Restab-System mit Injektionslanze verhindert Unfälle

Eine Lanze für die Sicherheit

Umweltschutz und die Sicherheit am Arbeitsplatz stehen immer wieder im Mittelpunkt von Diskussionen. Vorbeugung bietet zwar den besten Schutz, trotzdem steht gerade bei höheren Risiken die Schadensbegrenzung an erster Stelle. Zu den Chemikalien mit einem hohen Risikopotential gehören Monomere als Grundsubstanz für chemische Prozesse. Sollte es zu einer ungewollten chemischen Reaktion kommen, kann sie mit Hilfe eines Restab-Systems restabilisiert werden.

Neues Restab-Konzept

Acrylsäure ist eine Ausgangssubstanz, die wie kaum eine andere eine Schlüsselrolle in der Erzeugung chemischer Produkte spielt. Sie ist aber keine harmlose Substanz. Eine ungewollte Polymerisation größerer Mengen kann mit explosionsartiger Heftigkeit ablaufen. Dementsprechend umfangreich sind auch die Maßnahmen, um eine Reaktion bei der Lagerung dieser Stoffe zu vermeiden. Obwohl Feuerlöschungseinrichtungen zur Schadensbegrenzung bekannt sind, gibt es bisher nur wenige Systeme, die eine unbeabsichtigte Reaktion restabilisieren. An diesem Punkt setzte die BASF an und entwickelte ein Konzept zur Restabilisierung der anlaufenden Reaktion. Das System umfaßt das Restab™-Medium, den Behälter sowie die Mechanik zum Injizieren.

Phenothiazin als geeigneter Inhibitor

Das Restab-System vermischt den Tankinhalt mit dem Inhibitor, wenn eine Reaktion droht oder bereits angelaufen ist. Für Acrylsäure ist ein geeigneter Inhibitor das Phenothiazin, kurz PTZ. Trotz guter Inhibitoreigenschaften ist PTZ nur schwer lösbar. Erste Aufgabe ist es daher, möglichst viel PTZ im Lösemittel zu lösen, um eine wirkungsvolle Restabilisierungslösung zu erhalten. Weitere Anforderungen an die Restab-Flüssigkeit liegen in der geringen chemischen Aggressivität und Toxizität. Darüber hinaus sollten die Gebrauchseigenschaften wie Alterung, Viskosität, Verfestigungs- sowie Verdampfungstemperatur in einem praktikablen Bereich liegen. Die BASF setzt ein patentiertes Trägermedium (Pat. Appl. Nr. 08/960356) ein, das diese Anforderung erfüllt. Beispielsweise ist für einen mit 100 m2 Acrylsäure gefüllten Tank nur 50 kg Restab-Medium erforderlich. Damit ist es möglich, das Restab-Medium in kleine mobile Behälter zu füllen und sich damit flexibel auf Industriebedingungen einzustellen. 50 kg Restab-Medium entsprechen 250 ppm (parts per million) PTZ in der Acrylsäure – genug, um die Reaktion abzubrechen. Die nächste Aufgabe ist das Injizieren in den Tank und das Vermischen des Restab-Mediums mit der Acrylsäure. Untersuchungen bei BASF zeigen, daß ein mehrere Minuten dauerndes Umwälzen des Tankinhalts mit Hilfe von aufsteigenden Gasblasen das lokal injizierte Restab-Medium ausreichend mit der Acrylsäure mischt. Ein Injizieren des Restab-Mediums an mehreren Stellen des Tanks ist damit nicht erforderlich. Das Restab-System besteht im wesentlichen aus den Komponenten:

• mobiler Behälter zur Aufbewahrung der Restab-Flüssigkeit
• Stickstoffflasche; Stickstoff dient zum Fördern des Restab-Mediums und Umwälzen des Tankinhalts
• Drydis Trockenkupplung zum schnellen und sicheren Ankuppeln an den betroffenen Tank
• feuerfestes Rohrleitungs- oder Schlauchsystem zum Dach des Tanks
• Injektionslanze TEL™; ausfahrbares Teleskopsystem zum Injizieren des Restab-Mediums

Ähnlich einem mobilen Feuerlöscher kann ein Restab-Behälter über eine Kupplung für mehrere Tanks eingesetzt werden. Problematisch bei der Umsetzung der Idee des Restab-Systems ist die Schnittstelle zum Tank. Ein System soll nahezu wartungsfrei über einen längeren Zeitraum in Wartestellung verharren und im Ereignisfall mit höchster Sicherheit funktionieren. Es wurden unterschiedliche Möglichkeiten vorgeschlagen, das Medium in den Tank zu befördern:

• Einbringen auf die Saugseite der Entlade- oder Umwälzpumpe
• Festinstallation eines PTZBehälters auf dem Tank
• Injektion durch eine Berstscheibe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels

Im ersten Fall kann die Pumpe selbst Ausgangspunkt der Polymerisation sein. Beim Brand einer Tankanlage besteht die Möglichkeit eines Stromausfalls. Im zweiten Fall wird das Inhibierungsmittel auf der Oberfläche verteilt, aber nicht vermischt. Weiterhin kann auch ein elektromechanisches Ventil in seiner Funktion eingeschränkt sein. Im dritten Fall besteht immer die Gefahr der unbemerkten Zerstörung der Berstscheibe mit den Folgen, dass das Monomer für die Weiterverarbeitung nicht mehr genutzt werden kann.

Autarkes System

Auch ein fest installiertes Rohr innerhalb des Tanks weist einige Nachteile auf. Ein Rohr kann durch starke Strömungskräfte abgerissen werden, wenn es nicht fest mit der Tankwand verbunden ist. Auch kann das Polymerisat das Rohr zusetzen, so dass eine häufige Überwachung des Rohrs erforderlich ist. Darüber hinaus ist der nachträgliche Einbau eines Vertikalrohrs mit einem hohen Installationsaufwand und Stillegen des Tanks verbunden. Die Forderung nach hoher Sicherheit können die bekannten Systeme zur Zeit nicht erfüllen. Daher war die Entwicklung der teleskopisch ausfahrenden Lanze als Injektionssystem erforderlich. Das gesamte System arbeitet autark. Die Lanze wird mit einem DN 100 Flansch befestigt, der sich in der Regel auf dem Tank befindet. Die Teleskopsegmente sind eingezogen, so dass sich die Lanze im Gasraum des Tanks befindet und leicht installiert sowie gewartet werden kann. Die Lanze läßt sich in der Länge flexibel auf die Tankhöhe oder auf die vorgegebene Ausfahrlänge einstellen. Die maximale Ausfahrlänge beträgt zehn Meter. Das Ende der Lanze kann trotzdem ohne Funktionsbeeinträchtigung auf den Boden des Tanks aufsetzen. Nach einem Einsatz des Systems lassen sich die Teleskope der Lanze einziehen. Somit ist eine einfache Instandsetzung oder ein einfacher Austausch möglich.

Abdichtung in den Teleskopen mit PTFE-Segmenten

Die Lanze besteht prinzipiell aus den Komponenten Auslöse-, Ausfahr-, Einziehmechanismus, fünf gedichteten Teleskopstangen mit Endanschlagrastung sowie Aufsetztopf mit integrierter Berstscheibe. Die gesamte Lanze besteht aus rostfreiem Edelstahl. Die Abdichtung in den Teleskopen wurde ausschließlich mit PTFE-Segmenten erzielt. Im Ereignisfall kuppelt der Bediener mit Hilfe der Trockenkupplung den Restab-Behälter an die tankeigene Rohrleitung, die mit der Lanze verbunden ist. Nach dem Ankuppeln öffnet er die Stickstoffzuführung. Innerhalb des Restab-Behälters steigt der Druck bis ca. 5 bar an. Dann wird eine Berstscheibe im Behälter ausgelöst, und das Restab-Medium läuft durch das Rohrsystem bis zum Lanzenanschluß. Während des Durchlaufens steigt der Speisedruck bis zu 3 bar an. Dieser Druck bewegt einen Kolben, der den Durchgang zu den Teleskoprohren freigibt und die Rohre entriegelt. Nach dem Entriegeln der Segmente bleibt der Speisedruck annähernd konstant. Der Gasvolumenstrom beeinflußt die Ausfahrgeschwindigkeit der Teleskopsegmente. Die Ausfahrgeschwin-digkeit liegt bei ca. 6 m/min. An der Berstscheibe herrscht zu Anfang durch das Eigengewicht der Teleskope ein leichter Unterdruck, der während des Ausfahrens in einen geringen Überdruck wechselt. Einzelne Druckanstiege kennzeichnen die Losbrechkraft, um das jeweils nächste Segment auszufahren.

System auf Anwenderbedürfnisse zugeschnitten

Nachdem die vier beweglichen Teleskoprohre ausgefahren sind, rasten sie in einem Endanschlag ein, um sie für den Homogenisierungsvorgang zu stabilisieren. Setzt der Topf auf dem Grund auf, stabilisiert er zusätzlich die Lanze. Nach dem Ausfahren steigt in der Lanze der Innendruck bis 3,5 bar an. Bei diesem Druck wird die Berstscheibe ausgelöst und das Restab-Medium in den Tank injiziert. Durch den Aufsetztopf wird das Gas während der Spülphase gleichmäßig ausgestoßen, so daß der Umwälzprozeß unterstützt wird. Mit Hilfe einer Kurbel und einem im Teleskop verankerten Edelstahl-Drahtseil läßt sich die Lanze wieder in die Ausgangsposition fahren. Wesentlich für den Anwender ist der Zuschnitt dieses Systems auf seine Bedürfnisse und technischen Rahmenbedingungen. Tanks, die nicht rund um die Uhr bewacht werden, müssen beispielsweise mit der Feuerwehrleitzentrale verbunden werden. Denkbar ist auch, das System in die Leittechnik zu integrieren. Dadurch läßt sich eine Rezeptur vor Verunreinigung durch PTZ schützen. Wenn gewünscht, kümmert sich das Unternehmen RSi um die Installation vor Ort und die Beschaffung geeigneter Komponenten. Die Idee, mit Hilfe eines teleskopartig ausfahrenden Systems bestimmte Medien zu injizieren, läßt sich auf viele weitereMöglichkeiten übertragen. Denkbar ist der Einsatz nicht nur für Inhibitoren, sondern auch für Katalysatoren oder Stabilisatoren. Auch läßt sich das Verfahren als Probenahmesystem modifizieren.