Bildung von katalytisch wirkenden Korrosionsprodukten bei Kontakt mit den zu lagernden Medien, sind geeignete Werkstoffe zu verwenden
  • Zwecks Vermeidung von gefährlichen chemischen, thermischen oder mechanischen Beanspruchungen sind geeignete Pumpen zu wählen

Beispiel 4:

Zusätzliche Überfüllsicherungen

Da es sich bei den zu lagernden Stoffen um Flüssigkeiten handelt, die im Sinne des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) als wassergefährdend eingestuft sind, wurden die Planungsunterlagen, insbesondere die R&I-Fließbilder, von der Fachabteilung Gewässerschutz dahingehend überprüft, dass an entsprechenden Behältern zusätzliche Überfüllsicherungen mit geeignet eingestellter Alarmauslösung vorgesehen sind.

Beispiel 5:

Überprüfung des Sicherheitsabstandes zu schutzbedürftigen Einrichtungen

In der Nähe des neu zu errichtenden Tanklagers befanden sich mehrere schutzbedürftige Einrichtungen sowie mehrere Verkehrsstraßen, die ebenfalls zu den schutzbedürftigen Einrichtungen zählen können und die im Falle von schweren Unfällen im Betriebsbereich von den Auswirkungen nicht betroffen sein dürfen.

Anhand der KAS-18 Betrachtung wurde rechnerisch überprüft, dass sich keine schutzbedürftigen Einrichtungen innerhalb des angemessenen Sicherheitsabstandes befinden. Ebenfalls wurde die Gefährdung der Verkehrsteilnehmer durch eine mögliche Verdunstungswolke abgeschätzt.

Schlussfolgerungen

EPC-Projekte sind komplexe und herausfordernde Projekte, die das Fachwissen vieler Ingenieursdisziplinen und Sachverständiger verlangen. Durch die Bündelung der beiden Bereiche Engineering und Consulting in der Weyer-Gruppe genießen Kunden viele Vorteile:

  • Das Zusammenwirken der Fachbereiche und kurze Wege machen schnelle Absprachen möglich.
  • Die konkrete Umsetzung der Anforderungen aus Regelwerken schon in der Planungsphase.
  • Nur eine Schnittstelle für den Kunden.

Durch die aufgeführten Vorteile können wir wiederum eine kosten- und zeiteffiziente Projektabwicklung gewährleisten, ganz getreu unserer Firmenphilosophie „komplett. durchdacht.“.

 

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