Mehrproduktanlagen sicher fahren

Durchdachtes Prozessdesign hilft Bedienfehler zu vermeiden

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  • Tüv Süd: Mehrproduktanlagen sicher fahren
  • Tüv Süd: Mehrproduktanlage für die Herstellung von organischen Peroxiden.  Auf dem Reaktor der Conti-Anlage ist das Rührgerät (RM 16) angebracht. Rechts im Bild eine Destillationsanlage (K 11), in der ein Zwischenprodukt ­thermisch aufgetrennt wir
  • Tüv Süd:  Kontrollraum für die Überwachung der automatisierten Prozesse.
  • Dr. Thomas Gmeinwieser, Expert Process Safety, TÜV Süd Process Safety

Wie die Produktion an Mehrproduktanlagen sicher bleibt, zeigt TÜV Süd Process Safety am Beispiel der Herstellung von organischen Peroxiden.

Vieles spricht für den Einsatz von Mehrproduktanlagen: Gerade in Batchprozessen bieten sie die nötige Flexibilität und Effektivität, die in Zeiten des immer härter werdenden globalen Wettbewerbs besonders wichtig sind. Mehrproduktanlagen sind dank modernster Technik und modularer Bauweise einfach zu planen und zu installieren. Die Herausforderungen liegen in anderen Bereichen: Sie betreffen vor allem das Fahren der Anlagen. Notwendig ist ein flexibles Automatisierungskonzept, das sich an wechselnde Produktionsaufgaben anpasst. Denn stark variierende Prozessparameter und sich ändernde Steuerungsaufgaben müssen stets sicher beherrscht werden. Zudem sind die Bediener viel stärker gefordert, als dies bei Monoanlagen der Fall ist: Auch sie müssen sich auf die wechselnden Aufgaben einstellen. Die Gefahr für Bedienfehler ist bei Mehrproduktanlagen besonders groß. Der Faktor Mensch und damit auch das Thema „menschliches Versagen“ spielt eine nicht zu unterschätzende Rolle.

Bedeutung des Faktors Mensch
Menschliche Faktoren spielen eine kausale oder beitragende Rolle in 40 bis 60 % der untersuchten Ereignisse. Das zeigen Analysen von Vorfällen in der Prozessindustrie. Ein Vorfall kann bspw. eine durchgehende Reaktion oder ein Stoffaustritt sein. Dabei ist es mitunter schwierig, den Faktor Mensch und damit menschliches Versagen als eindeutige Ursache zu identifizieren. Eindeutig abzuleiten ist dies nur für den klaren Fall einer Fehlbedienung. Vorfälle ereignen sich aber auch als Konsequenz latenter System- und Organisationsfehler, bei denen bspw. fehlende oder fehlerhafte Management­entscheidungen eine Rolle spielen. Und oft wird ein Summeneffekt letztendlich als Ursache identifiziert: So kann auch die Kombination aus Fehlverhalten, technischen Problemen oder Defekten einen Vorfall auslösen. Zu berücksichtigen ist zudem ein weiterer Aspekt: Bedienern der Anlage werden immer mehr Aufgaben übertragen, weil hoher Wettbewerbsdruck Personaleinsparungen unumgänglich macht.

Prozesssicherheit und Anlagendesign
Da der Faktor Mensch beim Fahren von Mehrproduktanlagen eine entscheidende Rolle spielt, reichen hier technische Sicherheitslösungen alleine nicht aus.

TÜV Süd empfiehlt, die Systemeigenschaften mit Blick auf alle sicherheitsrelevanten Faktoren (Technik, Organisation und Mensch) zu identifizieren. Systematische Sicherheitsbetrachtungen gemäß den Regelwerksanforderungen und Aufgabenanalysen bilden hier die Basis. Wichtig ist, den Bediener in das Gesamtsystem der Anlage einzubeziehen und die Arbeitsabläufe stetig weiterzuentwickeln. Geplante Umstellungen und ihre Auswirkungen müssen den Mitarbeitern detailliert und transparent vermittelt werden. Dann werden sie auch verstanden und können verinnerlicht werden. Das Anlagen- und Prozessdesign muss darauf ausgerichtet sein, menschliche Fehler bei der Umstellung zu vermeiden und für maximale Prozesssicherheit zu sorgen.

Aufgaben verteilen und Alarme priorisieren
Ein Rezeptwechsel sollte dem Bediener nicht zu viel und nicht zu wenig abverlangen. Wichtig ist die sinnvolle Verteilung von Aufgaben zwischen Bedienern und der automatisierten Anlage. Wird ein Rezeptwechsel vorgenommen, sind die Prozessparameter und der Grad der Automatisierung anzupassen. Die Umstellung kann weitreichend sein: neue Kennwerte und konfigurierte Alarme, aber auch Anweisungen für den Umgang mit reaktiven Stoffen. Ein wichtiger Aspekt ist das Vertrauen des Bedieners in die Automatisierung: Ist es zu niedrig, greift er zu häufig unnötig ein. Schätzt der Bediener die „wahre“ Zuverlässigkeit der Automatisierung zu hoch ein, läuft er Gefahr, seine Kon­trollaufgaben zu vernachlässigen. Ein wichtiger Aspekt ist auch das Alarmmanagement. Denn in Produktionsbetrieben sind mehrere hundert Alarme pro Tag keine Seltenheit. Aber nicht jeder Alarm muss Konsequenzen für den Bediener haben. Wichtig ist, die Priorität richtig einzuschätzen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Kritische Alarme müssen auf den ersten Blick leicht erkennbar sein.

Sichere Produktion von organischen ­Peroxiden
Organische Peroxide werden primär als Polymerisationsinitiatoren, Härter und Verbinder für synthetische Harze und Gummi eingesetzt. Die großtechnische Herstellung erfordert einen sorgfältigen Umgang und besondere Sicherheitstechnik. Denn organische Peroxide sind verhältnismäßig instabile, temperaturempfindliche und brandfördernde Verbindungen. Einige davon sind zusätzlich explosionsgefährlich.
Die Produktionsstätte Pullach befindet sich am südlichen Stadtrand von München und wird von United Initiators (vormals: Degussa Initiators) betrieben. Im Jahre 2001 wurde ein neues Automationskonzept eingeführt, das die geforderte Flexibilität für die Produktion mit Batchprozessen in Mehrproduktanlagen ermöglichen sollte. Innovationstreiber waren der hohe Wettbewerbsdruck und eine damals veraltete Prozessleittechnik. Zwei Produktionsgebäude mit acht Produktionszellen inklusive der verbundenen Messwarten und Arbeitsplätze wurden zusammengelegt. Zudem war die Synchronisierung eines Prozessleitsystems mit einem Sicherheitssystem geplant. Das Unternehmen entschied sich für ein Scada-System, das dem sicherheitsgerichteten Leitsystem übergeordnet ist. Die Verbindung des Scada-­Systems zur Sicherheitssteuerung erfolgt über einen OPC-Server. Alle Produktionsprogramme und auch die Rezepte sind permanent in der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) geladen. Damit wurde die Programm- und Rezeptauswahl ebenfalls automatisiert. Das Konzept kommt bis heute erfolgreich zum Einsatz.
TÜV Süd unterstützte den Betreiber beim Implementieren eines sogenannten „Hand­shake-Verfahrens“, das Scada mit dem Sicherheitssystem verbindet und auf dem 4-Augen-Prinzip basiert. Im Bereich der automatisierten Rohstoffzufuhr erfolgt die Datenkommunikation der Produktionseinheiten über safeethernet. Das Konzept ermöglicht, den Automatisierungsgrad der Mehrproduktanlage erheblich zu steigern, flexibler zu produzieren und dabei stets die Schnittstelle „Mensch-­Prozess“ im Blick zu behalten. Der erreichte Safety Integrity Level (SIL) 3 entspricht dem in EN 61508 geforderten Sicherheitsniveau.

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