Einfrieren von Schaumschutzsystemen: Auslegung für den Winter

Schaumbezogene Systeme in der Biogasanlage, also Sensoren zur Schaumerkennung, Fallen und Siphons, die den Schaum vor der Gasleitung zurückhalten, sowie Dosierleitungen für Antischaummittel, enthalten Flüssigkeiten, Kondensat oder zähe Medien. Im Winter kann jede dieser Stellen einfrieren oder eindicken, und der Ausfall ist deshalb gefährlich, weil er im Normalbetrieb nicht bemerkt wird: Das System „steht“ in Bereitschaft und erweist sich erst dann als funktionsunfähig, wenn Schaum auftritt. Die Auslegung für den Winter besteht daher darin, die Zahl der frostgefährdeten Stellen zu begrenzen und sicherzustellen, dass die übrigen beheizt, isoliert und überwacht sind.

Warum Schaum ein Sicherheitsproblem ist

Schaum in der Gärkammer (Ursachen und Bekämpfung beschreibt der Beitrag Schaumbildung im Fermenter) kann den Gasraum füllen und bis in die Gasleitung, die Armaturen, die Entwässerungen sowie die Über- und Unterdrucksicherungen vordringen. Eine verstopfte Entlüftung oder ein blockiertes Sicherheitsventil ist eine Situation von hoher sicherheitstechnischer Bedeutung. Deshalb verfügen Anlagen über Systeme, die Schaum erkennen und seine Folgen begrenzen.

Wo es einfriert

Auslegungsgrundsätze

1. Begrenzen Sie die Zahl der Punkte mit Flüssigkeit. Jede Totstrecke und jeder Wassersack erhöht das Risiko. Das System sollte ein Gefälle haben, das das Kondensat ableitet, sowie möglichst kurze Impulsleitungen.

2. Verlegen Sie empfindliche Komponenten an einen warmen Ort. Schaltschränke, Dosierpumpen und der Behälter für Antischaummittel stehen in einem beheizten Gehäuse oder Container. Diese Lösung ist günstiger und zuverlässiger als eine Beheizung der Leitungen auf der gesamten Strecke.

3. Isolieren und beheizen Sie die übrigen Punkte. Isolierung mit Feuchtigkeitsschutz, eine auf die niedrigste Auslegungstemperatur abgestimmte Heizleitung und Regelung. Einzelheiten zur Auswahl nennt der Beitrag Schützt eine Heizleitung das System vor Frost.

4. Wählen Sie das passende Medium. Antischaummittel unterscheiden sich in Viskosität und Stockpunkt; das Sicherheitsdatenblatt und die Herstellerempfehlungen werden als Auslegungsdaten behandelt. Der Wechsel auf ein anderes Produkt erfordert die Prüfung der Verträglichkeit mit dem Dosiersystem.

5. Setzen Sie Redundanz ein. Zwei unabhängige Schaumsensoren oder ein Schaumsensor und eine unabhängige Füllstandsmessung erlauben es, den Fehler eines von ihnen zu erkennen. Die Sicherheit sollte nicht von einem einzigen Punkt abhängen, der einfrieren kann.

6. Sorgen Sie für Stromversorgung und Alarme. Heizkreise mit Überwachung der Stromaufnahme und ein Temperatursensor an der kältesten Stelle senden einen Alarm an die Leitwarte. Das Signal über einen Heizungsausfall muss einen Menschen erreichen.

7. Berücksichtigen Sie explosionsgefährdete Bereiche. Komponenten in Ex-Zonen (Sensoren, Heizleitungen, Pumpenmotoren) müssen gemäß Explosionsschutzdokument eine entsprechende Zertifizierung und Temperaturklasse haben; siehe ATEX in der Biogasanlage.

Instandhaltung und Inspektionen

• Inspektion vor der Saison: Isolierung, Heizleitungen, Kalibrierung der Sensoren, Zustand des Antischaummittels.
• Funktionstest: Simulation eines Schaumsignals, Prüfung der Reaktion des Systems (Stopp der Substratdosierung, Alarm, Dosierung des Mittels).
• Regelmäßige Kontrolle der Entwässerungspunkte und der Durchgängigkeit der Siphons.
• Ereignisprotokoll: ob das System angesprochen hat, wann und warum; die Daten erlauben es, die Wirksamkeit zu beurteilen. Die Über- und Unterdrucksicherung des Behälters, die ebenfalls einfriergefährdet ist, ist im Beitrag zur Frostschutzbeheizung der Überdrucksicherung beschrieben.
• Schulung des Betriebspersonals: wer auf den Frostalarm reagiert und was er tut.

Was zu tun ist, wenn das System nicht funktionsfähig ist

Ein funktionsunfähiges Schaumschutzsystem bei Frost wird wie eine Einschränkung der Sicherheitseinrichtungen behandelt: Die Dosierung schaumfördernder Substrate wird begrenzt, die Überwachung durch das Personal verstärkt, und das Problem wird dem Service gemeldet, gemäß Betriebsanweisung der Anlage. Für Arbeiten an eingefrorenen Komponenten, insbesondere innerhalb einer Ex-Zone oder in geschlossenen Räumen, gelten Freigaben und Verfahren; siehe Arbeiten in engen Räumen. Das Auftauen mit offenem Feuer oder nicht zertifizierten Heizgeräten ist unzulässig.

Zusammenfassung

Die winterliche Zuverlässigkeit schaumbezogener Systeme ergibt sich vor allem aus der Auslegung: wenige Punkte mit Flüssigkeit, warme Gehäuse, Isolierung und Redundanz. Die Beheizung ist eine Ergänzung, die überwacht werden muss. Einen allgemeinen Überblick über die Wärme in der Anlage im Winter gibt der Beitrag Wärmebilanz der Biogasanlage im Winter.

Beispiel für einen Ansatz zur Risikoanalyse

Für jedes schaumbezogene System empfiehlt es sich, eine einfache Tabelle zu erstellen: Element, Funktion, Folge seines Ausfalls, Mechanismus des Einfrierens, Schutzmaßnahme, Art der Erkennung des Ausfalls sowie Inspektionshäufigkeit. Eine solche Analyse zeigt, welche Elemente kritisch sind (ihr Ausfall ist nicht bemerkbar) und welche nur unbequem. Für die erste Gruppe sind Redundanz oder eine unabhängige Überwachung erforderlich, für die zweite genügt eine regelmäßige Inspektion. Die Ergebnisse werden der Sicherheitsdokumentation der Anlage beigefügt und nach jeder Änderung des Systems aktualisiert.