Lizenz zum unbefristeten Einsatz

Magnetventile bewähren sich in SIL-Anwendung bei Bayer

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11.11.2016 In einer Mehrzweckanlage bei Bayer in Dormagen sind seit 14 Jahren rund 1.500 Magnetventile im Einsatz. Die sicherheitskritischen Anwendungen stellen dabei hohe Anforderungen an die eingesetzte Technik. Ein Erfahrungsbericht.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • In einer Vielzweckanlage zur Herstellung von Pflanzenschutzmitteln wurden bei Bayer über 1.500 eigensichere Magnetventile der Baureihe VOFC in sicherheitsgerichteten und anderen Regelkreisen verbaut.
  • Bei den mit TÜV-Gutachten bis SIL3 eingesetzten Ventilen ist es während der Betriebszeit von mittlerweile 14 Jahren zu keinem unsicheren Versagen an den Magnetventilen gekommen.
  • Mit dieser Nachprüfung und der parallel dazu durchgeführten FMEA wurde nun ein neues Zertifikat ausgestellt, bei dem auf den Beschränkungshinweis der Einsatzzeit verzichtet werden kann.

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Magnetventile sind ein wichtiges, sicherheitskritisches Element in einer Anlage, da sie im Ernstfall dafür sorgen, dass eine Armatur in einen sicheren Zustand gefahren wird. Bild: Festo

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Die Magnetventile wurden speziell für die hohen Anforderungen der Prozessindustrie entwickelt. Bild: Festo

Die Produktion von Pflanzenschutzmitteln erfordert hohe Flexibilität. Um schneller und individueller produzieren zu können, hat Bayer Crop Science 2002 für 110 Mio. Euro eine neue Vielzweck-Anlage errichtet. Dabei wurden sehr hoheAnsprüche an Sicherheit und Zuverlässigkeit gestellt. Unter anderem an die 1.500 Magnetventile, die in Schutzeinrichtungen bis SIL3 verwendet werden. Und weil es dabei nachweislich zu keinem Ausfall gekommen ist, entfällt für die Magnetventile die sonst übliche Beschränkung der Einsatzdauer im SIL-Zertifikat.

In der Vielzweck-Anlage (VZ-Anlage) in Dormagen sind alle Prozesse – von der Entwicklung neuer Wirkstoffe für den Pflanzenschutz und den entsprechenden Herstellungsverfahren über die Laborbearbeitung, Bemusterung und Pilotierung bis hin zur Produktion – unter einem Dach zusammengefasst.

Die Anlage ist so gestaltet, dass die vorhandenen Teilanlagen und Apparaturen – wie Trockner, Zentrifugen, Destillationsapparate, Rührkessel und andere Reaktoren –  flexibel in verschiedenen Konfigurationen miteinander verbunden und betrieben werden können. Die gewünschten Stoffströme werden mittels angepasster Verrohrung durch einen eigenen Rohrleitungsbau realisiert. Das verteilte Prozessleitsystem ist in 67 Automatisierungssysteme aufgeteilt, so dass die Prozesssteuerung flexibel angepasst werden kann.

Im Betrieb werden brennbare Flüssigkeiten eingesetzt, die Prozesse wechseln häufig und die Verfahrensentwicklung erfordert zahlreiche Schnitt- und Eingriffsstellen – deshalb ist die Gesamtanlage im Sinne des Explosionsschutzes in Zone 1 und 2 eingestuft.

Sicherheitsrisiken für Mensch und Umwelt minimieren

Die Wahrscheinlichkeit, dass in einer Chemieanlage ein Ereignis eintritt, hängt wesentlich von der Zuverlässigkeit der einzelnen Anlagenkomponenten sowie der Zuverlässigkeit der einzelnen Prozesse in einem Chemiebetrieb ab. Auch die Wirtschaftlichkeit eines Prozesses wird von der Zuverlässigkeit der einzelnen Anlagenelemente bestimmt. Da moderne Anlagen verfahrenstechnisch oft weitgehend optimiert sind, kann nur mit einer zuverlässig funktionierenden und hochproduktiven Anlage ohne Ausfallzeiten noch höherer Output realisiert werden. Das bedeutet: Reduktion der Revisionszyklen und Revisionszeiten sowie Vermeidung von Ausfallzeiten durch Reparaturen außerhalb der geplanten Revisionen oder Stillstandszeiten. Eine Möglichkeit, das sicherzustellen, bietet der Einsatz von zuverlässigen EMSR-Komponenten, die nach IEC 61508 zertifiziert sind.

Magnetventile – EMSR-Komponenten mit hoher Verantwortung

Auch in der VZ-Anlage der Bayer-Division Crop Science kommen zahlreiche EMSR-Sicherheitseinrichtungen zum Einsatz. Diese schalten beispielsweise Dosier-, Entlüftungs-, Dampf- und andere Ventile in Fail-Safe-Positionen. Damit müssen die zugehörigen Magnetventile, die zur Ansteuerung der Antriebe dienen, mindestens die gleiche SIL-Klassifizierung aufweisen wie der gesamte Sicherheitsloop (bei einkanaliger Architektur). Das Magnetventil in einem Sicherheitsloop befindet sich in der Regel zwischen Stellungsregler und Antrieb und hat da die Funktion, im Notfall den Antrieb schnell zu entlüften und das Prozessventil entsprechend schnell zu schließen.

Die Magnetventile VOFC und VOFD, die Festo Ende 2012 im Rahmen der Übernahme des Produktbereiches „Process Automation“ der Eugen Seitz AG in das eigene Produktprogramm aufgenommen hat, können mit TÜV-Gutachten bis SIL3 geliefert werden. Daher sind diese Magnetventile, die in den Zündschutzarten „Ex em“ und „Ex ia“ erhältlich sind, besonders geeignet für den Einsatz in Sicherheitsloops. Gemäß IEC 61511 „Sicherheitstechnische Systeme für die Prozessindustrie“ wird allerdings vorausgesetzt, dass seitens des Betreibers über den gesamten Lebenszyklus des SIS die entsprechend notwendigen Vorkehrungen zur Fehlervermeidung und Fehlerbeherrschung getroffen werden.

Bei einem Magnetventil, das in einem Sicherheitsloop eingesetzt wird und bei dem es nur im Notfall zu einer Schaltung kommt, spricht man von einer sogenannten „Low Demand Mode“-Anwendung. Ein solcher „Low Demand Mode“ ist für ein Magnetventil, das normalerweise für mehrere Millionen Schaltungen ausgelegt ist, eine besondere Herausforderung an das Design und die verwendeten Materialien. Zum einen steht die Magnetspule über mehrere Jahre immer unter Spannung, und zum andern hat das Magnetventil bei dieser Anwendung eine lange Stillstandszeit und muss dann im Notfall trotzdem sicher ausschalten können.

Betriebsbewährt seit 2002 – neues Zertifikat ohne Beschränkung der Einsatzzeit

Bei Bayer wurden in der VZ-Anlage über 1.500 Magnetventile der Baureihe VOFC in sicherheitsgerichteten und anderen Regelkreisen verbaut. Ein Großteil steuert Kugelhahneinheiten an Tanklagern, Reaktoren, Medienversorgungen und weiteren Applikationen an. Die Anwender wünschten sich zudem ein Magnetventil, das universell eingesetzt werden kann und für unterschiedlichste Gegebenheiten geeignet ist: für Indoor- oder Outdoor-Applikationen ebenso wie für große oder kleine Antriebe. Nicht zuletzt war die Kompatibilität zu den Anforderungen der Ansteuerung in eigensicheren Stromkreisen (Exi) in Zone 1 gefordert.

Die Baureihe VOFC wurden speziell auf diese Kriterien und Anforderungen aus der Prozessindustrie hin entwickelt. Ein Magnetventil in Kolbensitzventiltechnik ohne dynamische Dichtungen, das mittels einer Membrane ohne Reibung geschaltet werden kann. Da keine dynamischen Dichtelemente eingesetzt werden, entstehen beim Schaltvorgang keine Reibungskräfte, die sich negativ auf das Schaltverhalten auswirken können. Außerdem wird bei einer vergleichsweise kleinen Magnetspulenleistung von 1,8 W (bei der eigensicheren Ausführung <200 mW) eine sehr gute pneumatische Durchflussleitung erreicht, was sich positiv auf die Schließzeit der Sicherheitsarmatur auswirkt. Um in den rauen Umgebungsbedingungen bestehen zu können, sind die Magnetventile mit dem Korrosionsschutz Ematal versehen. Die Ventile haben keine Atmungsbohrungen, Entlüftungen sind mit speziellen Rückschlagvorrichtungen versehen. Auf diese Weise kommen weder Regenwasser noch Außenluft in die Magnetventile und die nachgeschalteten Antriebe.

Die vorgesteuerten Magnetventile waren im Jahre 1999 weltweit die ersten Magnetventile die ein TÜV-Gutachten für Anwendungen bis AK 7 und anschließend bis SIL4 erhalten haben. Bei den etwa 1.500 installierten eigensicheren Magnetventilen mit TÜV-Gutachten bis SIL3 in der Anlage von Bayer ist es während der Betriebszeit von mittlerweile 14 Jahren zu keinem unsicheren Versagen an den Magnetventilen gekommen. Aufgrund dieser Referenz wurden 2015 14 Magnetventile aus der VZ-Anlage ausgebaut und bei Festo einer ausführlichen Prüfung im Klimaschrank unterzogen. Das positive Prüfergebnis versetzte den Hersteller in die Lage, die im Jahre 1998 in Zusammenarbeit mit dem TÜV-Rheinland durchgeführten Laborprüfungen mit 20 Prüflingen durch die in der Praxis bewährten Magnetventile zu bestätigen. Mit dieser Nachprüfung und der parallel dazu durchgeführten FMEA wurde beim TÜV ein neues Zertifikat ausgestellt, bei dem auf den Beschränkungshinweis der Einsatzzeit verzichtet werden kann. Der Betreiber ist somit selbst für sach- und fachgerechten Einbau, Betrieb und Wartung verantwortlich und kann so selbst die Einsatzdauer der eingesetzten Magnetventile bestimmen, die je nach Umgebungsbedingungen unterschiedlich sein kann. Ein Zertifikat mit einer unbeschränkten Einsatzdauer bedeutet sowohl für Betreiber, die neue Anlagen planen, als auch für Anwender, die diese Magnetventile bereits seit vielen Jahren im Einsatz haben, einen enormen Vorteil.

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Bei Bayer in Dormagen sind seit 14 Jahren 1.500 eigensichere Magnetventile im Einsatz. Da es in diesem Zeitraum zu keinem unsicheren Versagen gekommen ist, konnte nun auf Basis einer Nachprüfung auf die Beschränkung der Einsatzzeit verzichtet werden. Bild: Festo

Zum Thema: Sicherheit oder Zuverlässigkeit?

Zwei wichtige Aspekte, die beim Thema SIL betrachtet werden, sind Sicherheit und Zuverlässigkeit. Die Steigerung der sicherheitsgerichteten Zuverlässigkeit ist die Voraussetzung für längere Prüfintervalle und damit großen Einsparungen. In Erdölraffinerien ist es schon lange üblich, Abstellungen nur alle fünf Jahre vorzunehmen. Dort wurde die hohe Zuverlässigkeit vor allem durch die „Zwei-von-drei-Philosophie“ erreicht und durch redundante Anlagen und Geräte unterstützt. Dieser teurere Weg rechnet sich aufgrund der hohen Kapazitäten dieser Anlagen. Dies gilt nicht immer für Anlagen der Feinchemie. Dort wird heute versucht, mittels zertifizierter, hochzuverlässiger Geräte (Elektromotoren, Transmitter, Steuerungen, Magnetventile oder sogar Prozessventile) und geeigneten Diagnosemethoden dieselbe Zuverlässigkeit zu erreichen wie mit redundanten Komponenten. 1612ct905

Valve World 2016 Halle 5 – K05

CT-Artikel und Produktberichte zum Thema Magnetventile

 

Heftausgabe: November 2016

Über den Autor

Michael Dahmen, Process Control Engineering, Bayer Crop Science Division; Rolf Rölli, Industry Segment Management Chemicals, Festo
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