SIL-Lösungen für Beheizungen in explosionsgefährdeten Bereichen

Die Sicherheitskette ist berechnet

  • Der Sicherheitstemperaturwächter/begrenzer Jumo safetyM STB/STW Ex © JumoDer Sicherheitstemperaturwächter/begrenzer Jumo safetyM STB/STW Ex © Jumo
  • Der Sicherheitstemperaturwächter/begrenzer Jumo safetyM STB/STW Ex © Jumo
  • Positionierung des Sensors am „Hot Spot“ einer Ex-Analysenleitung © Jumo
  • Ideal für elektrische ­Beheizungen: Der Zweipunkt­regler Jumo Extherm-DR mit Ex II Zulassung © Jumo
  • Applikationsbeispiel © Jumo
  • Beheizungslösungen für Fässer © Jumo
  • Beheizungslösung für Gasflaschen © Jumo
  • Matthias Garbsch, Branchenmanager, Jumo

Die Themen SIL (Safety Integrity Level) und PL (Performance Level) gewinnen in der Prozessindustrie und im Maschinen- und Anlagenbau eine immer wesentlichere Bedeutung. Doch Anwender stehen in der Praxis hier oft vor komplexen Herausforderungen.

Neben Produkten und Lösungsentwicklungen steht bei Jumo Safety Performance die hohe Beratungskompetenz im Fokus. Mit einem eigenen Schulungskonzept wurden Jumo-Mitarbeiterinnen und -Mitarbeiter zu JSP-Produktspezialisten ausgebildet. Diese verfügen über Kenntnisse in der Anwendung des Jumo safetyM, in Temperatur-, Druck- und Durchflussmesstechnik, im Explosionsschutz sowie natürlich in funktionaler Sicherheit (SIL und PL). Das SIL-Kompetenznetzwerk steht länderübergreifend mit seinem umfassenden Know-how zur Verfügung. Die Kombination aus hochwertigen Produkten und umfassendem Expertenwissen macht Jumo Safety Performance zu einer cleveren Komplettlösung für verschiedene Branchen und Anwendungen.

Anwendungsbeispiel elektrische Beheizungslösungen
Ein Anwendungsbeispiel für diese Technologie sind elektrische Beheizungslösungen. Diese werden immer dann benötigt, wenn in geschlossenen verfahrenstechnischen Prozessen die Temperatur erhalten oder erhöht werden muss. Besonders in explosionsgefährdeten Bereichen sind hier heutzutage häufig Lösungen gefordert, die SIL-Anforderungen (Safety Integrity Level) erfüllen.
Durch die physikalische Grundeigenschaft der Widerstandserwärmung ist es möglich, elektrische Beheizungen genau dort anzuwenden, wo sie gebraucht werden und auch nur dann, wenn eine zusätzliche Beheizung notwendig ist. Auch bestehende Anlagen oder Prozessabläufe können ohne weiteres mit geringem technischem Aufwand mit einer flexiblen elektrischen Beheizung nachgerüstet werden.

Explosionsgeschützte Beheizungen
Die in Heidelberg ansässige Firma Winkler plant, konstruiert und baut schon seit 40 Jahren flexible elektrische Beheizungen. Besonders bei flexiblen explosionsgeschützten Beheizungen hat Winkler in den letzten Jahren neben vielen Standardlösungen auch spezielle kundenspezifische Beheizungslösungen realisiert. Dieser besonders von Richtlinien, Vorschriften und Normen geprägte Produktbereich ist in den letzten Jahren enorm gewachsen und die Produkte verfügen über eine sogenannte Systemzertifizierung.
Durch diese muss der Betreiber einer explosionsgefährdeten Anlage keine zusätzliche Abnahme der gelieferten Beheizungen mehr durchführen lassen, da diese im Vorfeld schon durch den Hersteller (Winkler) durchgeführt wurde.

Auch eine aussagekräftige Dokumentation, gehört zum Lieferumfang. Diese ist ein wichtiger Teil des vom Betreiber der Anlage zu führenden Explosionsschutzdokuments gemäß §6 der Gefahrstoffverordnung GefStoffV „Informationsermittlung und Gefährdungsbeurteilung“.
Im Rahmen eines Konformitätsbewertungsverfahrens gemäß RL 2014/34/EU und einer Zündgefahrenbewertung wurden auch die verbauten ex-relevanten Bauteilkomponenten einer besonderen Auswahl unterzogen. So verbaut Winkler von Anfang an zertifizierte Pt100 Widerstandstemperatursensoren von Jumo mit EG-Baumusterprüfbescheinigung in den flexi­blen explosionsgeschützten Beheizungen.

Sicherheitskomponente Widerstandstemperatursensor
Die Pt100 Widerstandstemperatursensoren sind eine wichtige Sicherheitskomponente der Beheizung, da der eingebaute Widerstandsheizleiter ohne entsprechende Regelung und Begrenzung die maximal zulässige Temperatur überschreiten würde. Eine solche Übertemperatur würde nicht nur die Beheizung selber schädigen, sondern auch zu einer gefährlichen Zündquelle werden.
Gemäß der EN 60079-14 Kapitel 13 „Elek­trische Heizsysteme“ Anhang F „Installation von elektrischen Begleitheizungssystemen“ sind Sicherheitseinrichtungen wie etwa Sensoren zur Temperaturerfassung für Regler und Begrenzer vorzusehen, um keine hohen Temperaturen, die eventuell zu Zündquellen werden können, auftreten zu lassen. Man spricht hierbei von einer überwachten Ausführung (Anhang F 4.3) welche zur Begrenzung der Oberflächentemperatur eine Temperaturkontrolleinrichtung notwendig macht. Diese Temperaturbegrenzung muss unabhängig von der Temperaturregelung arbeiten und schaltet das Heizsystem bleibend ab bevor die höchstzulässige Oberflächentemperatur (am Heizleiter) überschritten wird. Ein manuelles Wiedereinschalten ist erst möglich, wenn der Betreiber der Anlage sich davon überzeugt hat, was der Grund für das Ansprechen der Sicherheitseinrichtung war und dass die entsprechende maximale Temperatur des Ex-Bereiches nicht mehr überschritten wird.

Positionierung am Hot Spot
Die Positionierung des Temperatursensors muss an der heißesten Stelle im Prozess erfolgen. Dieser Hot Spot ist z. B. bei einem Heizschlauch zwischen dem Heizleiter und dem zu beheizenden Objekt, dem Grundschlauch (siehe Zeichnung). Bei der Widerstandserwärmung des Heizleiters durch das Anlegen einer Spannung, reagiert das PT100 Widerstandsthermometer mit einer Widerstandsänderung, welche in einer entsprechenden im oder außerhalb des Ex-Bereiches betriebenen Steuer- und Überwachungseinrichtungen ausgewertet wird und je nach Aufbau oder Programmierung entsprechende Maßnahmen einleitet. So können nicht nur die Betriebstemperaturen des Prozesses geregelt, sondern auch entstehende Zündquellen in der Beheizung durch unkon­trollierte Übertemperaturen vermieden werden.
Neben dem fachgerechten Einbau und der richtigen Positionierung der Widerstandsensoren in der flexiblen Beheizung ist dabei auch eine entsprechende Prozessstabilität maßgebend. Diese hängt überwiegend von der verwendeten Auswerteeinheit ab. Besonders geeignet für diese Aufgabe ist der Sicherheitsbegrenzer/wächter Jumo safetyM STB/STW. Mit diesem lässt sich eine kompakte einkanalige Sicherheitssteuerung mit wählbaren redundanten Eingangssignalen für Einheitssignale und Temperatursensoren realisieren. So eignet sich diese Lösung besonders für kleinere Anwendungen wie Sondermaschinen und Einzelapplikationen mit niedriger Signaldichte und -anzahl. Der Jumo safetyM STB/STW Ex verfügt auch über die Atex-Zulassung.
Ebenfalls für den Einsatz in elektrischen Beheizungen ist der Zweipunktregler Jumo Extherm-DR mit Ex II Zulassung konzipiert. An den eigensicheren Ex (ia) Messeingang für Widerstandsthermometer, Thermoelemente oder Stromeinheitssignale können entsprechende baumustergeprüfte Sensoren direkt angeschlossen werden. Der Einsatz einer Barriere ist somit nicht mehr erforderlich. Neben dem Relaisausgang „Regler“ verfügt das Gerät über einen zweiten Relaisausgang zur Grenzwert­überwachung.

Explosionsgeschützten Heizmanschette
In der Abbildung 4 ist ein Beispiel einer elektrischen Beheizung mittels einer explosionsgeschützten Heizmanschette dargestellt. So können die entsprechenden Prozesse in der Beheizung mit integrierten Pt100 Widerstandsthermometern einmal für die Temperaturregelung (1 x Sensor) und für die Begrenzung mit redundanter Ausführung (2 x Sensoren) ausgeführt werden.
Neben niedrigen Investitionskosten liegen die Vorteile hier bei einem geringeren Aufwand an Parametrierung je Applikation. Zur Verfügung stehen drei unterschiedliche analoge und binäre Funktionsausgänge. In Verbindung mit speziellen Jumo-Temperaturfühlern, die ebenfalls in Atex-Varianten lieferbar sind, ist die gesamte SIL-Sicherheitskette bereits berechnet und entsprechende Zertifikate bis SIL3 können von Jumo ausgestellt werden.

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Jumo GmbH & Co. KG
Moritz-Juchheim-Straße 1
36039 Fulda
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