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Walter Wagner

Planung im Anlagenbau

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Kamprath-Reihe

Dipl.-Ing. Walter Wagner

Planung im Anlagenbau

Vogel Business Media

4., überarbeitete und erweiterte Auflage

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Dipl.-Ing. WALTER WAGNER

Jahrgang 1941, absolvierte nach einer Lehre alsTechnischer Zeichner ein Maschinenbaustudiumund war 1964 bis 1968 Anlagenplaner imAtomreaktorbau; nach einer Ausbildung zumSchweiß-Fachingenieur war er ab 1968 TechnischerLeiter im Apparatebau, Kesselbau und in derWärmetechnik. 1974 bis 1997 bekam WalterWagner einen Lehrauftrag an der FachhochschuleHeilbronn, von 1982 bis 1984 zusätzlich an derFachhochschule Mannheim und von 1987 bis 1989an der Berufsakademie Mosbach.Im Zeitraum 1988 bis 1995 war er Geschäftsführerder Hoch-Temperatur-Technik Vertriebsbüro SüdGmbH. Seit 1992 ist er Leiter der Beratung undSeminare für Anlagentechnik: WTS Wagner-Technik-Service. Walter Wagner war außerdemObmann verschiedener DIN-Normen und öffent-lich bestellter und vereidigter Sachverständiger fürWärmeträgertechnik, Thermischer Apparatebauund Rohrleitungstechnik.

Dipl.-Ing. WALTER WAGNER ist Autor folgenderVogel Fachbücher der Kamprath-Reihe:

Festigkeitsberechnungen imApparate- und RohrleitungsbauKreiselpumpen und KreiselpumpenanlagenLufttechnische AnlagenPlanung im AnlagenbauRegel- und SicherheitsarmaturenRohrleitungstechnikStrömung und DruckverlustWärmeaustauscherWärmeträgertechnikWärmeübertragungWasser und Wasserdampf im AnlagenbauDIETZEL/WAGNER: Technische WärmelehreHEMMING/WAGNER: Verfahrenstechnik

Zur Themenreihe gehören ebenfallsaus der Vogel Business Media:

H. J. BULLACK: (CD-ROM)Berechnung von Druckbehälter-BauteilenBerechnung von SicherheitseinrichtungenBerechnung von KunststoffbehälternFlanschberechnungen nach EN 1591:2011Berechnung metallischer Rohrleitungsbauteile 1Pipe Elements/Rohrleitungsbauteile

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ISBN 978-3-8343-3414-51. Auflage. 2018Alle Rechte, auch der Übersetzung, vorbehalten.Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form(Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderenVerfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Ver-lages reproduziert oder unter Verwendung elektro-nischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder ver-breitet werden. Hiervon sind die in §§ 53, 54 UrhGausdrücklich genannten Ausnahmefälle nichtberührt.Printed in GermanyCopyright 2018 by Vogel Business Media GmbH &Co. KG, Würzburg

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Vorwort

Bei der Planung, dem Bau und Betrieb von Anlagen müssen übergreifende Ingenieurtätigkeiten undbetriebswirtschaftliche Aspekte ständig berücksichtigt und koordiniert werden. Von der Grund-konzeption an sind immer wieder Bilanzen, bau- und maschinentechnische Konstruktionen sowielaufende Kosten zu überprüfen und zu vergleichen. Dadurch kann man wesentliche Fehler undVerteuerungen bereits im Entstehungsstadium und für den zukünftigen Betrieb vermeiden. Auchsicherheits- und umwelttechnische Notwendigkeiten, die einen entscheidenden Einfluss auf dieAnlagentechnik haben, sind dabei zu berücksichtigen. Deshalb wurden hier besonders Bilder,Tabellen und Diagramme in einem eigenen Kapitel zusammengefasst, die es ermöglichen, ohnegroßen Rechenaufwand überschlägig Prüfungen durchzuführen.

Das Buch enthält für Techniker der Fachrichtungen Maschinenbau, Verfahrens-, Versorgungs-,Kraftwerks-, Umwelt- und Heizungstechnik entscheidende Informationen über den Planungsab-lauf. Projektierungs-, Konstruktions- und Betriebsingenieure sowie Techniker, die in ihrer Beruf-spraxis mit der Anlagenplanung bzw. der Konstruktion und der Betreuung von Anlagen im be-trieblichen Einsatz zu tun haben, erhalten hiermit wichtiges Planungsmaterial.

Resonanz zum Buch ist stets willkommen, weil eine lebendige Wissensvermittlung Praxis undLehrbetrieb immer wieder neu motivieren und inspirieren kann. Den schnellsten Kontakt erfüllt ei-ne E-Mail an: [email protected]

Der Vogel Business Media danke ich für die gewohnt hervorragende Zusammenarbeit.

St. Leon-Rot Walter Wagner

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 Planung von Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.1 Grundkonzeption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2 Sicherheits- und umwelttechnische Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.2.1 Gesetze, Verordnungen, Normen, Vorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.2.2 Sicherheitstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.2.3 Sicherheitseinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.2.4 Prozessleittechnik (PLT) sichert Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.2.4.1 Klassifizierung von PLT-Einrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.2.4.2 Klassifizierungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.2.4.3 Anwendungsbeispiel Absicherung von Rührkesseln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.2.5 Emissionen und Emissionsminderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.2.6 Abfall oder Reststoff? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.2.7 Umgang mit wassergefährdenden Stoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.2.8 Explosionsgefahr und brennbare Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.2.9 Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.2.9.1 Umweltdokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.2.9.2 Umweltrisikoanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.2.9.3 Geprüfte technische Verfahrensalternativen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.2.10 Druckgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.2.11 CE-Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.3 Zusammenfassung der wichtigsten Planungsschritte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351.4 Vor- und Grobplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1.4.1 Festlegung der Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351.4.2 Datenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351.4.3 Verfahrensbeschreibung mit Mengen- und Energiebilanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371.4.4 Verfahrenstechnische Grobauslegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391.4.5 Auslegung der Nebenanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391.4.6 Lageplanentwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391.4.7 Projektbeschreibung, Kostenschätzung, Terminplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401.4.8 Projektierungshilfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421.4.9 Betriebskostenschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

1.5 Detailplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421.5.1 Allgemeine Hinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421.5.2 Genehmigungsantrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431.5.3 Erstellung von Spezifikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

1.6 Anfragen und Bestellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441.6.1 Anfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.6.1.1 Angebote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441.6.1.2 Unterlieferanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441.6.1.3 Liefergrenzen und Leistungsgrenzen des Lieferers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441.6.1.4 Angebotsvergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.6.2 Bestellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461.6.2.1 Lieferungen und Leistungen des Bestellers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

1.7 Abwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471.7.1 Auftragsverfolgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471.7.2 Ergänzende Detailplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471.7.3 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

1.7.3.1 Abwicklungsdokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481.7.3.2 Technische Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1.8 CAE in der Anlagentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501.8.1 Angebotsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

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1.8.2 Auftragsphase: Basic-/Detail-Engineering, Rohrleitungs- undInstrumentierungsdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

1.8.3 Dreidimensionale Aufstellungsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531.9 Prüflisten für Haupttätigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

1.9.1 Darstellung des Anlagenschemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551.9.2 Verfahrensablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561.9.3 Auslegung von einzelnen Anlagenteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571.9.4 Rohrleitungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591.9.5 Mess- und Regelungseinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591.9.6 Sicherheit und Umwelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601.9.7 Aufstellungsplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621.9.8 Montagevorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

1.10 Planungsfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621.11 Planungsbeispiel: Wasserdampfanlage in einem Rauchgas-Wärmerückgewinnsystem . . . . . . . . . 63

2 Kaufmännische Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.1 Kostenermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

2.1.1 Kapitalgebundene Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.1.2 Verbrauchsgebundene Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.1.3 Betriebsgebundene Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.1.4 Sonstige Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.1.5 Montagekosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.1.6 Preise von Anlagenbauteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

2.1.6.1 Preisdegression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772.2 Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

2.2.1 Wirtschaftlichkeitsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782.2.1.1 Kapitalrückflussdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782.2.1.2 Annuitätsmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782.2.1.3 Amortisationsdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782.2.1.4 Barwertmethode (Kapitalwertmethode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792.2.1.5 Dynamische Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

2.3 Wärme- und Energiekosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802.3.1 Kapitalkosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812.3.2 Energiekosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812.3.3 Betriebskosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822.3.4 Sonstige Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822.3.5 Gesamtkosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.4 Dynamische Wirtschaftlichkeitsberechnung nach der Annuitätsmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822.4.1 Annuität der kapitalgebundenen Kosten (Auszahlungen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832.4.2 Annuität der verbrauchsgebundenen Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832.4.3 Annuität der betriebsgebundenen Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842.4.4 Annuität der sonstigen Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842.4.5 Jahreseinnahmen (Erlöse, Einzahlungen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842.4.6 Annuität der jährlichen Gesamtzahlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842.4.7 Armortisationsdauer TA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

2.5 Life-cycle-Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872.6 Verträge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

2.6.1 Vertragsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872.6.2 Vertragsformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882.6.3 Zusammenarbeitsverträge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 892.6.4 Einflüsse der Vertragsform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 902.6.5 Vertragsgestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

2.7 Vertragsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 922.7.1 Zahlungsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 922.7.2 Liefertermin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 932.7.3 Probebetrieb, Risikoübergang, Betriebsübernahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 942.7.4 Zugesicherte Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 952.7.5 Gewährleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

8 Inhaltsverzeichnis


2.7.6 Nachweis der zugesicherten Auslegungsdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 962.7.7 Rechte des Bestellers bei Mängeln an der Lieferung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 962.7.8 Sonstiges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

2.7.8.1 Streitfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3 Bauliche Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013.2 Transport- und Lagerverhältnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013.3 Baustelleneinrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.4 Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.5 Personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.6 Haftung und Verantwortung des Lieferers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.7 Bau- und/oder Montageüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.8 Betriebsdokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.8.1 Spezielle Betriebsdokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043.8.1.1 Betriebsprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043.8.1.2 Betriebsabläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.8.1.3 Betrieb einzelner Gebiete und Teilgebiete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.8.1.4 Wirtschaftlicher Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.8.1.5 Steuerungs- bzw. Regelungs- sowie Sicherheitssysteme

und Sicherheitseinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.8.1.6 Betriebsbericht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.8.1.7 Regelmäßige Inspektionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.8.1.8 Betriebsstörungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

3.8.2 Dokumentation von Wartung, Reparatur und Kundendienst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.8.2.1 Produktwartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.8.2.2 Kundendienstbericht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.8.2.3 Wartungs- und Reparaturberichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.8.2.4 Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

3.8.3 Einsatz von Einrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.8.3.1 Anleitungen für den Betreiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.8.3.2 Inhalt der Anleitungen für den Betreiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.8.3.3 Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.9 Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.9.1 Inbetriebnahmeablauf am Beispiel einer Wärmeträger-Ölanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.9.1.1 Abnahmeprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.9.1.2 Reinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.9.1.3 Dichtheitsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1083.9.1.4 Füllen der Anlage mit Wärmeträger und Druckprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1083.9.1.5 Funktionsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1093.9.1.6 Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1093.9.1.7 Messprotokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

3.10 Abnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103.11 Aufmaß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4 Betrieb der Anlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.1 Wartung und Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

4.1.1 Instandhaltungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.1.2 Instandsetzung nach Ausfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.1.3 Vorbeugende Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1124.1.4 Zustandsbezogene Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

5 Beispielhafter Ablauf eines Anlagenprojektes in Diagrammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155.1 Zeitliche Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155.2 Typischer Planungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1165.3 Aufgaben und Zielstellungen der Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1175.4 Typischer Inbetriebnahmeablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1175.5 Betrieb der Anlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

Inhaltsverzeichnis 9


5.6 Pumpenüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1185.7 Standardablauf einer Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195.8 Standardablauf einer Inspektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1205.9 Standardablauf einer Instandsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

6 Projektierungsgleichungen und Faustformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236.2 Projektierungsgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236.3 Faustformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

6.3.1 Volumenstrombestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236.3.1.1 Heißwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236.3.1.2 Thermoöle bei der oberen Anwendungstemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236.3.1.3 Luft (im Normzustand) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

6.3.2 Rohrleitungsinnendurchmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1316.3.3 Leistungsbedarf von Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1316.3.4 Leistungsbedarf von Ventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326.3.5 Elektrische Stromstärke I für die Zuleitung zum Motor im Drehstromnetz . . . . . . . . . . . 1326.3.6 Messblendenbohrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.3.6.1 Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1336.3.6.2 Thermoöl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1336.3.6.3 Wasserdampf (Sattdampf) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

6.3.7 Verbrennungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1336.3.7.1 Brennstoffstrom B und Abgasstrom VA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1336.3.7.2 Flüssige und gasförmige Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1346.3.7.3 Holzverbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

7 Datensammlung und Planungsmaterial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1357.1 Auslegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

7.1.1 Strömungsgeschwindigkeiten aus der Praxis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1357.1.2 Hauptdaten von Rohrleitungen und Rohrleitungselementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1367.1.3 Rohranschlussabmessungen, die sich aus den Flanschnormen ergeben . . . . . . . . . . . . . . . 1387.1.4 Kenngrößen für die Druckverlustberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1397.1.5 Verlusthöhenbestimmung bei Wasserleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1407.1.6 Nomogramm zur Berechnung des Strömungswiderstandes von Rohrleitungen . . . . . . . 1417.1.7 Geschwindigkeit und Druckverlust in durchströmten Rohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1427.1.8 Verlusthöhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1437.1.9 Erforderliche Dehnschenkellängen bei warmgehenden Stahlrohrleitungen . . . . . . . . . . . 1447.1.10 Verhältnis der gestreckten Länge zur Verbindungslänge als

Kriterium für das elastische Verhalten eines Stahlrohrsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1457.1.11 Dehnungsaufnahme von Rohrschenkeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1467.1.12 Dehnschenkel bei Kunststoffrohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1477.1.13 Leistungsbestimmung bei Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1487.1.14 Wirkungsgrad und Leistungsbedarf von 1-stufigen Kreiselpumpen im Optimum . . . . . 1497.1.15 Leistungsbestimmung bei Ventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1507.1.16 Diagramm zur Bestimmung der Wanddicke von zylindrischen Mänteln . . . . . . . . . . . . . 1517.1.17 Diagramm zur Bestimmung gewölbter Böden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1527.1.18 Diagramm zur Bestimmung von ebenen Böden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1537.1.19 Streckgrenze und Langzeit-Warmfestigkeitswerte von nahtlosen Rohren

aus warmfesten Stählen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1547.1.20 Stoffwerte von Stählen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1557.1.21 Drehmoment in Abhängigkeit von Antriebsleistung und Drehzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1567.1.22 Wellendurchmesser in Abhängigkeit vom Drehmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1567.1.23 Abblasleistungen von Vollhub-Sicherheitsventilen und

Normal-Sicherheitsventilen für Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1577.1.24 Abblaseleistungen von Vollhub-Sicherheitsventilen und

Normal-Sicherheitsventilen für Sattdampf und Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1587.1.25 Strömungsgeschwindigkeit in Dampfleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1597.1.26 Bemessung von Kondensatleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

10 Inhaltsverzeichnis


7.1.27 Auslegung von Sattdampfleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1627.1.28 Nachverdampfung bei der Entspannung von Kondensat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1637.1.29 Anhaltswerte für den Wärmedurchgangskoeffizienten k bei Wärmeaustauschern . . . . . 1647.1.30 Mittlere Temperaturdifferenz für reinen Gleich- und Gegenstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1657.1.31 Richtwerte des Schalldruckpegels von Drehstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1667.1.32 A-Schall-Leistungspegel an Spiral- oder Ringgehäusepumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1667.1.33 Schall-Leistungspegel von Ventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

7.2 Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1677.2.1 Bildzeichen für Wärmekraftanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1677.2.2 Transportabmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1687.2.3 Mindestabstände von Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1707.2.4 Rohrbrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1717.2.5 U-Rohr-Wärmeaustauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1727.2.6 Hauptabmessungen sowie Heizflächen bei einem Rohrbündel-Wärmeübertrager . . . . . 1737.2.7 Bezeichnung von Wärmeaustauscher-Bauelementen nach TEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1747.2.8 Druck-Temperatur-Zuordnungen für nichtaustenitische Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1757.2.9 Übersichtsdiagramm zur Bestimmung der Baugrößen von Radialventilatoren . . . . . . . . 1767.2.10 Kennfelder von Kreiselpumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1777.2.11 Liegende Behälter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1787.2.12 Sättel für liegende Behälter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1817.2.13 Apparat mit Profilfüßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1827.2.14 Rohrfüße für stehende Apparate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

7.3 Datenblätter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1847.3.1 Datenblatt für Kreiselpumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1847.3.2 Datenblatt für Sicherheitsventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1857.3.3 Spezifikationsblatt für Stellgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1867.3.4 Datenblatt für Elektromotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1887.3.5 Datenblatt für Wärmeaustauscher – allgemeine Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1897.3.6 Datenblatt für Wärmeaustauscher – Prozessdaten und Stoffwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1907.3.7 Datenblatt für Wärmeaustauscher – Stutzen und Maßskizze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

7.4 Vorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1927.4.1 Geltungsbereich der gesetzlichen Regelwerke zur Luftreinhaltung bei

Feuerungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1927.4.2 Übersicht für zulässige Emissionswerte gemäß TA Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1937.4.3 Emissionsgrenzwerte bei Großfeuerungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1947.4.4 Druckgeräterichtlinie: Einteilung der Fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1957.4.5 Behältereinstufung (Druckgeräte RL)

Fluide der Gruppe 1: P(Dampf, TS ) > 0,5 bar(ü) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1957.4.6 Behältereinstufung (Druckgeräte RL)

Fluide der Gruppe 2: P(Dampf, TS ) > 0,5 bar(ü) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1967.4.7 Behältereinstufung (Druckgeräte RL)

Fluide der Gruppe 1, Flüssigkeiten: P(Dampf, TS ) < 0,5 bar(ü) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1967.4.8 Behältereinstufung (Druckgeräte RL)

Fluide der Gruppe 2, Flüssigkeiten: P(Dampf, TS ) < 0,5 bar(ü) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1977.4.9 Beheizte überhitzungsgefährdete Druckgeräte (Druckgeräte RL)

TS > 110 °C, Fluide: Dampf oder Heißwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1977.4.10 Rohrleitungseinstufung: Fluide der Gruppe 1: P(Dampf, TS ) > 0,5 bar(ü) . . . . . . . . . . . . . . . . . 1987.4.11 Rohrleitungseinstufung: Fluide der Gruppe 2: P(Dampf, TS ) > 0,5 bar(ü) . . . . . . . . . . . . . . . . . 1987.4.12 Rohrleitungseinstufung: Fluide der Gruppe 1: P(Dampf, TS ) < 0,5 bar(ü) . . . . . . . . . . . . . . . . . 1997.4.13 Rohrleitungseinstufung: Fluide der Gruppe 2: P(Dampf, TS ) < 0,5 bar(ü) . . . . . . . . . . . . . . . . . 1997.4.14 Konformitätsbewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2007.4.15 Inhalt der Konformitätsbewertungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

7.5 Stoffwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2017.5.1 Wasserdampftafel: Sättigungszustand (Drucktafel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2017.5.2 Enthalpiediagramm von Wasserdampf (h-p-Diagramm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2027.5.3 Übersichtsdiagramm: T-s-Diagramm von Wasserdampf mit

Isobaren und Isochoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2037.5.4 Übersichtsdiagramm: h-s-Diagramm von Wasserdampf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

Inhaltsverzeichnis 11


12 Inhaltsverzeichnisnhaltsverzeichnis

7.5.5 Dichte von trockener Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.5.6 Spezielle Wärmekapazität von trockener Luft bei konstantem Druck . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.5.7 Stoffwerte von Wasser bei Sättigungsdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2067.5.8 Stoffwerte von trockener Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2077.5.9 Spezielle Wärmekapazität von trockener Luft und Rauchgasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2087.5.10 h-x-Diagramm für feuchte Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2097.5.11 Stoffwertebereich von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

7.6 Kalkulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2117.6.1 Montagezeiten für die häufigsten Stahlrohrleitungsteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2117.6.2 Spezifische Kosten von Wärmeaustauschern aus C-Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2127.6.3 Spezifische Kosten von Behältern aus C-Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2137.6.4 Kosten für Anlagenteile in Abhängigkeit von der Nennweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2147.6.5 Richtwerte für spezielle Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2157.6.6 Heizwerte vonBrennstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2167.6.7 Überschlägige Brennstoffkosten-Ermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2177.6.8 Kostenschätzung für Rohrbündel-Wärmeaustauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227


1 Planung von Anlagen

Die Gründe zur Realisierung eines ProjektessindfürdieseAbhandlungunwesentlich. Istein-mal die Entscheidung zur Verwirklichung einerAnlage gefallen, muss das immer zu einemstrukturellen Planungsvorgang führen, da vonder Planung bis zum Bau und den Betrieb vieleEinzelheiten zu berücksichtigen sind (s. Tabelle1.1). Nur eine effiziente Planung kann erforder-liche praktische und betriebswirtschaftlich ko-stendeckende Maßnahmen miteinander koordi-

nieren. Der Schlüssel zum Erfolg ist hierbei, dieBerührungsfelder unterschiedlichster Details zuerkennen und mit dem notwendigen tech-nischen und betriebswirtschaftlichen Know-how zu einem funktionierenden Ganzen zu-sammenzufügen. Auf dem Stand der Technikmüssen Gesetze, Vorschriften, Normen undRichtlinien eingehalten und umgesetzt werden.Von besonderer Bedeutung sind dabei sicher-heits- und umwelttechnische Interessen.

Tabelle 1.1 Koordination der sich überschneidenden technischen und betriebswirtschaftlichen Maßnahmen

Aufgrund bestimmter Anstöße wird der Entscheidungs-prozess ausgelöst

Für die sinnvoll erscheinenden Vorschläge werden Investitions-und Instandhaltungskosten sowie die möglichen Erlöse ermittelt

Auf der Grundlage der ermittelten Daten werden Alternativen nachbestimmten Kriterien untersucht, berechnet und verglichen:

I) Statische oder dynamische Wirtschaftlichkeitsrechnung ➝ geld-werte Betrachtung

II) Bewertungsverfahren für Einflussfaktoren, die sich nicht in Geld-einheiten darstellen lassen ➝ Zielerreichungsbetrachtung

z. B.: Vorgriff auf mögliche rechtliche oder technischeRegeländerungBerücksichtigung von ökologischen Entwicklungen

III)Risikoanalyse der Investition zur Ermittlung der möglichenAuswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit ➝ Risikobetrachtung

Auswahl einer Alternative unter Berücksichtigung der vorher-gehenden Ergebnisse

Abwicklung von Planung, Bau und Inbetriebnahme

Die nachfolgende Kontrolle vergleicht die IST-Daten mitden Plandaten.

Investitionsanregung

Suchen von Lösungs-möglichkeiten

Darstellung der Alternativen

Bewertung der Alternativen

Wirtschaftlichkeits-berechnungen (I)

Berücksichtigung nichtmessbarer Einflussfaktoren (II)

Bewertung der möglichenVeränderungen der

Entscheidungsgrundlagen (III)

Investitionsentscheidung

Investitionsdurchführung

Investitionskontrolle

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1.1 Grundkonzeption

Vor dem Bau einer Anlage muss das Anlagen-konzept umfangreichen Analysen unterworfenwerden, um alle wichtigen Informationen überUrsachen, Auswirkungen und Einflüsse, d.h.alle Interaktionen sowohl technischer als auchwirtschaftlicher Art, gewinnen und einplanenzu können (z.B. die Effizienz der Energie-umwandlung oder -nutzung, Umwelteinwir-kungen usw.).

Für Verfahren, bei denen prinzipiell in Bild 1.1dargestellte Einflussgrößen eine Rolle spielen,sind eine Vielzahl übergreifender Betrachtun-gen maßgebend.

Es sind u.a. folgende Informationen zu ana-lysieren:

welche Produkte sollen erzeugt werden, undwelche Nebenprodukte entstehen dabei?wieviel Energie, Roh- und Hilfsstoffe müssendazu eingesetzt werden?welche Umstände sind bei der Rohstoff-umsetzung einzuplanen?welche Abfallstoffe (Sorten und Mengen)sind zu erwarten?wieviel Abwärme entsteht, und kann siewieder genutzt werden?welche Emissionen können auftreten?wie groß ist der Bedienungsaufwand?welche Genehmigungsrichtlinien sind zuberücksichtigen?welche Zuverlässigkeit kann die Anlagegarantieren?wie ist die Störfallsicherheit zu bewerten?welche Restrisiken bleiben?welcher Wirkungsgrad ist real erreichbar?mit welcher Lebensdauer ist zu rechnen?

wie ist der Stand der Technik?welche Akzeptanz hat die Anlage bei Behör-den und in der Bevölkerung?ist der Standort richtig gewählt?welche Anlagenverfügbarkeit eröffnet derMarkt?welche Anlagengrößen sind sinnvoll?wie hoch sind die Investitionskosten?wie hoch sind die Betriebskosten und wie istdie Kostenentwicklung für Personal undallen Roh- sowie Hilfsstoffen zu beurteilen?welche Produktmärkte sind vorhanden undmitwelcherMarktentwicklungistzurechnen?gibt es konkurrierende Produkte?wie ist die Entwicklung der Märkte für dieseProdukte zu beurteilen?gibt es konkurrierende Herstellungsver-fahren?welche Finanzierungsmöglichkeiten sind zuvergleichen?

Aus dieser Liste erkennt man, dass für eine um-fassende Anlagenplanung weit mehr Analysendurchzuführen sind als über die Produkther-stellung.

Entsprechend den aufgelisteten Informatio-nen ist es z.B. notwendig, folgende Arbeiten aus-zuführen:

Aufstellen von Fließschemata,Erstellen von Maschinen- und Apparate-listen,Funktionsbeschreibungen,Erstellen von Mengen- und Energiebilanzenfür das Gesamtverfahren, für Bereiche sowiefür Komponenten,Ermittlung von Wirkungsgraden, Umwand-lungsgraden und Ausbeuten,Zusammenstellung der Anforderungen anMaschinen und Apparate,


Bild 1.1 Einflussgrößen eines Verfahrens

Verfahren

EnergieRohstoffeHilfsstoffeKapitalArbeit

Produkt

Abwärme

Abfallstoffe

Nebenprodukte

Emissionen

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Dimensionierung von Maschinen und Appa-raten,Ermittlung von Bauteilbelastungen,Ermittlung besonderer Betriebsbedingun-gen,Beurteilung des Standes der Technik bei Ver-fahren und Komponenten,Analyse von Verfahrensvarianten und Ver-fahrensalternativen,Optimierung von Verfahren und Kompo-nenten,Lebensdauerbeurteilungen,

Behandlung von Genehmigungsfragen,Untersuchung von Standortbedingungen,Beurteilung von Auswirkungen auf die Um-welt,Behandlung von Entsorgungsmöglichkeiten,Sicherheits- und Störfallanalysen,Kostenermittlungen, Marktanalysen, Pro-gnosen,Termingrobplanung (s. Abschnitt 5.1).

Damit diese und andere umfangreiche Arbeitendurchgeführtwerdenkönnen,müssenfürdieim

Grundkonzeption 15

1. Stoffe

2. Verfahren

3. Stoff- und Energietransport

4. Maschinen und Apparate

5. Betrieb

6. Kosten

physikalische Eigenschaftenchemische EigenschaftenQualitätsmerkmaleGefährlichkeit(Sicherheitsdatenblatt)

physikalische Verfahrenchemische VerfahrenVoraussetzungen, Zeiträume, VerweilzeitenAbhängigkeiten von Geschwindigkeit, Druck, Temperatur und KonzentrationHilfsstoffe, Katalysatoren, sonstige Hilfsmittel

mechanische AntriebeAustauschvorgänge (Gefälle von Druck, Temperatur und Konzentration)Bilanzen (stationär, instationär)Ausbeuten (Gesamtausbeute, einzelne Komponenten, Energie, Umsetzung,Ursachen von Verlusten)

PrinzipienSchaltungen (innere und innerhalb der Anlage)Konstruktionspezifische LeistungenDurchsatzmengen, BedarfswerteTemperaturen, Drücke, StoffeBaustoffe, Resistenzen, HerstellungsverfahrenDimensionierungen, Statik, Festigkeit, Lebensdauergegenseitige Abhängigkeiten und WirkungenSicherheits- und Umwelttechnik

Einstellung, VariationRegelung und Steuerung, MesstechnikBedienung, Personal, OrganisationWartung, Prüfung, InstandhaltungReparaturSicherheiterforderliche Genehmigungen

InvestitionskostenBetriebskostenEntwicklungskostenLebensdauer, AbschreibungsmodalitätenVerfügbarkeitErlöse, Gewinne, RenditenKostenentwicklungRisiken

Tabelle 1.2 Notwendige Informationen im Rahmen von Verfahrensanalysen

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Verfahren eingesetzten Stoffe, Prozesse, Ma-schinen und Apparate genaue und vollständigeInformationen zusammengestellt werden. Glei-ches gilt für die Fragen des Stoff- und Energie-transportes, für Betriebsfragen sowie für Kosten.Tabelle 1.2 zeigt dazu eine Auflistung wesent-licher Fakten.

Ein Beispiel dafür, welche Vielfalt von Ge-sichtspunkten schon bei der Planung oder Be-urteilung einer einzelnen Komponente berück-sichtigt werden müssen, sind Wärmeaustau-scher, die in allen Bereichen des Anlagenbauesin großen Stückzahlen zum Einsatz kommen.

Thermodynamische Auslegung, Dimensio-nierung:α-Koeffizient, k-Koeffizient, logarithmischeTemperaturdifferenzen, Strömungsführung,Heizflächenbelastung, volumetrische Lei-stung, Druckverlust, Rohrwandtemperatur,Apparateabmessung, Fouling.Mechanische Auslegung und Werkstoffaus-wahl: Wandstärken, mechanische Spannun-

gen im Normalbetrieb und in Störfällen,stationäre und instationäre thermische Span-nungen, Beulen, Kriechen, Bersten, Ermü-dung, Korrosion, Versprödung.Auslegung gegen Schäden durch Schwin-gungen, Erosion usw.,Verschmutzungseffekte, primär- und sekun-därseitig,Zugänglichkeit, Prüfbarkeit, Überwachung,Reparatur, Austauschbarkeit,Betriebskonzepte,Fertigungsverfahren,Baugrößen, Extrapolierbarkeit von Erfah-rungen,Erprobungsmöglichkeit,Stand der Technik,Schadensfälle undHerstellungskosten.

In Bild 1.2 sind die möglichen Entwicklungs-phasen einer Anlage dargestellt.


Bild 1.2 Entwicklungsphasen für Anlagen

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1.2 Sicherheits- und umwelt-technische Anforderungen

Die Grundkonzeption von sicherheits- und um-welttechnischen Anforderungen zeigt Bild 1.3.

1.2.1 Gesetze, Verordnungen, Normen,Vorschriften

Gesetze, Verordnungen, Normen, Vorschriftenusw. sind Ordnungsmittel einer Gemeinschaft(Bild 1.4). Das Gesetzeswerk ist in jedem geord-neten Gemeinwesen der Maßstab, mit dem dieeinzelnen, sich widerstrebenden Interessen ob-jektiv gemessen und in eine Rangfolge gebrachtwerden können.

1.2.2 Sicherheitstechnik

Sicherheitsrelevante Überlegungen müssenwährend der Entwicklung bzw. Optimierungeines Verfahrens in allen Phasen mit einbezogenwerden. Der Umfang einer sicherheitstech-

Sicherheits- und umwelttechnische Anforderungen 17

Baurecht

Gerätesicherungsgesetz

Gew 0

UVV (RVO)

Einsatzstoffe

Hilfsstoffe

Energieträger

Endprodukt

z.B. TA LuftGasf. Abfälle

z.B. TA LärmLärm

flüssige AbfälleWHG

Altölgesetz

feste AbfälleAbfallentsorgungsgesetz

BIMSCHG

Bild 1.3 Grundkonzeption von sicherheits- und umwelttechnischen Anforderungen

Rechtsgebiet Schutzziel

Gerätesiche- Schutz der Beschäftigtenrungsgesetz und Dritter vor Brand,

Explosion, Vergiftung,Verätzung

Wasserrecht Schutz vor Verunreinigungenim Sinne des Besorgnis-prinzips bzw. des Prinzipsder höchstmöglichenSicherheit.

Baurecht Standsicherheit, Festigkeitder Konstruktion, Bemes-sung, Ausbildung der Kon-struktionsteile im Hinblickauf die physikalischen undchemischen Betriebsbe-dingungen, Brandsicherheit.

Umweltschutz- Schutz vor Verunreinigungenrecht von Wasser und Luft, vor

unsachgemäßer Nutzungund Vernichtung: Natur-und Landschaftsschutz;Schutz vor Lärm undErschütterungen.

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Bild 1.4 Übersicht von Gesetzen und Verordnungen (Beispiele)

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nischen Untersuchung hängt von der Stufe derProzessentwicklung und -durchführung ab. InBild 1.5 ist der Ablauf sicherheitstechnischerBeurteilungen dargestellt.

1.2.3 Sicherheitseinrichtungen

Bild 1.6 zeigt schematisch am Beispiel einesRührkessels die verschiedenen Behälterabsiche-rungen. Sie können folgenden Typen zugeord-net werden:

Druckentlastung, auch Notentspannunggenannt. Berstscheiben und gewichts- oderfederbelastete Sicherheitsventile öffnen beieinem voreingestellten Druck. Wenn die imBehälter verbleibenden Stoffmengen so großsind, dass die Reaktion weiter durchgeht,muss eine zusätzliche Absicherung gemäß ei-nem der nachstehenden Typen vorgesehenwerden.

Bodenentleerung ist als alleinige Absiche-rung in der Regel ungenügend.Ein Abstopper ist für Mehrzweckanlagen un-geeignet,wegenderVielzahlvonReaktionen.Notkühlung durch Kühlflächen im oder amReaktor.Wenn mit Verkrustung der Kühlflächen zurechnen ist, bietet die Notkühlung als alleini-ge Absicherung zu wenig Sicherheit.

Druck-entlastung

Boden-entleerung

Einspeisung,Abstopper

Not-kühlung

Bild 1.6 Absicherungsformen für Reaktionsbehälter

Bild 1.5 Ablauf sicherheitstechnischer Beurteilungen – Fragestellungen und Methoden

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Eine Variante der Notkühlung ist das Flutenmit einer geeigneten Flüssigkeit. Dadurchentstehen in großen Mengen verunreinigteFlüssigkeiten, die entsorgt werden müssen.Mit Hilfe der Mess- und Regelungstechnikkann man ebenfalls Absicherungen konzi-pieren. Dabei werden Prozessgrößen (z.B. dieTemperatur im Behälter) gemessen und beiÜberschreitung von Grenzwerten entspre-chende Aktionen (z.B. Öffnen eines gesteuer-ten Sicherheitsventils oder Abpumpen desBehälterinhalts) ausgelöst.Die Zuverlässigkeit derartiger Absicherun-gen mit Hilfe der Mess- und Regelungstech-nik ist begrenzt (s. AD – A6).

Nur in einfachen Fällen genügt eine Absiche-rung nach einem einzigen der oben genanntenTypen. Im Normalfall ist eine Kombinationerforderlich. Die Druckentlastung wirktgrundsätzlich als Kombination von Druckent-lastung und Entleerung, weil dabei auch eineReduktion der Stoffmengen im Reaktor erfolgt.

DruckentlastungsvorgangZu Beginn einer Druckentlastung öffnet sich dieDruckentlastungsarmatur. Das sog. kritischeDruckverhältnis für ideale Gase ist 0,5, d.h., beieinem Innendruck von 2 bar und einem Um-gebungsdruck von 1 bar wird die Schallge-schwindigkeit im Ausströmquerschnitt erreicht.

Der Reaktordruck zu Beginn der Druckent-lastung ist in den meisten Fällen höher als 2 bar,so dass auch für ein nichtideales Gas mit Schall-geschwindigkeit in der Druckentlastungsarma-tur zu rechnen ist. Nach dem Öffnen der Druck-entlastungsarmatur sinkt der Druck im Reaktorab. Bei hoher Reaktortemperatur verdampft einTeil der Flüssigkeit, was jedoch durch den Sie-deverzug behindert wird. Nach Beendigung desSiedeverzugs desorbiert der Dampf aus derFlüssigkeit, wobei Tropfen mitgerissen werden.Durch den Flüssigkeitsanteil erhöht sich derStrömungswiderstand in der Druckentlastungs-armatur.

Dies hat zur Folge, dass der Reaktordruck indieser Phase der Druckentlastung ansteigt.Danach sinkt er langsam und stetig. Bei einerDruckentlastunglaufensomitverschiedenether-mohydraulische und chemische Vorgänge ab.

Im einzelnen sind dies:

Strömung mit Schallgeschwindigkeit in derDruckentlastungseinrichtung,Desorbtion von Gasen und Dämpfen ausFlüssigkeiten,2-Phasen-Strömung in der Druckentla-stungseinrichtung,chemische Reaktionen mit ihrer Reaktions-kinetik.

Diese Vorgänge können berechnet oder minde-stens qualitativ beurteilt werden.

Für die Strömung von einem Dampf-Flüssig-keits-Gemisch mit Schallgeschwindigkeit unddie Desorbtion von Gasen und Dämpfen ausFlüssigkeiten finden sich Angaben in der Lite-ratur.

Um eine Aussage über den Charakter der 2-Phasen-Strömung machen zu können, müssenexperimentelle Ergebnisse oder betriebliche Er-fahrungen über den Flüssigkeitsanteil verwen-det werden.

Bei Mehrzweckanlagen legt man die maxi-malen Temperaturen und Drücke fest unddimensioniert die Druckentlastungseinrichtungunter Annahme der Schallgeschwindigkeit.

1.2.4 Prozessleittechnik (PLT)sichert Anlagen

In der Richtlinie VDI/VDE 2180 ist die Siche-rung von Anlagen der Verfahrenstechnik durchdie Prozessleittechnik (PLT) beschrieben, undes werden allgemeine Grundsätze vorgestellt,die für die Planung, Errichtung und den Betriebderartiger Einrichtungen hilfreich sind. Vor-zugsweise werden verfahrenstechnische Ein-richtungen mit Nicht-PLT-Einrichtungen abge-sichert. PLT-Einrichtungen zur Anlagensiche-rung kommen dann zum Einsatz, wenn andereMaßnahmen nicht anwendbar, nicht ausrei-chend oder bei vergleichbarer Risikoreduzie-rung nicht wirtschaftlich sind. Die Anwendungmöglichst einfacher, überschaubarer und un-mittelbar wirkender Maßnahmen führt in derRegel zu sicheren und gleichzeitig wirtschaft-lichen Lösungen. Komponenten von Einrich-tungen der Prozessleittechnik zur Anlagen-sicherung sind:


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Anregeteil, z.B. bestehend aus Messgrößen-aufnehmer, Messumformer, Grenzsignal-geber und ggf. Signalvergleicher für redun-dante analoge Signale,Einrichtungen zur Signalverarbeitung,Auslöseeinrichtungen und Melder.

Die für die Anlagensicherung bedeutende Pro-zessgröße, die «Prozesssicherungsgröße», wirdvon einem Messgrößenaufnehmer erfasst undhäufig über einen Messumformer in ein analo-ges oder ein digitales Signal umgeformt. IhrWert wird in einem Grenzsignalgeber mit einemvorgegebenen Grenzwert oder in einem Signal-vergleicher mit einemanderen Signalverglichen(Bild 1.7). Das Ausgangssignal des Grenzsignal-gebers ist ein Grenzsignal, das vom Signalver-gleicher ist ein Plausibilitätssignal. Beide Signa-le haben binäre Signalzustände.

Überschreitet der Wert der Prozesssiche-rungsgröße einen Grenzwert im zulässigenFehlbereich, so wird aus dem Gutsignal desGrenzsignalgebers ein Fehlsignal.

1.2.4.1 Klassifizierung vonPLT-Einrichtungen

Die Sicherung von Anlagen der Verfahrens-technik mit Mitteln der Prozessleittechnik setzteine eindeutige Unterscheidung zwischensicherheitsrelevanten und betrieblichen Anfor-derungen voraus. Daher werden die Einrich-tungen der Prozessleittechnik klassifiziert in(Bild 1.8):

PLT-Betriebseinrichtungen,PLT-Überwachungseinrichtungen,PLT-Schutzeinrichtungen,PLT-Schadensbegrenzungseinrichtungen.

Die Klassifizierung hat zum Ziel, PLT-Einrich-tungen aufgabengerecht und mit wirtschaftlichangemessenem Aufwand auszulegen. Sie er-möglicht klare Abgrenzungen, sowohl bei derPlanung, Errichtung und Betrieb als auch beispäteren Änderungen von PLT-Einrichtungen.Über den Einsatz von PLT-Einrichtungen zurAnlagensicherung, über ihre Aufgabenstellung

Bild 1.7 Grundsätzliche Wirkungsweise von PLT-Einrichtungen zur Anlagensicherung

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und ihre Ausführung wird in der Sicherheits-betrachtung entschieden.

1.2.4.2 Klassifizierungsbeispiele

Die in Bild 1.7 aufgeführten Beispiele geben Hin-weise, wie PLT-Einrichtungen in typischen ver-fahrenstechnischen Einrichtungen entspre-chend der Aufgabenstellung klassifiziert wer-den können. Aus der zur Erläuterung beispiel-haft gewählten prozessleittechnischen Ausstat-tung kann keine Verbindlichkeit oder Empfeh-lung für vergleichbare Anwendungsfälle abge-leitet werden. Vielmehr ist für den konkretenAnwendungsfall eine jeweils darauf zuge-schnittene Lösung zu erarbeiten. Die zeichne-

rischen Darstellungen der verfahrenstech-nischen Anlagen enthalten nur die zum Ver-ständnis der Aufgabenstellung notwendigenAnlagenteile und PLT-Einrichtungen. Nichtdargestellt sind PLT-Einrichtungen zur Ver-meidung von Produktschäden und Sachschä-den, die in unternehmerischem Eigeninteressebetrachtet werden und bei denen Personen- undUmweltschäden ausgeschlossen werden kön-nen.

Die Kennbuchstaben für die PLT-Funktionensind in Anlehnung an DIN 19227 gewählt, wo-bei die Folgebuchstaben S für PLT-Überwa-chungseinrichtungen und Z für PLT-Schutzein-richtungen nach durchgeführter Klassifizierungzu ergänzen sind.


Bild 1.8 Schematische Darstellung der Wirkungsweise von PLT-Schutz- undPLT-Überwachungseinrichtungen

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1.2.4.3 Anwendungsbeispiel Absicherungvon Rührkesseln

VerfahrensbeschreibungDer Rührkessel (Bild 1.9) wird mit Einsatzstoffgefüllt.DanachleitetmanunterZugabevonLuftdie Reaktion ein. Der Sauerstoff wird vollstän-dig umgesetzt. Als Inertgas fällt Stickstoff mitKohlenwasserstoffanteilen an, das man einemAbgasnetz zuführt. Dieses Netz muss weit-gehend sauerstofffrei sein.

MessgrößenArbeitstemperatur T, Arbeitsdruck P1, Rege-lung der Prozesszusammensetzung im Rühr-kessel QC1, Drehzahl des Rührers S, Kühl- bzw.Heizmitteldurchfluss F, Sauerstoffkonzentrati-on im Abgas Q2, Regelung Abgasdruck PC2.

Exotherme Reaktionen können im Störfalleinen exponentiellen Temperatur- und Druck-anstieg aufweisen. Für dieses Durchgehen einerReaktion gibt es verschiedene Ursachen, z.B.falsches Mischungsverhältnis oder Verunreini-gung der Rohstoffe bzw. Verkrustung von Kühl-flächen. Das eventuelle Durchgehen einer Reak-tion erfordert technische Maßnahmen bei derPlanung. Hierzu gehört die redundante Aus-führung von Komponenten. Redundanz heißt,dass mehr Komponenten vorhanden sind als fürdie Erfüllung der vorgesehenen Aufgabe erfor-derlich ist.

Kühlwasserpumpen können z.B. 2fach, paral-lel geschaltet installiert werden, wobei jeweilsnur 1 Pumpe betrieben wird und die 2. erst beimstörungsbedingten Ausfall der 1. startet. DieZuverlässigkeit erhöht sich dadurch wesentlich.

Für die Betriebsführung von durchgehendenReaktionen werden entsprechende Betriebsvor-schriften aufgestellt. Die dadurch erreichteBetriebssicherheit ist von der Zuverlässigkeitdes Bedienungspersonals abhängig.

Derartige Maßnahmen bei Planung und Be-trieb sind in der Regel nicht ausreichend. Zu-sätzlich ist eine Absicherung erforderlich, umSchäden am Reaktionsbehälter selbst und an derUmgebung zu verhindern.

1.2.5 Emissionen und Emissions-minderung

Wenn die bei der Druckentlastung freigesetztenStoffe toxisch oder aus anderen Gründen um-weltbelastend sind, ist zu prüfen, ob sie unbe-handelt an die Umwelt abgegeben werden dür-fen (s. Immissionsschutz-Gesetz).

Es gibt verschiedene technische Verfahren zurBehandlungvonumweltbelastendenStoffen,diebei einer Druckentlastung entweichen. Flüssig-keitsabscheider sind geeignet, wenn die bei derDruckentlastung mitgerissene Flüssigkeit um-weltbelastend ist, die freigesetzten Gase jedochunschädlich sind. Zyklone oder Tropfenab-scheider sind besser geeignet als leere Behälter.

Eine Dampfkondensation ist empfehlens-wert, falls die bei einer Druckentlastung frei-gesetzten Dämpfe umweltbelastend sind. Meistwird eine Dampfkondensation in einem liegen-den Behälter durchgeführt, wobei Wasser odereine organische Flüssigkeit als Vorlage dient.Wärmeaustauscherkondensatoren, z.B. Rohr-bündelapparate mit Wasser als Kühlmedium,benötigen eine Pumpe, die permanent laufenoder bei Bedarf rasch und sicher starten müsste.Deshalb sind Rohrbündelapparate weniger ge-eignet. Als Dampfkondensator ist noch dieKältespeicherung zu erwähnen. Hier dient einSalz mit geeignetem Schmelzpunkt oder ein ge-frorenerStoff (Eis)zurKondensationvonDampfaus der Druckentlastung.

Wäscher sind geeignet, wenn eine Wasch-flüssigkeit zur Reinigung der freigesetzten Gaseund Dämpfe bekannt ist. In einem Wäscherkönnen mehrere Verfahrensschritte gleichzeitigdurchgeführt werden:

Abscheidung der Flüssigkeit,Kondensation des Dampfes,Absorption und Kühlung des Gases.

Bei einer vollständigen Rezeption werden allebei der Druckentlastung freigesetzten Stoffe ineinem geschlossenen Behälter aufgefangen.Auch Taschen aus flexiblem Material, die sichbei der Druckentlastung aufblähen, kommenzum Einsatz. Da aber die benötigten Auf-fangvolumina groß sind, ist eine vollständigeRezeption nur schwer realisierbar.

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PLT

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Zeichnerische Darstellung inAnlehnung an DIN 19 227 Anwendungsbeispiel

Endotherme Reaktion

Bei Ausfall der Heizung oder desRührers ist keine Gefahrunkontrollierter Reaktion gegeben.Durch unvollständigen Umsatzder Reaktionsluft kann dieSauerstoffkonzentration imAbgas ansteigen.

P1TQC1PC2

S–

F–

Q2+

F–

Exotherme Reaktion

Bei Ausfall der Kühlung oder desRührers kann die Reaktions-geschwindigkeit so starkansteigen, dass der Druck überPC2 nicht abgeführt wird. Um einAnsprechen der Berstscheibe undeinen damit verbundenen Verlustgroßer Produktmengen zuvermeiden, wird bei unzulässigemDruckanstieg die Gasphase ineiner Notkondensation verflüssigt.

QC1PC2

S–

F–

Q2+

P1+

T+

Stickstoff Abgasnetz

Einsatzstoff

H

T+

F–

QC1

Luft

S–

erzeugtes Produkt

Kühl- oderHeizmittel

Q2+

P1+

Notkon-densation

~M

PC2

P1

Abschaltung

Stickstoff Abgasnetz

Einsatzstoff

H

H

T+

F–

QC1

Luft

S–

erzeugtes Produkt

Kühl- oderHeizmittel

Q2+

~M

PC2

Abschaltung

H

Bild 1.9 PLT-Schutz- und PLT-Überwachungseinrichtungen am Beispiel eines Rührkessels nach VDI/VDE 2180

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