Von der Einweg- zur Mehrweg-Überwachung

Überwachungssysteme für Berstscheiben

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29.06.2018 Hat eine Berstscheibe bereits ausgelöst? Um diese Frage zu beantworten, werden in der Praxis Signalisierungseinrichtungen eingesetzt. Dabei gibt es für verschiedene Anforderungen eine ganze Reihe unterschiedlicher Systeme, die allesamt Vor- und Nachteile haben.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Um sofort über das Ansprechen (Öffnen) einer Berstscheibe informiert zu werden, gibt es verschiedene Möglichkeiten der Signalisierung.
  • Die Signalisierungen nutzen in der Regel ein Kabel, das an einem Trennschaltverstärker angeschlossen wird und beruhen auf dem Prinzip der Ruhestromkreis-Unterbrechung (eigensicherer Ruhestromkreis).
  • Nicht-invasive Signalisierungen sind die jüngste Evolutionsstufe der Berstsignalisierung.

1 Rembe Nimu

Bei der non-invasiven Signalisierung steckt der Sensor in einer Sacklochbohrung im Berstscheibenhalter und detektiert berührungslos einen Signalindikator auf der Berstscheibe. Bilder: Rembe

Ein wiederkehrendes Problem sind Leckagen an Berstscheiben – um diese zu vermeiden, kommt es auf die richtige Auswahl, auch der Signalisierung, an.

Berstscheiben sind neben Sicherheitsventilen die am häufigsten verwendeten Elemente zur Druckabsicherung in Industrieanlagen. Sie werden mit definierten Sollbruchstellen gefertigt, die auf entsprechenden Druck reagieren und schützen Menschen, Umwelt und Anlagen vor unzulässigem Überdruck oder Vakuum.

Um sofort über das Ansprechen (Öffnen) einer Berstscheibe informiert zu werden, gibt es verschiedene Möglichkeiten der Signalisierung. Die einfachste Art ist ein Reißdraht, der auf der Berstscheibe fixiert ist und mit dem Prozessleitsystem verbunden wird. Mit dem Öffnen der Berstscheibe reißt der Draht, der anliegende eigensichere Ruhestromkreis wird unterbrochen und das Ansprechen der Berstscheibe wird dem Prozessleitsystem übermittelt.

Geborsten oder nur leck?

Bei der Signalisierung wird zwischen der Berstüberwachung und der Leckageüberwachung unterschieden. Die Berstüberwachung überwacht die Öffnung der Berstscheibe, die Leckageüberwachung überwacht die Dichtigkeit der Berstscheibe. Es gibt Berstsignalisierungen mit Reißdraht (beispielsweise die Signalgeber SK und RSK), mit einem Brechstab (Bird oder Hot Bird) sowie Signalisierungen, die in die Berstscheibe integriert sind (SGK). Bei den integrierten kommt eine Metallfolie zum Einsatz, die quasi in eine Lage der Berstscheibe gelegt wird. Die Funktionsweise ist ähnlich um Reißdraht.

Eine weitere Art der Signalisierung sind induktive Näherungsinitiatoren (SNR) und Signalmembrane. Letztere kann man sich wie eine flache Berstscheibe vorstellen, die über der eigentlichen Berstscheibe angebracht wird.

All diese Signalisierungen haben ein Kabel, das an einem Trennschaltverstärker angeschlossen wird und arbeiten mit einem Ruhestromkreis. Nicht-invasive Signalisierungen (Nimu) sind die jüngste Evolutionsstufe der Berstsignalisierung. Diese bestehen aus einem auf der Berstscheibe befestigten Indikator und einem Sensor, der in einer Sacklochbohrung montiert wird, die in den Halter gedreht wurde. Die Kopplung der beiden Elemente erfolgt über ein Magnetfeld, durch den Halter hindurch. Das Material des Halters muss sorgfältig gewählt werden, es darf nicht magnetisch oder magnetisierbar sein.

Billig in der Anschaffung, teuer im Betrieb

Jede dieser Signalisierungslösungen hat ihre Vor- und Nachteile. So ist der Reißdraht in der Anschaffung günstig, stellt aber aufgrund der Durchführdichtung gerade bei hohen Drücken (>10 bar) eine potenzielle Leckagequelle nach dem Ansprechen der Berstscheibe dar. Wird eine Berstscheibe und ein Halter mit Beißringdichtung verwendet, dann entsteht bei einem Austausch der Berstscheibe ein hoher Aufwand, da das Kabel von einem Fachmann bis zum nächsten Schaltkasten verlegt und dort angeschlossen werden muss. Bei einem Kabelbruch muss die gesamte Berstscheibe ausgetauscht werden.

Auch die Brechstab-Signalisierung ist vergleichsweise günstig und erlaubt eine einfache Sichtinspektion. Bei einem Ansprechen wird allerdings die Keramik zerstört. Eine solche Fragmentation wird durch den Einsatz einer Signalmembran vermieden. Die Signalisierungsmembran wird einfach zwischen den Flanschen auf der Abblaseseite der Berstscheibe montiert. Die Vorteile sind ein gewisser zusätzlicher Schutz für die Berstscheibe, außerdem muss Letztere bei einem Kabelbruch nicht ausgetauscht werden. Weiterhin bildet sich zwischen Berstscheibe und Signalmembran kein Kondenswasser. Letzteres wird beim Einsatz einer Berstscheibe mit integrierter Signalisierung vermieden. Solche Lösungen kommen beispielsweise in Anlagen zum Einsatz, die sterilisiert werden müssen.

Nicht-invasive Überwachungslösung

2 Öffnet die KUB Berstscheibe, gibt der Nimu-Sensor eine Informaton an das Prozessleitsystem

Öffnet die KUB-Berstscheibe, gibt der Nimu-Sensor eine Information an das Prozessleitsystem der Anlage.

Die aktuellste Technik zur Überwachung von Berstscheiben ist das nicht-invasive Überwachungssystem Nimu (Non-Invasive Monitoring Unit). Während übliche Berst-Signalisierungen erfordern, dass Kabel, die an der Berstscheibe montiert sind, durch den Berstscheibenhalter herausgeführt werden müssen, nutzt Nimu einen auf der Berstscheibe befestigten Signalindikator. Der eigentliche Sensor wird in einer Sacklochbohrung im Berstscheibenhalter verschraubt und überwacht von dort die Position des Singnalindikators auf der Berstscheibe. Somit beginnen die Kabel erst außerhalb des Berstscheibenhalters.

Nach einer Druckentlastung und dem damit verbundenen Öffnen der Berstscheibe wird das Auslassteil des Berstscheibenhalters abgenommen und die Berstscheibe gewechselt. Die Anlage kann dann wieder in Betrieb genommen werden. Zum Trennschaltverstärker müssen keine neuen Kabel mehr verlegt werden, die Nimu wird weiter verwendet. Die Anlage bleibt so dicht, Stillstandszeiten und Kosten werden minimiert. Durch das bewährte Funktionsprinzip, basierend auf einem eigensicheren Ruhestromkreis, kann die nicht-invasive Signalisierung ganz einfach mit dem Prozessleitsystem verbunden werden.

Interview mit Orhan Karagöz, Rembe

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Orhan Karagöz ist bei Rembe Business Development Director Process Safety, „Nimu vermeidet Leckagen am Sensorkabel das bei anderen Signalisierungen aus dem Berstscheibenhalter herausführt wird und damit eine potenzielle Stelle für Leckagen ist.“

„Maximale Dichtigkeit ist entscheidendes Merkmal“

CT: Welches sind die typischen Problemstellungen in Sachen Dichtigkeit von Berstscheiben?

Karagöz: Die ersten Berstscheiben waren einfache, flache Ausführungen, bessere Alufolien. Die nächste Evolutionsstufe waren gekerbte Berstscheiben. Nach dem Tiefziehen wurden mechanisch Kerben in die Berstscheibe gedrückt und dadurch Schwachstellen geschaffen. Diese Kerben haben die Kornstruktur im Material der Berstscheibe verändert – dieses wurde dadurch stress- und korrosionsanfälliger.
Einige Hersteller kerben noch, State of the Art ist aber die Fertigung von Berstscheiben mit Hilfe von Lasern. Dabei werden die Materialeigenschaften kaum verändert. Außerdem ist die Dichtigkeit auch eine Frage des eingesetzten Materials: Bei Multi-Layer-Konstruktionen mit FEP/PFA/PTFE-Dichtteilen kommt es durch Diffusion zu Leckagen. Es gibt Anwendungen, da sind diese Berstscheiben absolut richtig. Allerdings nicht bei Prozessen, die hohe Anforderungen an die Dichtigkeit haben. Bei diesen müssen mehrlagige Berstscheiben wie die KUB verwendet werden, die eine Lage hat, die absolut glatt und ohne Sollbruchstellen oder Ähnliches ist.

CT: Was müssen Anlagenplaner und -betreiber beachten, um die Berstscheibenüberwachung normenkonform zu betreiben?

Das hängt vor allem davon ab, ob in einer Ex-Zone installiert wird. Dann muss die Atex-Richtlinie berücksichtigt werden. Wir gehen immer davon aus, dass das der Fall ist, und erklären die Konformität eines einfachen elektrischen Betriebsmittels nach DIN EN 60079-10 / -11. Dann muss der richtige Trennschaltverstärker gewählt werden. Wir stellen für die Signalisierung zur Anlage hin einen potenzialfreien, eigensicheren Kontakt zur Verfügung – was der Kunde damit macht, wissen wir nicht und können wir auch nicht vorschreiben. Der Betreiber selbst kann definieren, was dann passieren soll. Meistens wird der Prozess gestoppt. Im Tagesgeschäft haben wir keine normativen Anforderungen.

CT: Was ist der Hintergrund für die aktuelle Entwicklung einer nicht-invasiven Berstsignalisierung?

Mit Nimu decken wir vor allem die Anforderung nach absoluter Dichtigkeit im Prozess ab, insbesondere bei umweltschädlichen, giftigen und leicht flüchtigen Medien. Zudem lässt sich durch den Einsatz dieser Signalisierung der Aufwand nach einem Ansprechen der Berstscheibe reduzieren.

CT: Was kann das nicht-invasive Überwachungssystem besser als bisherige Lösungen?

Entscheidendes Merkmal ist die maximale Dichtigkeit – Nimu vermeidet Leckagen am Sensorkabel, das bei anderen Signalisierungen aus dem Berstscheibenhalter herausführt wird und damit eine potenzielle Stelle für Leckagen ist. Der Sensor ist zudem wiederverwendbar – nach einem Ansprechen müssen keine Kabel durch Elektriker neu verlegt werden. Lediglich die Berstscheibe mit dem Indikator muss ausgetauscht werden. Bei anderen Signalisierungen muss das Kabel von der Einbaustelle bis zum nächsten Schaltkasten jedes Mal neu verlegt werden.

Heftausgabe: Juli/2018
Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK

Über den Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK
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