Wie wählt man die Frostschutzheizung für die Über- und Unterdrucksicherung aus?

Die Frostschutzheizung der Über- und Unterdrucksicherung wird nach der niedrigsten Auslegungstemperatur am jeweiligen Standort, nach der Konstruktion der Sicherung und nach der Einstufung der Ex-Zone ausgewählt. Sie soll die Sperrflüssigkeit (in der Regel Wasser oder eine Wassermischung) flüssig und die Entlüftungskanäle frei halten. Sie ist ein Sicherheitselement, daher gilt der Grundsatz, dass die Heizung überwacht und ihr Ausfall signalisiert werden muss und nicht erst im Nachhinein entdeckt werden darf.

Wozu die Sicherung dient und warum Frost gefährlich ist

Ein Gasbehälter, auch ein Behälter mit Membrandach, benötigt eine Sicherung gegen übermäßigen Über- und Unterdruck. Eine der Lösungen ist die Flüssigkeitssicherung: Der Ansprechdruck ergibt sich aus der Höhe der Flüssigkeitssäule (als Richtwert entsprechen 10 mm Wassersäule ca. 1 mbar). Überschreitet das Gas den Druck, verdrängt es die Flüssigkeit und entweicht. Gefriert die Flüssigkeit, entsteht ein Eispfropfen: Die Sicherung spricht entweder nicht an oder erst bei einem deutlich höheren Druck als angenommen. Einzelheiten zu den Risiken für Behälter beschreiben wir im Text über den Biogasspeicher mit Doppelmembrandach.

Die Konstruktionen sind unterschiedlich (Flüssigkeitsventile, mechanische Sicherungen, kombinierte Systeme), deshalb beginnen wir stets mit der Herstellerdokumentation.

Auswahlkriterien für die Heizung

1. Auslegungsbedingungen. Angesetzt wird die niedrigste Temperatur, die am Standort auftreten kann, unter Berücksichtigung von Wind und längeren Frostperioden. Der Winterdurchschnitt genügt nicht; das Einfrieren ist ein Extremereignis.

2. Was genau zu beheizen ist. Nicht nur das Gefäß mit der Flüssigkeit. Gefährdet sind auch Verbindungsleitungen, Stutzen, Entlüftungen, Abläufe und Armaturen. Der häufigste Fehler: beheizter Behälter, eingefrorener Ablauf.

3. Dämmung. Die Heizleistung ist nur die halbe Lösung. Eine Dämmung mit Feuchteschutz entscheidet darüber, wie viel Leistung nötig ist und ob das System bei starkem Wind funktioniert. Durchfeuchtete Dämmung verliert ihre Eigenschaften.

4. Art der Heizung. Zur Wahl stehen in der Regel: geregelte Heizkabel (selbstregulierend oder mit konstanter Leistung), ein Warmwasserkreislauf aus der Prozessanlage sowie ein beheizter Raum (Einhausung oder Container). Ein Warmwasserkreislauf ist im Betrieb mitunter günstiger, hängt aber vom Betrieb der Wärmequelle ab; Kabel hängen von der Stromversorgung ab. Für kritische Punkte wird ein redundantes System erwogen.

5. Ex-Zone. Befindet sich ein Heizelement oder Sensor in einem gefährdeten Bereich, muss er den Anforderungen für Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen entsprechen (Richtlinie 2014/34/EU) und eine Temperaturklasse sowie Gruppe aufweisen, die dem Explosionsschutzdokument der Anlage entsprechen (Richtlinie 1999/92/EG). Die Oberflächentemperatur darf den in dieser Zone zulässigen Wert nicht überschreiten. Die Auswahl trifft eine Person mit entsprechender Qualifikation auf der Grundlage einer Risikobewertung. Siehe ATEX in der Biogasanlage.

6. Medium. Die Zugabe von Glykol senkt die Gefriertemperatur, verändert aber die Dichte und damit den Ansprechdruck. Das muss neu berechnet und mit dem Hersteller abgestimmt werden. Hinzu kommen Fragen der Sicherheit und der Umwelt (Entsorgung, Leckagerisiko).

Überwachung und Instandhaltung

• Ein Temperatursensor am kältesten Punkt des Systems (und nicht nur an der Heizung) mit Alarm zur Leitwarte.
• Kontrolle der Stromaufnahme des Heizkreises: keine Stromaufnahme bedeutet keine Heizung, auch wenn der Schalter eingeschaltet ist.
• Versorgung aus einem spannungsausfallsicheren Stromkreis; bei kritischen Systemen Notstromversorgung.
• Inspektion vor der Saison: Zustand von Dämmung und Abdeckungen, Dichtheit, Werte der Thermostateinstellung, Prüfung, ob die Flüssigkeit auf dem richtigen Stand ist.
• Dokumentation der Kontrolle im Betriebstagebuch.

Typische Fehler

Bei Zweifeln zur Auswahl oder bei Änderungen am Sicherungssystem muss auf die Betriebsanweisung der Anlage, die Herstellerdokumentation und befugte Personen zurückgegriffen werden. Zur Erinnerung: Dieser Text beschreibt Kriterien und ersetzt weder die Planung noch die Risikobewertung. Die Wärmebilanz der Anlage im Winter behandeln wir im Text Wärmebilanz der Biogasanlage im Winter.

Wie man die Auswahl Schritt für Schritt plant

Die Auswahl führt man am besten als kurzen Entscheidungsprozess durch. Zuerst werden die Dokumentation der Sicherung (Typ, Medium, Höhe der Flüssigkeitssäule, Leitungsabmessungen) und die Klimadaten des Standorts zusammengetragen. Anschließend wird bestimmt, welche Elemente des Systems einfrieren können, und für jedes wird eine Schutzart gewählt: beheizte Einhausung, Wärmekreislauf oder Heizleitung mit Dämmung. Danach werden die Anforderungen der Ex-Zonen geprüft und Zubehör mit geeigneter Zertifizierung ausgewählt. Zum Schluss werden die Überwachung und der Inspektionsplan entworfen. Die Dokumentation der Änderungen wird zusammen mit dem Explosionsschutzdokument aufbewahrt, und jede Änderung am Sicherungssystem sollte eine Risikobewertung durchlaufen.

Kontrollfragen für Planer und Betreiber

• Wie hoch ist die niedrigste Auslegungstemperatur und wurde der Wind berücksichtigt?
• Haben alle flüssigkeitsführenden Elemente (Gefäß, Ablauf, Verbindungsleitungen) einen Schutz?
• Was geschieht mit der Sicherung, wenn die Stromversorgung länger als einige Stunden ausfällt?
• Wer erfährt wie schnell von einem Ausfall der Heizung?
• Wurde ein Wechsel der Flüssigkeit oder von Zusätzen neu berechnet und vom Hersteller genehmigt?