Samstag, Februar 26 2011 17: 38

Operationen und Prozesse der Haupteinheiten: Ein Überblick

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Dieser Artikel enthält Informationen zu grundlegender Prozessausrüstung, Lagerung, Anlagenlayout und Betriebsüberlegungen in der chemischen Prozessindustrie, einschließlich wichtiger Elemente und Konzepte, die in der gesamten chemischen Industrie allgemein anwendbar sind. Ein Großteil der für die chemische Verarbeitung erforderlichen Ausrüstung ist jedoch hochspezialisiert und kann nicht allgemein verallgemeinert werden. Ausführlichere Informationen zu Toxizität und Gefahrstoffen sowie Prozesssicherheit werden an anderer Stelle in diesem Dokument behandelt Enzyklopädie.

In der chemischen Verarbeitungsindustrie gibt es zwei grundlegende Layoutkategorien: Anlagenlayout, das alle Prozesseinheiten, Versorgungseinrichtungen, Lagerbereiche, Be- und Entladebereiche, Gebäude, Geschäfte und Lager umfasst, und Einheits- oder Prozesslayout, das nur die Platzierung von Geräten für a bestimmten Prozess, auch Prozessblock genannt.

Anlagenlayout

Aufstellen

Der Standort oder Standort einer Gesamtanlage basiert auf einer Reihe allgemeiner Faktoren, wie in Tabelle 1 (CCPS 1993) gezeigt. Diese Faktoren variieren erheblich je nach Standort, Regierung und Wirtschaftspolitik. Von diesen verschiedenen Faktoren sind Sicherheitserwägungen ein äußerst wichtiges Anliegen, und an manchen Standorten können sie der Hauptfaktor sein, der den Standort der Anlage bestimmt.


Tabelle 1. Einige allgemeine Standortauswahlfaktoren

  • Bevölkerungsdichte rund um den Standort
  • Naturkatastrophen (Erdbeben, Überschwemmungen etc.)
  • Vorherrschende Winde und meteorologische Daten
  • Verfügbarkeit von Strom, Dampf und Wasser
  • Sicherheitsaspekte
  • Luft-, Wasser- und Abfallvorschriften und ihre Komplexität
  • Zugang zu Rohstoffen und Märkten
  • Transportwesen
  • Standortgenehmigungen und Komplexität ihrer Erlangung
  • Interaktionsanforderungen in industriellen Entwicklungen
  • Verfügbarkeit und Kosten von Arbeitskräften
  • Investitionsanreize

 

Ein wichtiger Aspekt der Anlagensicherheit bei der Standortwahl ist die Definition einer Pufferzone zwischen einer Anlage mit gefährlichen Prozessen und nahe gelegenen Anlagen, Wohnungen, Schulen, Krankenhäusern, Autobahnen, Wasserstraßen und Flugzeugkorridoren. Einige allgemeine Sicherheitsüberlegungen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Pufferzone ist wichtig, da die Entfernung dazu neigt, die potenzielle Exposition durch verschiedene Unfälle zu verringern oder zu mindern. Die Entfernung, die erforderlich ist, um toxische Konzentrationen durch atmosphärische Wechselwirkungen und die Ausbreitung toxischer Materialien bei einer unbeabsichtigten Freisetzung auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren, kann definiert werden. Darüber hinaus kann die durch eine Pufferzone verursachte Zeitverzögerung zwischen einer toxischen Freisetzung und der Exposition der Öffentlichkeit genutzt werden, um die Bevölkerung durch vorgeplante Notfallmaßnahmenprogramme zu warnen. Da Anlagen über verschiedene Arten von Einrichtungen verfügen, die toxische Materialien enthalten, sollten Ausbreitungsanalysen an den potenziell gefährlichen Systemen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Pufferzone in jedem Bereich rund um den Anlagenperimeter angemessen ist.

 


Tabelle 2. Sicherheitsüberlegungen zum Standort der Anlage

  • Pufferzone
  • Standort anderer gefährlicher Anlagen in der Nähe
  • Inventar von giftigen und gefährlichen Materialien
  • Angemessenheit der Löschwasserversorgung
  • Zugang zur Notfallausrüstung
  • Verfügbarkeit von Notfallunterstützung durch angrenzende Branchen und die Gemeinde
  • Wetterextreme und vorherrschende Winde
  • Lage von Autobahnen, Wasserstraßen, Eisenbahn- und Flugzeugkorridoren
  • Umwelt- und Abfallentsorgungsbeschränkungen in Notfällen
  • Entwässerung und Gefälle
  • Wartung und Inspektion

 

Feuer ist eine potenzielle Gefahr in verfahrenstechnischen Anlagen und Einrichtungen. Große Brände können eine Quelle von Wärmestrahlung sein, die auch durch Entfernung gemildert werden kann. Erhöhte Fackeln können auch während eines Not- oder Anfahr-/Abschaltvorgangs eine Quelle thermischer Strahlung sein. Eine Fackel ist ein Gerät, das automatisch Abgase oder Notfalldampffreisetzungen an erhöhten Positionen oder speziellen Bodenstandorten verbrennt. Diese sollten entfernt von der Werksgrenze aufgestellt werden (zum Schutz der Gemeinschaft), und ein Bereich an der Fackelbasis sollte Arbeitern verboten werden. Bei unsachgemäßem Betrieb kann die Verschleppung von Flüssigkeit in die Fackel zu brennenden Flüssigkeitströpfchen führen. Neben Feuer kann es zu Explosionen innerhalb von Geräten oder einer Dampfwolke kommen, die Druckwellen erzeugen. Obwohl die Entfernung die Explosionsintensität über der Pufferzone etwas verringern wird, wird die Explosion immer noch Auswirkungen auf die nahe gelegene Gemeinde haben.

Die Möglichkeit unbeabsichtigter Freisetzungen oder Brände aus bestehenden Einrichtungen, die sich möglicherweise in der Nähe des vorgeschlagenen Standorts befinden, sollte ebenfalls berücksichtigt werden. Mögliche Störfälle sollten modelliert und bewertet werden, um die möglichen Auswirkungen auf das vorgeschlagene Anlagenlayout zu bestimmen. Notfallreaktionen auf ein externes Ereignis sollten bewertet und die Reaktionen mit anderen Werken und betroffenen Gemeinden koordiniert werden.

Andere Überlegungen

Die Dow Chemical Company hat einen anderen Ansatz für die Anlagenauslegung entwickelt, der auf einem akzeptablen Niveau des maximal wahrscheinlichen Sachschadens (MPPD) und des Betriebsunterbrechungsrisikos (B1) basiert (Dow Chemical Company 1994a). Diese Überlegungen sind sowohl für neue als auch für bestehende Anlagen wichtig. Der Dow-Feuer- und Explosionsindex ist nützlich bei neuen Anlagenlayouts oder beim Hinzufügen von Ausrüstung zu bestehenden Anlagen. Erweisen sich anhand des Index berechnete Risiken als unannehmbar, sollten die Sicherheitsabstände erhöht werden. Alternativ können auch Layoutänderungen das Gefahrenpotential reduzieren.

Gesamtlayout

Bei einem Gesamtanlagenlayout sind die vorherrschenden Winde ein wichtiger Gesichtspunkt. Zündquellen sollten in Windrichtung von potenziellen Leckquellen angeordnet werden. Befeuerte Erhitzer, Boiler, Verbrennungsöfen und Fackeln gehören zu dieser Kategorie (CCPS 1993). Die Platzierung von Lagertanks windabwärts von Prozesseinheiten und Versorgungseinrichtungen ist eine weitere Empfehlung (CCPS 1993). Umweltauflagen haben zu deutlich reduzierten Leckagen aus Tanks geführt (Lipton und Lynch 1994).

Mindestabstände wurden in verschiedenen Veröffentlichungen für Prozesseinheiten, Ausrüstung und verschiedene Anlagenfunktionen beschrieben (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; IRI 1991). Allgemeine Einrichtungen, die normalerweise empfohlene Abstände in Gesamtanlagenlayouts haben, sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tatsächliche Abstände sollten sorgfältig definiert werden. Befeuerte Erhitzer und Prozessöfen sind zwar nicht in Tabelle 3 aufgeführt, aber sie sind ein wichtiges Element, und empfohlene Abstände müssen in einem Einheitsprozesslayout enthalten sein.


Tabelle 3. Einrichtungen, die im Allgemeinen in Gesamtanlagenlayouts getrennt sind

  • Prozesseinheiten
  • Tanklager
  • Be- und Entladeeinrichtungen
  • Flares
  • Strom, Kessel und Verbrennungsanlagen
  • Kühltürme
  • Umspannwerke, große Schaltanlagen
  • Zentrale Kontrollhäuser
  • Lager
  • Analytische Labors
  • Eingehende Verbrauchszähler und Blocksysteme
  • Feuerwehrschläuche, fest installierte Monitore, Reservoirs und Notfeuerlöschpumpen
  • Bereiche der Abfallbehandlung
  • Wartungsgebäude und -flächen
  • Verwaltungsgebäude

 

Außerdem sind Straßen für den Zugang von Notfall- und Wartungsfahrzeugen oder Ausrüstung erforderlich und erfordern eine sorgfältige Platzierung zwischen den Prozesseinheiten und in den verschiedenen Abschnitten der Anlage. Akzeptable Abstände für Überkopf-Rohrgestelle und andere Überkopfgeräte sollten zusammen mit seitlichen Abständen an Kreuzungen und Eingängen zu allen Einrichtungen festgelegt werden.

Die Anordnungsanforderungen können auf empfohlenen Mindestabständen (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985) basieren oder durch eine Gefahrenanalyse bestimmt werden (Dow Chemical Company 1994a).

Prozesseinheit-Layout

Tabelle 3 zeigt eine Übersicht über das Gesamtlayout der Anlagentrennungen. Die Prozesseinheiten sind in dem spezifischen Block enthalten, der im allgemeinen Layout gezeigt wird. Der chemische Prozess wird in der Regel in Verfahrens- und Umsetzungsschaubildern (P&IDs) detailliert dargestellt. Ein Prozesslayout erfordert Überlegungen, die über die spezifischen Geräteabstände hinausgehen, von denen einige in Tabelle 4 aufgeführt sind.


Tabelle 4. Allgemeine Überlegungen zum Layout einer Prozesseinheit

  • Bereichsdefinition für zukünftige Erweiterungen und Zugänglichkeit der Einheiten
  • Zugänglichkeit der Reparaturausrüstung für häufige Wartung
  • Platzbedarf für die Reparatur einzelner Geräte (z. B. benötigter Bereich zum Ziehen des Wärmetauscherbündels oder Zugänglichkeit für das Steuerventil)
  • Barrieren für Hochdruckgeräte oder Reaktoren mit Explosionspotential
  • Mechanischer und Platzbedarf zum Be-/Entladen von mit Feststoffen gefüllten Reaktoren oder Türmen
  • Platz zum Abführen von Staubexplosionen
  • Trennung von häufig geöffneten oder gewarteten Geräten von Hochtemperaturrohren, Behältern usw.
  • Spezielle Gebäude oder Konstruktionen und erforderliche Freiräume (z. B. ein Kompressorhaus mit einem internen Brückenkran oder einem externen Kran)

 

Die Zusammenstellung der Ausrüstung in einer bestimmten Prozesseinheit variiert je nach Prozess erheblich. Die Toxizität und gefährlichen Eigenschaften der Ströme und Materialien innerhalb der Einheiten sind ebenfalls sehr unterschiedlich. Trotz dieser Unterschiede wurden Mindestabstandsstandards für viele Ausrüstungsgegenstände entwickelt (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985). Verfahren zur Berechnung potenzieller Leckagen und toxischer Expositionen von Prozessgeräten, die sich auch auf den Trennungsabstand auswirken können, sind verfügbar (Dow Chemical Company 1994b). Darüber hinaus kann eine Dispersionsanalyse angewendet werden, wenn Leckageschätzungen berechnet wurden.

Ausrüstung und Trennungsabstand

Zur Berechnung des Platzbedarfs für Trenneinrichtungen kann eine Matrixtechnik verwendet werden (CCPS 1993; IRI 1991). Berechnungen auf der Grundlage spezifischer Verarbeitungsbedingungen und einer Gefährdungsbeurteilung der Ausrüstung können zu Trennabständen führen, die von einem Standard-Matrix-Leitfaden abweichen.

Durch die Verfeinerung einzelner Kategorien und das Hinzufügen von Ausstattungen können umfangreiche Listen für eine Matrix aufgebaut werden. Beispielsweise können Kompressoren in mehrere Typen unterteilt werden, wie z. B. solche, die Inertgas, Luft und gefährliche Gase handhaben. Die Abstände für motorbetriebene Kompressoren können von motor- oder dampfbetriebenen Maschinen abweichen. Trennungsabstände in Lagerstätten für verflüssigte Gase sollten danach analysiert werden, ob das Gas inert ist.

Die Grenzwerte für die Prozessbatterie sollten sorgfältig definiert werden. Sie sind die Grenzlinien oder Grundstücksgrenzen für eine Prozesseinheit (der Name leitet sich von der frühen Verwendung einer Reihe von Öfen bei der Verarbeitung ab). Andere Einheiten, Straßen, Versorgungsleitungen, Rohrleitungen, Abflussgräben usw. werden basierend auf Batteriegrenzen dargestellt. Während sich der Gerätestandort der Einheit nicht bis zu den Batteriegrenzen erstreckt, sollten Abstände der Geräte von den Batteriegrenzen definiert werden.

Kontrollräume oder Kontrollhäuser

In der Vergangenheit war jede Prozesseinheit mit einem Kontrollraum ausgestattet, der die Betriebssteuerung des Prozesses bereitstellte. Mit dem Aufkommen elektronischer Instrumente und computergesteuerter Verarbeitung wurden einzelne Kontrollräume durch einen zentralen Kontrollraum ersetzt, der eine Anzahl von Prozesseinheiten in vielen Betrieben steuert. Wirtschaftlich vorteilhaft ist die zentrale Leitwarte durch Prozessoptimierung und Effizienzsteigerung des Personals. Einzelne Prozesseinheiten existieren noch, und in einigen spezialisierten Einheiten können ältere Kontrollhäuser, die durch zentrale Kontrollräume ersetzt wurden, immer noch für die lokale Prozessüberwachung und für die Notfallsteuerung verwendet werden. Obwohl Funktionen und Standorte von Kontrollräumen im Allgemeinen von der Prozessökonomie bestimmt werden, ist die Gestaltung des Kontrollraums oder Kontrollhauses sehr wichtig für die Aufrechterhaltung der Notfallsteuerung und für den Schutz der Arbeiter. Einige Überlegungen für zentrale und lokale Kontrollstellen umfassen:

  • Druckbeaufschlagung des Steuerhauses, um das Eindringen von giftigen und gefährlichen Dämpfen zu verhindern
  • Konstruktion des Kontrollhauses für Explosions- und Explosionsbeständigkeit
  • Festlegung eines Standorts mit minimalem Risiko (basierend auf dem Trennungsabstand und der Wahrscheinlichkeit von Gasfreisetzungen)
  • Reinigen der gesamten Einlassluft und Installieren eines Einlasskamins, der die Aufnahme giftiger oder gefährlicher Dämpfe minimiert
  • Abdichten aller Kanalisationsauslässe vom Kontrollhaus
  • Installation einer Feuerlöschanlage.

 

Bestandsreduzierung

Eine wichtige Überlegung bei Prozess- und Anlagenlayouts ist die Menge an toxischen und gefährlichen Materialien im Gesamtinventar, einschließlich der Ausrüstung. Die Folgen eines Lecks sind mit zunehmender Materialmenge schwerwiegender. Folglich sollte der Lagerbestand wo immer möglich minimiert werden. Eine verbesserte Verarbeitung, die die Anzahl und Größe der Ausrüstungsteile reduziert, reduziert den Lagerbestand, senkt das Risiko und führt auch zu geringeren Investitionen und verbesserter Betriebseffizienz.

Einige Überlegungen zur möglichen Bestandsreduzierung sind in Tabelle 6 aufgeführt. Wenn eine neue Verarbeitungsanlage installiert wird, sollte die Verarbeitung optimiert werden, indem einige der in Tabelle 5 aufgeführten Ziele berücksichtigt werden.


Tabelle 5. Schritte zur Bestandsbegrenzung

  • Verringerung der Bestandsreduzierung von Lagertanks durch verbesserte Prozesssteuerung, Betrieb und Just-in-Time-Bestandskontrolle
  • Eliminierung oder Minimierung des Tankbestands vor Ort durch Prozessintegration
  • Verwendung der Analyse und Entwicklung von Reaktionsvariablen zur Reduzierung des Reaktorvolumens
  • Austausch von Batch-Reaktoren durch kontinuierliche Reaktoren, was auch den Downstream-Holdup reduziert
  • Verringern des Holdup der Destillationskolonne durch Verringerung des Bodenvolumens und des Boden-Holdup mit entweder fortschrittlicheren Böden oder Packungen
  • Kessel-Reboiler durch Thermosiphon-Reboiler ersetzen
  • Minimierung der Volumina von Überkopftrommeln und Sumpftrommeln
  • Verbesserung des Rohrlayouts und der Dimensionierung zur Minimierung von Staus
  • Wo toxische Materialien produziert werden, Minimierung des Totraums in toxischen Abschnitten

Lagerhäuser

Die Lagereinrichtungen in einer chemischen Verarbeitungsanlage können flüssige und feste Beschickungen, chemische Zwischenprodukte, Nebenprodukte und Verarbeitungsprodukte aufnehmen. Produkte, die in vielen Einrichtungen gelagert werden, dienen als Zwischen- oder Vorprodukte für andere Prozesse. Eine Lagerung kann auch für Verdünnungsmittel, Lösungsmittel oder andere Prozessmaterialien erforderlich sein. Alle diese Materialien werden im Allgemeinen in oberirdischen Lagertanks (AST) gelagert. An einigen Orten werden noch unterirdische Tanks verwendet, aber die Nutzung ist aufgrund von Zugangsproblemen und begrenzter Kapazität im Allgemeinen eingeschränkt. Zusätzlich stellt ein mögliches Auslaufen derartiger unterirdischer Lagertanks (USTs) Umweltprobleme dar, wenn Lecks das Grundwasser kontaminieren. Allgemeine Erdverunreinigungen können zu potenziellen atmosphärischen Belastungen mit Materialleckagen mit höherem Dampfdruck führen. Ausgetretene Materialien können bei Bodensanierungsbemühungen ein potenzielles Expositionsproblem darstellen. UST-Leckagen haben in vielen Ländern zu strengen Umweltvorschriften geführt, wie z. B. die Anforderungen für doppelwandige Tanks und unterirdische Überwachung.

Typische oberirdische Lagertanks sind in Abbildung 1 dargestellt. Vertikale ASTs sind Kegel- oder Kuppeldachtanks, Schwimmdachtanks mit bedecktem oder nicht bedecktem Schwimmdach oder externe Schwimmdachtanks (EFRTs). Umgebaute oder geschlossene Dachtanks sind EFRTs mit auf den Tanks installierten Abdeckungen, bei denen es sich häufig um geodätische Kuppeln handelt. Da EFRTs im Laufe der Zeit keine perfekt kreisförmige Form beibehalten, ist das Abdichten des Schwimmdachs schwierig und es wird eine Abdeckung auf dem Tank installiert. Ein geodätisches Kuppeldesign eliminiert Dachbinder, die für Kegeldachtanks (FRTs) benötigt werden. Die geodätische Kuppel ist wirtschaftlicher als ein Kegeldach und zusätzlich reduziert die Kuppel Materialverluste an die Umgebung.

Abbildung 1. Typische oberirdische Lagertanks

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Normalerweise sind die Tanks auf die Lagerung von Flüssigkeiten beschränkt, bei denen der Dampfdruck der Flüssigkeit 77 kPa nicht übersteigt. Übersteigt der Druck diesen Wert, kommen Sphäroide oder Kugeln zum Einsatz, da beide für Druckbetrieb ausgelegt sind. Sphäroide können ziemlich groß sein, werden aber nicht dort installiert, wo der Druck bestimmte Grenzen überschreiten kann, die durch die mechanische Konstruktion definiert sind. Bei den meisten Speicheranwendungen mit höherem Dampfdruck sind Kugeln normalerweise der Speicherbehälter und mit Druckentlastungsventilen ausgestattet, um einen Überdruck zu verhindern. Ein Sicherheitsproblem, das sich bei Kugeln entwickelt hat, ist der Überschlag, der übermäßigen Dampf erzeugt und zu Entladungen des Entlastungsventils oder zu extremeren Situationen wie dem Bruch der Kugelwand führt (CCPS 1993). Im Allgemeinen schichten sich die flüssigen Inhalte, und wenn warmes (weniger dichtes) Material in den Kugelboden geladen wird, steigt das warme Material an die Oberfläche, wobei das kühlere Oberflächenmaterial mit höherer Dichte auf den Boden gerollt wird. Das warme Oberflächenmaterial verdampft und erhöht den Druck, was zu einer Entladung des Entlastungsventils oder einem Überdruck der Kugel führen kann.

Tanklayout

Das Tanklager-Layout erfordert eine sorgfältige Planung. Es gibt Empfehlungen für Tankabstände und andere Erwägungen (CCPS 1988; 1993). An vielen Orten sind Trennungsabstände nicht durch Codes spezifiziert, aber Mindestabstände (OSHA 1994) können das Ergebnis verschiedener Entscheidungen sein, die für Trennungsabstände und Standorte gelten. Einige dieser Überlegungen sind in Tabelle 6 dargestellt. Außerdem ist der Tankservice ein Faktor bei der Tanktrennung für druckbeaufschlagte, gekühlte und atmosphärische Tanks (CCPS 1993).


Tabelle 6. Überlegungen zur Tanktrennung und -position

  • Die Trennung auf der Grundlage der Abstände von Schale zu Schale kann auf Referenzen basieren und der Berechnung des Wärmestrahlungsabstands im Brandfall in einem angrenzenden Tank unterliegen.
  • Tanks sollten von Prozesseinheiten getrennt werden.
  • Ein Tankstandort, vorzugsweise windabwärts von anderen Bereichen, minimiert Zündprobleme, falls ein Tank eine erhebliche Dampfmenge freisetzt.
  • Lagertanks sollten Deiche haben, die in den meisten Regionen auch gesetzlich vorgeschrieben sind.
  • Tanks können für die Nutzung gemeinsamer Deiche und Feuerlöschgeräte gruppiert werden.
  • Deiche sollten im Notfall isolierend wirken können.

 

Dämme sind erforderlich und haben eine nominelle volumetrische Größe, um den Inhalt eines Tanks aufzunehmen. Wenn sich mehrere Tanks in einem Deich befinden, entspricht die minimale volumetrische Deichkapazität der Kapazität des größten Tanks (OSHA 1994). Die Deichwände können aus Erde, Stahl, Beton oder Massivmauerwerk errichtet werden. Die Erddämme sollten jedoch undurchdringlich sein und eine flache Oberseite mit einer Mindestbreite von 0.61 m haben. Darüber hinaus sollte der Boden innerhalb des eingedeichten Bereichs auch eine undurchdringliche Schicht aufweisen, um zu verhindern, dass Chemikalien oder Öl in den Boden gelangen.

Tankleckage

Ein Problem, das sich im Laufe der Jahre entwickelt hat, ist Tankleckage als Folge von Korrosion im Tankboden. Tanks haben häufig Wasserschichten im Tankboden, die zur Korrosion beitragen können, und es kann durch Kontakt mit der Erde zu elektrolytischer Korrosion kommen. Infolgedessen wurden in verschiedenen Regionen behördliche Anforderungen eingeführt, um Tankbodenlecks und unterirdische Boden- und Wasserverunreinigungen durch Verunreinigungen im Wasser zu kontrollieren. Eine Vielzahl von Konstruktionsverfahren wurde entwickelt, um Leckagen zu kontrollieren und zu überwachen (Hagen und Rials 1994). Zusätzlich wurden auch Doppelböden verbaut. In einigen Installationen wurde ein kathodischer Schutz installiert, um die Metallverschlechterung weiter zu kontrollieren (Barletta, Bayle und Kennelley 1995).

Wasserabzug

Das regelmäßige manuelle Ablassen von Wasser vom Tankboden kann zu einer Exposition führen. Visuelle Beobachtung zur Bestimmung der Grenzfläche durch offenes manuelles Ablassen kann zu einer Exposition der Arbeiter führen. Ein geschlossener Abfluss kann mit einem Trennschichtsensor und einem Steuerventil installiert werden, wodurch die potenzielle Exposition der Arbeiter minimiert wird (Lipton und Lynch 1994). Für diesen Service sind verschiedene Sensoren im Handel erhältlich.

Tanks überfüllen

Häufig werden Tanks überfüllt, wodurch potenzielle Sicherheits- und Expositionsgefahren für die Arbeiter entstehen. Dies kann durch redundante oder zweistufige Instrumente verhindert werden, die Einlassblockventile oder Förderpumpen steuern (Bahner 1996). Viele Jahre lang wurden Überlaufleitungen an Chemikalientanks installiert, aber sie endeten kurz oberhalb einer Abflussöffnung, um eine visuelle Beobachtung des Überlaufabflusses zu ermöglichen. Darüber hinaus musste der Abfluss für mehr als die maximale Füllrate dimensioniert werden, um eine ordnungsgemäße Entwässerung zu gewährleisten. Ein solches System ist jedoch eine potenzielle Expositionsquelle. Dies kann behoben werden, indem die Überlaufleitung direkt an den Abfluss angeschlossen wird, wobei eine Durchflussanzeige in der Leitung den Überlauf anzeigt. Obwohl dies zufriedenstellend funktionieren wird, führt dies zu einer Überlastung des Abflusssystems mit einem sehr großen Schmutzstoffvolumen und potenziellen Gesundheits- und Sicherheitsproblemen.

Tankinspektion und -reinigung

Tanks werden regelmäßig zur Inspektion und/oder Reinigung außer Betrieb genommen. Diese Verfahren müssen sorgfältig kontrolliert werden, um eine Exposition der Arbeiter zu verhindern und potenzielle Sicherheitsrisiken zu minimieren. Nach dem Entleeren werden Tanks häufig mit Wasser gespült, um Spuren von Prozessflüssigkeit zu entfernen. In der Vergangenheit wurden die Tanks dann bei Bedarf manuell oder maschinell gereinigt. Wenn Tanks entleert werden, sind sie mit Dämpfen gefüllt, die giftig sein und in einem brennbaren Bereich liegen können. Das Spülen mit Wasser kann die Dampftoxizität nicht wesentlich beeinflussen, aber es kann mögliche Verbrennungsprobleme verringern. Bei Schwimmdächern kann das Material unter dem Schwimmdach gespült und abgelassen werden, aber bei einigen Tanks befindet sich möglicherweise noch Material im Sumpf. Dieses Bodenmaterial muss manuell entfernt werden und kann potenzielle Expositionsrisiken darstellen. Das Personal kann verpflichtet werden, persönliche Schutzausrüstung (PSA) zu tragen.

Normalerweise werden geschlossene Tanks und alle Volumen unterhalb der Schwimmdächer mit Luft gespült, bis eine bestimmte Sauerstoffkonzentration erreicht ist, bevor der Eintritt gestattet wird. Konzentrationsmessungen sollten jedoch kontinuierlich durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die toxischen Konzentrationen zufriedenstellend sind und sich nicht ändern.

Dampfentlüftung und Emissionskontrolle

Bei Tanks mit festem Dach oder umgebauten Schwimmdachtanks (CFRTs) ist die Entlüftung in die Atmosphäre an vielen Orten möglicherweise nicht akzeptabel. Durch die Druck-Vakuum (PV)-Entlüftung (in Abbildung 2 dargestellt) werden diese Tanks entfernt und die Dämpfe strömen durch einen geschlossenen Kanal zu einer Kontrollvorrichtung, wo die Verunreinigungen zerstört oder zurückgewonnen werden. Für beide Tanks kann eine inerte Spülung (z. B. Stickstoff) verwendet werden eingespritzt werden, um den Tagesvakuumeffekt zu eliminieren und einen Überdruck für die Rückgewinnungsvorrichtung aufrechtzuerhalten. Im CFRT-Tank beseitigt der Stickstoff den Tageseffekt und reduziert alle Dämpfe, die durch eine PV-Entlüftung in die Atmosphäre gelangen. Dampfemissionen werden jedoch nicht beseitigt. A Es steht eine große Anzahl von Kontrollvorrichtungen und -techniken zur Verfügung, einschließlich Verbrennung, Absorber, Kondensatoren und Absorption (Moretti und Mukhopadhyay 1993; Carroll und Ruddy 1993; Basta 1994; Pennington 1996; Siegall 1996).Die Auswahl eines Kontrollsystems ist eine Funktion der endgültigen Emissionsziele sowie Betriebs- und Investitionskosten.

In Schwimmdachtanks, sowohl außen als auch innen, minimieren Dichtungen und Hilfsarmaturen effektiv Dampfverluste.

Sicherheitsrisiken

Die Entflammbarkeit ist ein Hauptanliegen in Tanks, und Brandbekämpfungssysteme sind erforderlich, um die Kontrolle und Verhinderung ausgedehnter Brandzonen zu unterstützen. Feuerwassersysteme und Installationsempfehlungen sind verfügbar (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; NFPA 1990). Wasser kann unter bestimmten Bedingungen direkt auf ein Feuer gesprüht werden und ist für die Kühlung benachbarter Tanks oder Geräte unerlässlich, um eine Überhitzung zu vermeiden. Darüber hinaus ist Schaum ein wirksames Brandbekämpfungsmittel, und an Tanks können permanente Schaumausrüstungen installiert werden. Der Einbau von Schaumausrüstung an mobilen Feuerlöschgeräten sollte mit einem Hersteller geprüft werden. Es sind jetzt umweltverträgliche Schäume mit geringer Toxizität verfügbar, die beim schnellen Löschen von Bränden wirksam und mit anderen Schäumen vergleichbar sind.

Verarbeitungsgerät

Aufgrund der zahlreichen Prozesse, spezialisierten Prozessanforderungen und Produktvariationen ist in der chemischen Verarbeitung eine große Vielfalt an Prozessausrüstung erforderlich. Folglich können nicht alle heute verwendeten chemischen Geräte überprüft werden; Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die weiter verbreitete Ausrüstung, die in Verarbeitungssequenzen zu finden ist.

Reaktoren

In der chemischen Industrie gibt es eine Vielzahl von Reaktortypen. Die Grundlage für die Reaktorauswahl ist eine Funktion einer Reihe von Variablen, beginnend mit der Klassifizierung, ob die Reaktion eine diskontinuierliche oder kontinuierliche Reaktion ist. Häufig werden diskontinuierliche Reaktionen in kontinuierliche Verfahren umgewandelt, wenn die Erfahrung mit der Reaktion zunimmt und einige Modifikationen, wie verbesserte Katalysatoren, verfügbar werden. Die kontinuierliche Reaktionsverarbeitung ist im Allgemeinen effizienter und erzeugt ein konsistenteres Produkt, was wünschenswert ist, um Produktqualitätsziele zu erreichen. Es gibt jedoch immer noch eine große Anzahl von Batch-Operationen.

Reaktion

Bei allen Reaktionen ist die Klassifizierung einer Reaktion als exotherm oder endotherm (wärmeerzeugend oder wärmeerfordernd) notwendig, um die zur Steuerung der Reaktion erforderlichen Heiz- oder Kühlanforderungen zu definieren. Außerdem müssen Kriterien für außer Kontrolle geratene Reaktionen festgelegt werden, um Instrumentensensoren und -steuerungen zu installieren, die verhindern können, dass eine Reaktion außer Kontrolle gerät. Vor dem Vollbetrieb eines Reaktors müssen Notfallverfahren untersucht und entwickelt werden, um sicherzustellen, dass die außer Kontrolle geratene Reaktion sicher eingedämmt wird. Einige der verschiedenen möglichen Lösungen sind Notsteuergeräte, die automatisch aktiviert werden, die Injektion einer Chemikalie, die die Reaktion stoppt, und Entlüftungseinrichtungen, die den Reaktorinhalt aufnehmen und zurückhalten können. Der Betrieb von Sicherheitsventilen und Entlüftungen ist äußerst wichtig und erfordert jederzeit gut gewartete und funktionierende Geräte. Folglich werden häufig mehrere verriegelte Sicherheitsventile installiert, um sicherzustellen, dass die Wartung an einem Ventil die erforderliche Entlastungskapazität nicht verringert.

Sollte ein Sicherheitsventil oder eine Entlüftung aufgrund einer Fehlfunktion austreten, muss der Abfluss unter praktisch allen Umständen eingedämmt werden, um potenzielle Sicherheits- und Gesundheitsgefahren zu minimieren. Daher sollte die Methode zur Eindämmung der Notableitung durch Rohrleitungen zusammen mit der endgültigen Anordnung der Reaktorableitung sorgfältig analysiert werden. Im Allgemeinen sollten Flüssigkeit und Dampf getrennt werden, wobei der Dampf einer Fackel oder Rückgewinnung zugeführt und die Flüssigkeit nach Möglichkeit recycelt werden sollte. Die Entfernung von Feststoffen kann einige Studien erfordern.

Stapel

Bei Reaktoren mit exothermen Reaktionen ist die Verschmutzung der Wände oder Innenrohre durch die zur Aufrechterhaltung der Temperatur verwendeten Kühlmedien eine wichtige Überlegung. Die Entfernung von verschmutztem Material variiert beträchtlich und das Verfahren der Entfernung ist eine Funktion der Eigenschaften des verschmutzten Materials. Verschmutztes Material kann mit einem Lösungsmittel, einem Hochdruckstrahldüsenstrahl oder in einigen Fällen manuell entfernt werden. Bei all diesen Verfahren müssen Sicherheit und Exposition sorgfältig kontrolliert werden. Materialbewegungen in und aus dem Reaktor dürfen keinen Lufteintritt zulassen, der zu einer entzündlichen Dampfmischung führen kann. Vakuum sollte mit einem Inertgas (z. B. Stickstoff) gebrochen werden. Das Betreten eines Schiffes zu Inspektions- oder Arbeitszwecken kann als Betreten eines geschlossenen Raums eingestuft werden, und die Regeln für dieses Verfahren sollten eingehalten werden. Dampf- und Hauttoxizität sollten verstanden werden und die Techniker müssen über Gesundheitsgefahren Bescheid wissen.

Kontinuierlich

Durchflussreaktoren können mit Flüssigkeit oder Dampf und Flüssigkeit gefüllt werden. Einige Reaktionen erzeugen Aufschlämmungen in den Reaktoren. Es gibt auch Reaktoren, die feste Katalysatoren enthalten. Das Reaktionsfluid kann flüssig, dampfförmig oder eine Kombination aus Dampf und Flüssigkeit sein. Feste Katalysatoren, die eine Reaktion fördern, ohne daran teilzunehmen, sind normalerweise in Gittern enthalten und werden als Festbetten bezeichnet. Die Festbettreaktoren können Einzel- oder Mehrfachbetten haben und können exotherinische oder endotherme Reaktionen aufweisen, wobei die meisten Reaktionen eine konstante Temperatur (isotherm) durch jedes Bett erfordern. Dies erfordert häufig das Einspritzen von Beschickungsströmen oder eines Verdünnungsmittels an verschiedenen Stellen zwischen den Betten, um die Temperatur zu steuern. Bei diesen Reaktionssystemen sind Temperaturanzeige und Sensoranordnung durch die Betten äußerst wichtig, um ein Durchgehen der Reaktion und Änderungen der Produktausbeute oder -qualität zu verhindern.

Festbetten verlieren in der Regel ihre Aktivität und müssen regeneriert oder ersetzt werden. Zur Regenerierung können Ablagerungen auf dem Bett abgebrannt, in einem Lösungsmittel gelöst oder in einigen Fällen durch Injektion einer Chemikalie in einem inerten Fluid in das Bett regeneriert werden, wodurch die Katalysatoraktivität wiederhergestellt wird. Je nach Katalysator kann eine dieser Techniken angewendet werden. Wenn Betten verbrannt werden, wird der Reaktor geleert und von allen Prozessflüssigkeiten gespült und dann mit einem Inertgas (normalerweise Stickstoff) gefüllt, das erhitzt und rezirkuliert wird, wodurch das Bett auf ein bestimmtes Temperaturniveau angehoben wird. An diesem Punkt wird dem Inertstrom ein sehr geringes Sauerstoffvolumen zugesetzt, um eine Flammenfront zu initiieren, die sich allmählich durch das Bett bewegt und den Temperaturanstieg steuert. Zu große Sauerstoffmengen wirken sich nachteilig auf den Katalysator aus.

Entfernung des Festbettkatalysators

Die Entfernung von Festbettkatalysatoren muss sorgfältig kontrolliert werden. Die Reaktoren werden von Prozessflüssigkeit entleert und dann wird die verbleibende Flüssigkeit mit einer Spülflüssigkeit verdrängt oder mit Dampf gespült, bis die gesamte Prozessflüssigkeit entfernt worden ist. Das endgültige Spülen kann andere Techniken erfordern, bevor das Gefäß mit einem Inertgas oder Luft gespült werden kann, bevor das Gefäß geöffnet oder der Katalysator unter einer inerten Decke aus dem Gefäß entnommen wird. Sollte in diesem Prozess Wasser verwendet werden, wird das Wasser durch geschlossene Rohrleitungen zu einem Prozesskanal abgeleitet. Einige Katalysatoren sind luft- oder sauerstoffempfindlich und werden pyrophor oder toxisch. Diese erfordern spezielle Verfahren zur Entfernung von Luft während des Befüllens oder Entleerens der Behälter. Der persönliche Schutz muss zusammen mit den Handhabungsverfahren sorgfältig definiert werden, um potenzielle Expositionen zu minimieren und das Personal zu schützen.

Die Entsorgung des verbrauchten Katalysators kann eine weitere Behandlung erfordern, bevor er zum Recycling oder zu einem umweltverträglichen Entsorgungsverfahren an einen Katalysatorhersteller geschickt wird.

Andere Katalysatorsysteme

Gas, das durch ein loses festes Katalysatorbett strömt, dehnt das Bett aus und bildet eine Suspension, die einer Flüssigkeit ähnlich ist und als Fließbett bezeichnet wird. Diese Art der Reaktion wird in verschiedenen Prozessen verwendet. Verbrauchte Katalysatoren werden als Gas-Feststoff-Seitenstrom zur Regenerierung entfernt und dann durch ein geschlossenes System in den Prozess zurückgeführt. Bei anderen Reaktionen kann die Katalysatoraktivität sehr hoch sein und obwohl Katalysator im Produkt ausgetragen wird, ist die Konzentration äußerst gering und stellt kein Problem dar. Wenn eine hohe Konzentration an Katalysatorfeststoffen im Produktdampf unerwünscht ist, müssen mitgerissene Feststoffe vor der Reinigung entfernt werden. Es bleiben jedoch Spuren von Feststoffen zurück. Diese werden zur Entsorgung in einen der Nebenproduktströme ausgeschleust, die wiederum geklärt werden müssen.

In Situationen, in denen verbrauchter Katalysator durch Verbrennen regeneriert wird, sind umfangreiche Einrichtungen zur Rückgewinnung von Feststoffen in Fließbettsystemen erforderlich, um Umweltauflagen zu erfüllen. Die Rückgewinnung kann aus verschiedenen Kombinationen von Zyklonen, Elektroabscheidern, Beutelfiltern) und/oder Wäschern bestehen. Wo es in Festbetten zu Verbrennungen kommt, geht es vor allem um die Temperaturkontrolle.

Da sich Wirbelschichtkatalysatoren häufig im Atembereich befinden, muss beim Umgang mit Feststoffen darauf geachtet werden, dass der Schutz der Arbeiter sowohl bei frischen als auch bei wiedergewonnenen Katalysatoren gewährleistet ist.

In einigen Fällen kann ein Vakuum verwendet werden, um verschiedene Komponenten aus einem Festbett zu entfernen. In diesen Situationen ist häufig ein dampfbetriebener Saugstrahler der Vakuumerzeuger. Dies erzeugt einen Dampfausstoß, der häufig toxische Materialien enthält, obwohl in sehr geringer Konzentration im Strahlstrom. Der Ausstoß eines Dampfstrahlers sollte jedoch sorgfältig überprüft werden, um Schadstoffmengen, Toxizität und potenzielle Verbreitung zu bestimmen, wenn er direkt in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Sollte dies nicht zufriedenstellend sein, kann es erforderlich sein, die Strahlableitung in einem Sumpf zu kondensieren, wo alle Dämpfe kontrolliert werden und das Wasser in das geschlossene Abwassersystem geleitet wird. Eine Rotationsvakuumpumpe übernimmt diesen Dienst. Der Ausstoß aus einer Kolbenvakuumpumpe darf möglicherweise nicht direkt in die Atmosphäre ausgestoßen werden, kann aber in einigen Fällen in eine Fackelleitung, Verbrennungsanlage oder einen Prozesserhitzer ausströmen.

Sicherheit

In allen Reaktoren sind Druckerhöhungen ein Hauptanliegen, da der Nenndruck des Behälters nicht überschritten werden darf. Diese Druckerhöhungen können das Ergebnis einer schlechten Prozesssteuerung, einer Fehlfunktion oder einer außer Kontrolle geratenen Reaktion sein. Folglich sind Druckentlastungssysteme erforderlich, um die Unversehrtheit des Behälters aufrechtzuerhalten, indem ein Überdruck im Reaktor verhindert wird. Ablassventile müssen sorgfältig konstruiert werden, um unter allen Bedingungen, einschließlich der Wartung des Überdruckventils, eine angemessene Entlastung aufrechtzuerhalten. Es können mehrere Ventile erforderlich sein. Sollte ein Entlastungsventil so konstruiert sein, dass es in die Atmosphäre abgelassen wird, sollte der Ablasspunkt höher als alle nahe gelegenen Strukturen liegen, und es sollte eine Ausbreitungsanalyse durchgeführt werden, um einen angemessenen Schutz für Arbeiter und nahe gelegene Gemeinden zu gewährleisten.

Wenn eine Berstscheibe mit einem Sicherheitsventil installiert ist, sollte auch der Abfluss umschlossen und die endgültige Abflussstelle wie oben beschrieben gekennzeichnet werden. Da ein Scheibenbruch nicht wieder einrastet, wird eine Scheibe ohne Sicherheitsventil wahrscheinlich den größten Teil des Reaktorinhalts freisetzen, und am Ende der Freisetzung kann Luft in den Reaktor eindringen. Dies erfordert eine sorgfältige Analyse, um sicherzustellen, dass keine entzündliche Situation entsteht und keine höchst unerwünschten Reaktionen auftreten. Darüber hinaus kann der Ausstoß von einer Scheibe Flüssigkeit freisetzen, und das Entlüftungssystem muss so ausgelegt sein, dass es alle Flüssigkeiten mit ausgestoßenem Dampf enthält, wie oben beschrieben. Atmosphärische Notauslöser müssen vor der Installation von den Aufsichtsbehörden genehmigt werden.

In Reaktoren eingebaute Rührwerke sind abgedichtet. Lecks können gefährlich sein, und wenn sie auftreten, muss die Dichtung repariert werden, was eine Abschaltung des Reaktors erfordert. Der Reaktorinhalt kann eine besondere Handhabung oder Vorsichtsmaßnahmen erfordern, und ein Notabschaltverfahren sollte die Beendigung der Reaktion und die Entsorgung des Reaktorinhalts umfassen. Entflammbarkeit und Expositionskontrolle müssen für jeden Schritt sorgfältig überprüft werden, einschließlich der endgültigen Entsorgung der Reaktormischung. Da eine Abschaltung teuer sein und Produktionsverluste mit sich bringen kann, wurden magnetisch angetriebene Mischer und neuere Dichtungssysteme eingeführt, um Wartungsarbeiten und Reaktorabschaltungen zu reduzieren.

Der Zugang zu allen Reaktoren erfordert die Einhaltung sicherer Zugangsverfahren für beengte Räume.

Fraktionierungs- oder Destillationstürme

Die Destillation ist ein Verfahren, bei dem chemische Substanzen durch Verfahren getrennt werden, die Unterschiede in den Siedepunkten ausnutzen. Die bekannten Türme in Chemieanlagen und Raffinerien sind Destillationstürme.

Die Destillation in verschiedenen Formen ist ein Verarbeitungsschritt, der in den allermeisten chemischen Prozessen zu finden ist. Fraktionierung oder Destillation finden sich in Reinigungs-, Trennungs-, Stripp-, azeotropen und extraktiven Verfahrensschritten. Diese Anwendungen umfassen jetzt die reaktive Destillation, bei der eine Reaktion in einem separaten Abschnitt des Destillationsturms stattfindet.

Die Destillation wird mit einer Reihe von Böden in einem Turm durchgeführt, oder sie kann in einem mit Füllkörpern gefüllten Turm durchgeführt werden. Die Packungen haben spezielle Konfigurationen, die den Durchgang von Dampf und Flüssigkeit leicht ermöglichen, aber einen ausreichenden Oberflächenbereich für den Dampf-Flüssigkeits-Kontakt und eine effiziente Fraktionierung bieten.

Produktion

Wärme wird normalerweise einem Turm mit einem Aufkocher zugeführt, obwohl der Wärmeinhalt bestimmter Ströme ausreichen kann, um den Aufkocher zu eliminieren. Mit der Reboilerwärme erfolgt eine mehrstufige Dampf-Flüssigkeits-Trennung auf den Böden und leichtere Materialien steigen durch den Turm auf. Brüden aus dem obersten Boden werden im Kopfkondensator ganz oder teilweise kondensiert. Die kondensierte Flüssigkeit wird in der Destillatrückgewinnungstrommel gesammelt, wo ein Teil der Flüssigkeit zum Turm zurückgeführt und der andere Teil abgezogen und an einen bestimmten Ort geleitet wird. Nicht kondensierte Dämpfe können an anderer Stelle zurückgewonnen oder zu einer Steuervorrichtung geleitet werden, die eine Brennkammer oder ein Rückgewinnungssystem sein kann.

Druckscheiben

Türme arbeiten typischerweise bei Drücken, die höher sind als Atmosphärendruck. Kolonnen werden jedoch häufig unter Vakuum betrieben, um Flüssigkeitstemperaturen zu minimieren, die die Produktqualität beeinträchtigen können, oder in Situationen, in denen Kolonnenmaterialien aufgrund des möglicherweise schwer zu erreichenden Temperaturniveaus zu einem mechanischen und wirtschaftlichen Problem werden. Außerdem können hohe Temperaturen die Flüssigkeit beeinträchtigen. In schweren Erdölfraktionen führen sehr hohe Sumpftemperaturen häufig zu Verkokungsproblemen.

Vakuum wird typischerweise mit Ejektoren oder Vakuumpumpen erzielt. In Prozesseinheiten bestehen Vakuumbeladungen aus einigen leichten Dampfmaterialien, Inertstoffen, die sich möglicherweise im Turmzufuhrstrom befunden haben, und Luft aus Leckagen. Normalerweise wird das Vakuumsystem nach einem Kondensator installiert, um die organische Belastung des Vakuumsystems zu reduzieren. Das Vakuumsystem wird basierend auf der geschätzten Dampfbelastung bemessen, wobei Ejektoren größere Dampfbelastungen handhaben. In bestimmten Systemen kann eine Vakuummaschine direkt an einen Kondensatorauslass angeschlossen werden. Ein typischer Ejektorsystembetrieb ist eine Kombination aus Ejektoren und direkten barometrischen Kondensatoren, bei denen die Ejektordämpfe direkten Kontakt mit dem Kühlwasser haben. Barometrische Kondensatoren sind sehr große Wasserverbraucher, und das Dampf-Wasser-Gemisch führt zu hohen Wasserauslasstemperaturen, die dazu neigen, alle Spuren organischer Verbindungen im atmosphärischen barometrischen Sumpf zu verdampfen, was möglicherweise die Exposition am Arbeitsplatz erhöht. Außerdem wird dem Abwassersystem eine große Abwasserlast hinzugefügt.

In modifizierten Vakuumsystemen wird eine große Wasserreduzierung zusammen mit einer erheblichen Reduzierung des Dampfverbrauchs erreicht. Da die Vakuumpumpe keine große Dampflast bewältigen kann, wird in der ersten Stufe ein Dampfstrahler in Kombination mit einem Oberflächenkondensator verwendet, um die Vakuumpumpenlast zu reduzieren. Zusätzlich ist für den oberirdischen Betrieb eine Sumpftrommel installiert. Das einfachere System reduziert die Abwasserbelastung und erhält ein geschlossenes System aufrecht, das potenzielle Dampfbelastungen eliminiert.

Sicherheit

Alle Türme und Fässer müssen vor Überdruck geschützt werden, der durch Fehlfunktion, Feuer (Mowrer 1995) oder Stromausfall entstehen kann. Eine Gefährdungsbeurteilung ist erforderlich und in einigen Ländern gesetzlich vorgeschrieben. Ein allgemeiner Prozesssicherheitsmanagementansatz, der auf den Prozess- und Anlagenbetrieb anwendbar ist, verbessert die Sicherheit, minimiert Verluste und schützt die Gesundheit der Arbeiter (Auger 1995; Murphy 1994; Sutton 1995). Schutz wird durch Druckentlastungsventile (PRVs) geboten, die in die Atmosphäre oder in ein geschlossenes System ablassen. Das PRV wird im Allgemeinen an der Turmspitze montiert, um die große Dampflast zu entlasten, obwohl einige Installationen das PRV an anderen Stellen des Turms anordnen. Das PRV kann sich auch auf der Überkopf-Rückgewinnungstrommel für das Destillat befinden, solange keine Ventile zwischen dem PRV und der Turmspitze angeordnet sind. Wenn Absperrventile in den Prozessleitungen zum Kondensator installiert sind, muss das PRV am Turm installiert werden.

Wenn der Überdruck des Destillationsturms abgebaut wird, kann unter bestimmten Notfallszenarien der PRV-Ausstoß übermäßig groß sein. Eine sehr hohe Belastung in einer Abluftleitung eines geschlossenen Systems kann die größte Belastung im System darstellen. Da eine PRV-Entladung plötzlich erfolgen kann und die Gesamtentlastungszeit ziemlich kurz sein kann (weniger als 15 Minuten), muss diese extrem große Dampflast sorgfältig analysiert werden (Bewanger und Krecter 1995; Boicourt 1995). Da diese kurze, große Spitzenlast in Steuervorrichtungen wie Absorbern, Adsorbern, Öfen usw. schwer zu verarbeiten ist, ist die bevorzugte Steuervorrichtung in den meisten Situationen eine Fackel zur Dampfvernichtung. Normalerweise sind mehrere PRVs mit einem Fackelleitungskopf verbunden, der wiederum mit einer einzelnen Fackel verbunden ist. Die Fackel und das Gesamtsystem müssen jedoch sorgfältig entworfen werden, um eine große Gruppe potenzieller Eventualitäten abzudecken (Boicourt 1995).

Gesundheitsrisiken

Für eine direkte Entlastung in die Atmosphäre sollte eine detaillierte Dispersionsanalyse der aus dem Entlastungsventil austretenden Dämpfe durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass Arbeiter nicht exponiert werden und dass die Konzentrationen in der Gemeinde innerhalb der zulässigen Konzentrationsrichtlinien liegen. Bei der Kontrolle der Ausbreitung müssen möglicherweise Ablassleitungen für atmosphärische Entlastungsventile angehoben werden, um übermäßige Konzentrationen auf nahegelegene Strukturen zu verhindern. Ein sehr hoher, fackelartiger Schornstein kann notwendig sein, um die Streuung zu kontrollieren.

Ein weiterer Problembereich ist das Betreten eines Turms zur Wartung oder für mechanische Änderungen während einer Abschaltung. Dies erfordert das Betreten eines engen Raums und setzt die Arbeiter den damit verbundenen Gefahren aus. Das Spül- und Spülverfahren vor dem Öffnen muss sorgfältig durchgeführt werden, um eine minimale Exposition sicherzustellen, indem alle toxischen Konzentrationen unter die empfohlenen Werte reduziert werden. Vor Beginn der Spül- und Spülarbeiten sind der Turmdruck zu reduzieren und alle Rohrleitungsanschlüsse zum Turm zu verschließen (dh flache Metallscheiben zwischen Turmflansche und Anschlussrohrflansche einzulegen). Dieser Schritt sollte sorgfältig durchgeführt werden, um ein Mindestrisiko sicherzustellen. Bei verschiedenen Prozessen variieren die Methoden zum Reinigen des Turms von toxischen Flüssigkeiten. Häufig wird die Turmflüssigkeit durch eine Flüssigkeit mit sehr geringen Toxizitätseigenschaften ersetzt. Dieses Verdrängungsfluid wird dann abgelassen und an eine ausgewählte Stelle gepumpt. Der verbleibende Flüssigkeitsfilm und die Tröpfchen können durch einen oberen Flansch mit einer speziellen Abstandsblende mit einer Öffnung zwischen der Blende und dem Turmflansch in die Atmosphäre gedämpft werden. Nach dem Dämpfen tritt Luft durch die spezielle Blindöffnung in den Turm ein, während der Turm abkühlt. Ein Mannloch an der Turmunterseite und eines an der Turmspitze werden geöffnet, um das Einblasen von Luft durch den Turm zu ermöglichen. Wenn die interne Turmkonzentration ein vorbestimmtes Niveau erreicht, kann der Turm betreten werden.

Wärmetauscher

In der chemischen Prozessindustrie gibt es eine Vielzahl von Wärmetauschern. Wärmetauscher sind mechanische Geräte zur Übertragung von Wärme zu oder von einem Prozessstrom. Sie werden gemäß Prozessbedingungen und Austauscherkonstruktionen ausgewählt. Einige der gebräuchlichen Austauschertypen sind in Abbildung 2 dargestellt. Die Auswahl des optimalen Austauschers für einen Prozessservice ist etwas kompliziert und erfordert eine detaillierte Untersuchung (Woods 1995). In vielen Situationen sind bestimmte Typen aufgrund von Druck, Temperatur, Feststoffkonzentration, Viskosität, Durchflussmenge und anderen Faktoren nicht geeignet. Darüber hinaus kann ein individuelles Wärmetauscherdesign erheblich variieren; Es sind verschiedene Arten von Rohr- und Plattenaustauschern mit schwimmendem Kopf erhältlich (Green, Maloney und Perry 1984). Der schwimmende Kopf wird normalerweise ausgewählt, wenn die Temperaturen eine übermäßige Rohrausdehnung verursachen können, die andernfalls die Integrität in einem Wärmetauscher mit festem Rohrboden nicht aufrechterhalten könnte. Bei dem vereinfachten Wärmetauscher mit schwimmendem Kopf in Abbildung 2 ist der schwimmende Kopf vollständig im Wärmetauscher enthalten und hat keine Verbindung mit der Gehäuseabdeckung. Bei anderen Konstruktionen mit schwimmendem Kopf kann es zu Stauungen um den schwimmenden Rohrboden kommen (Green, Maloney und Perry 1984).

Abbildung 2. Typische Wärmetauscher

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Leckage

Die Packung auf schwimmenden Rohrböden steht in Kontakt mit der Atmosphäre und kann eine Leckage- und potenzielle Expositionsquelle darstellen. Andere Wärmetauscher können ebenfalls potenzielle Leckquellen haben und sollten sorgfältig untersucht werden. Aufgrund ihrer Wärmeübertragungseigenschaften werden Platten- und Rahmentauscher häufig in der chemischen Industrie eingesetzt. Die Platten haben verschiedene Riffelungen und Konfigurationen. Die Platten sind durch Dichtungen getrennt, die ein Vermischen der Ströme verhindern und eine äußere Abdichtung bieten. Die Dichtungen begrenzen jedoch Temperaturanwendungen auf etwa 180 ºC, obwohl Dichtungsverbesserungen diese Beschränkung überwinden können. Da es eine Anzahl von Platten gibt, müssen die Platten richtig zusammengedrückt werden, um eine richtige Abdichtung zwischen ihnen sicherzustellen. Folglich ist eine sorgfältige mechanische Installation erforderlich, um Leckagen und potenzielle Gefahren zu vermeiden. Da es eine große Anzahl von Robben gibt, ist eine sorgfältige Überwachung der Robben wichtig, um mögliche Expositionen zu minimieren.

Luftgekühlte Austauscher sind wirtschaftlich attraktiv und wurden in einer großen Anzahl von Prozessanwendungen und an verschiedenen Stellen innerhalb von Prozesseinheiten installiert. Um Platz zu sparen, werden diese Wärmetauscher oft über Rohrleitungen installiert und häufig gestapelt. Da die Auswahl des Rohrmaterials wichtig ist, wird in der chemischen Industrie eine Vielzahl von Materialien verwendet. Diese Rohre sind mit dem Rohrboden verbunden. Dies erfordert die Verwendung von kompatiblen Materialien. Leckage durch einen Rohrriss oder am Rohrboden ist ein Problem, da der Lüfter Dämpfe aus dem Leck zirkulieren lässt und die Dispersion zu potenziellen Expositionen führen kann. Luftverdünnung kann die potenzielle Expositionsgefahr erheblich verringern. Ventilatoren werden jedoch häufig unter bestimmten Wetterbedingungen abgeschaltet, und unter diesen Umständen können Leckagekonzentrationen zunehmen, wodurch potenzielle Expositionen erhöht werden. Darüber hinaus kann sich der Riss verschlimmern, wenn undichte Rohre nicht repariert werden. Bei toxischen Flüssigkeiten, die nicht leicht verdampfen, kann es zu Tropfen kommen, was zu einer potenziellen Hautexposition führen kann.

Rohrbündelwärmetauscher können durch jeden der verschiedenen Flansche undicht werden (Green, Maloney und Perry 1984). Da Rohrbündelwärmetauscher in ihrer Größe von kleinen bis zu sehr großen Oberflächenbereichen variieren, ist der Durchmesser von Außenflanschen im Allgemeinen viel größer als typische Rohrflansche. Bei diesen großen Flanschen müssen die Dichtungen nicht nur den Prozessbedingungen standhalten, sondern auch bei Schraubenlastschwankungen abdichten. Es werden verschiedene Dichtungsdesigns verwendet. Es ist schwierig, konstante Schraubenbelastungsspannungen an allen Flanschschrauben aufrechtzuerhalten, was bei vielen Wärmetauschern zu Undichtigkeiten führt. Die Flanschleckage kann mit Flanschdichtringen kontrolliert werden (Lipton und Lynch 1994).

Rohrleckagen können bei allen verfügbaren Wärmetauschertypen auftreten, mit Ausnahme von Plattenwärmetauschern und einigen anderen Spezialwärmetauschern. Diese letzteren Austauscher haben jedoch andere potentielle Probleme. Wenn Rohre in ein Kühlwassersystem lecken, leitet das Kühlwasser die Verunreinigung in einen Kühlturm, der eine Expositionsquelle sowohl für Arbeiter als auch für eine nahe gelegene Gemeinde darstellen kann. Folglich sollte das Kühlwasser überwacht werden.

Die Ausbreitung von Kühlturmdämpfen kann infolge der Ventilatoren in Zwangs- und Saugzugkühltürmen weit verbreitet sein. Darüber hinaus geben natürliche Konvektionstürme Dämpfe an die Atmosphäre ab, die sich dann verteilen. Die Ausbreitung variiert jedoch erheblich, je nach Wetterbedingungen und der Abflusshöhe. Weniger flüchtige toxische Materialien verbleiben im Kühlwasser und im Abblasestrom des Kühlturms, der eine ausreichende Behandlungsfähigkeit haben sollte, um Verunreinigungen zu zerstören. Der Kühlturm und das Turmbecken müssen regelmäßig gereinigt werden, und Verunreinigungen erhöhen die potenziellen Gefahren im Becken und in der Turmfüllung. Für viele dieser Arbeiten ist persönlicher Schutz erforderlich.

Reinigung des Wärmetauschers

Ein Problem bei Rohren im Kühlwasserbetrieb ist die Ansammlung von Material in den Rohren aufgrund von Korrosion, biologischen Organismen und Ablagerung von Feststoffen. Wie oben beschrieben, können Rohre auch durch Risse lecken, oder ein Leck kann auftreten, wo Rohre in Riefen im Rohrboden gerollt werden. Wenn einer dieser Zustände eintritt, ist eine Reparatur des Wärmetauschers erforderlich und die Prozessflüssigkeiten müssen aus dem Wärmetauscher entfernt werden. Dies erfordert einen vollständig geschlossenen Betrieb, der notwendig ist, um die Umwelt-, Sicherheits- und Gesundheitsbelastungsziele zu erreichen.

Im Allgemeinen wird die Prozessflüssigkeit in einen Sammelbehälter abgelassen und das restliche Material wird mit einem Lösungsmittel oder einem inerten Material aus dem Austauscher gespült. Das letztgenannte Material wird ebenfalls durch Ablassen oder Unterdrucksetzen mit Stickstoff zu einem Sammelbehälter für das kontaminierte Material geleitet. Wenn sich giftiges Material im Wärmetauscher befand, sollte der Wärmetauscher auf Spuren von giftigem Material überwacht werden. Wenn die Testergebnisse nicht zufriedenstellend sind, kann der Austauscher mit Dampf behandelt werden, um zu verdampfen und alle Materialspuren zu entfernen. Die Dampfentlüftung sollte jedoch an ein geschlossenes System angeschlossen werden, um zu verhindern, dass Dampf in die Atmosphäre entweicht. Auch wenn die geschlossene Entlüftung möglicherweise nicht unbedingt erforderlich ist, kann es manchmal vorkommen, dass sich mehr Verunreinigungen im Wärmetauscher befinden, was jederzeit eine geschlossene Dampfentlüftung erforderlich macht, um potenzielle Gefahren zu kontrollieren. Nach dem Dämpfen lässt eine Entlüftung in die Atmosphäre Luft zu. Dieses allgemeine Verfahren gilt für die Austauscherseite oder -seiten, die toxisches Material enthalten.

Chemikalien, die dann zur Reinigung der Rohre oder der Mantelseite verwendet werden, sollten in einem geschlossenen System zirkulieren. Normalerweise wird die Reinigungslösung aus einem Tanklastwagensystem rezirkuliert und die kontaminierte Lösung in dem System wird zur Entsorgung in einen Lastwagen abgelassen.

Pumps

Eine der wichtigsten Prozessfunktionen ist die Bewegung von Flüssigkeiten und in der chemischen Industrie werden alle Arten von flüssigen Stoffen mit den unterschiedlichsten Pumpen bewegt. Spaltrohr- und Magnetpumpen sind dichtungslose Kreiselpumpen. Magnetische Pumpenantriebe sind für die Installation an anderen Pumpentypen erhältlich, um Leckagen zu verhindern. Pumpentypen, die in der chemischen Prozessindustrie verwendet werden, sind in Tabelle 7 aufgeführt.


Tabelle 7. Pumpen in der chemischen Prozessindustrie

  • Zentrifugal
  • Hin- und Herbewegung (Kolben)
  • Dosen
  • Magnetisch
  • Turbine
  • Ausrüstung
  • Membran
  • Axialer Fluss
  • Schraube
  • Beweglicher Hohlraum
  • Lappen
  • Schaufel

Dichtung

Aus Gesundheits- und Sicherheitsgründen sind das Abdichten und Reparieren von Kreiselpumpen wichtige Anliegen. Gleitringdichtungen, die das vorherrschende Wellendichtungssystem darstellen, können undicht sein und sind zeitweise durchgebrannt. Seit den 1970er Jahren gab es jedoch große Fortschritte in der Dichtungstechnologie, die zu einer erheblichen Verringerung der Leckage und einer längeren Lebensdauer der Pumpe geführt haben. Einige dieser Verbesserungen sind Balgdichtungen, Kartuschendichtungen, verbesserte Stirnflächenkonstruktionen, bessere Stirnflächenmaterialien und Verbesserungen bei der Überwachung von Pumpenvariablen. Darüber hinaus sollte die fortgesetzte Forschung in der Dichtungstechnologie zu weiteren technologischen Verbesserungen führen.

Bei hochgiftigen Prozessflüssigkeiten werden häufig leck- oder dichtungslose Spaltrohr- oder Magnetpumpen eingesetzt. Die Betriebsdauer oder die Mean Time Between Maintenance (MTBM) hat sich deutlich verbessert und variiert im Allgemeinen zwischen drei und fünf Jahren. Bei diesen Pumpen ist die Prozessflüssigkeit die Schmierflüssigkeit für die Rotorlager. Die Verdampfung der internen Flüssigkeit wirkt sich nachteilig auf die Lager aus und macht häufig einen Lageraustausch erforderlich. Die Flüssigkeitsbedingungen in den Pumpen können aufrechterhalten werden, indem sichergestellt wird, dass der Innendruck im Lagersystem immer größer ist als der Dampfdruck der Flüssigkeit bei Betriebstemperatur. Bei der Reparatur einer dichtungslosen Pumpe ist das vollständige Ablassen eines Materials mit relativ geringer Flüchtigkeit wichtig und sollte sorgfältig mit dem Lieferanten besprochen werden.

Bei typischen Zentrifugalprozesspumpen wurde die Packung im Wesentlichen durch Gleitringdichtungen ersetzt. Diese Dichtungen werden im Allgemeinen als Einfach- oder Doppel-Gleitringdichtungen klassifiziert, wobei der letztere Begriff Tandem- oder Doppel-Gleitringdichtungen umfasst. Es gibt andere Doppeldichtungskombinationen, die jedoch nicht so weit verbreitet sind. Im Allgemeinen werden Tandem- oder doppelte Gleitringdichtungen mit flüssigen Pufferflüssigkeiten zwischen den Dichtungen installiert, um Dichtungsleckagen zu reduzieren. Normen für Pumpen-Gleitringdichtungen sowohl für Zentrifugal- als auch Rotationspumpen, die die Spezifikation und Installation von Einzel- und Doppel-Gleitringdichtungen abdecken, wurden vom American Petroleum Institute (API 1994) herausgegeben. Ein Leitfaden zur Anwendung von Gleitringdichtungen ist jetzt verfügbar, um bei der Bewertung von Dichtungstypen zu helfen (STLE 1994).

Um eine übermäßige Leckage oder ein Ausblasen aufgrund einer defekten Dichtung zu verhindern, wird nach der Dichtung eine Flanschplatte installiert. Es kann eine Stopfbüchsenspülflüssigkeit enthalten, um die Leckage in ein geschlossenes Abflusssystem zu leiten (API 1994). Da das Stopfbüchsensystem keine vollständige Dichtung ist, sind zusätzliche Dichtungssysteme wie Drosselbuchsen erhältlich. Sie werden in der Stopfbüchse installiert, die eine übermäßige Leckage in die Atmosphäre oder ein Ausblasen der Dichtung kontrolliert (Lipton und Lynch 1994). Diese Dichtungen sind nicht für Dauerbetrieb ausgelegt; Nach der Aktivierung arbeiten sie bis zu zwei Wochen, bevor sie ausfallen, wodurch Zeit für den Betrieb bleibt, um Pumpen zu wechseln oder Prozessanpassungen vorzunehmen.

Ein neueres Gleitringdichtungssystem ist verfügbar, das die Emissionen im Wesentlichen auf Null reduziert. Dies ist ein Doppel-Gleitringdichtungssystem mit einem Gaspuffersystem, das den Flüssigkeitspuffer im standardmäßigen Doppel-Gleitringdichtungssystem ersetzt (Fone 1995; Netzel 1996; Adams, Dingman und Parker 1995). Bei den Flüssigpuffersystemen sind die Gleitflächen durch einen hauchdünnen Schmierfilm aus Pufferflüssigkeit getrennt, der auch die Gleitflächen kühlt. Obwohl leicht getrennt, besteht ein gewisses Maß an Flächenkontakt, was zu Dichtungsverschleiß und Erwärmung der Dichtungsfläche führt. Die Gasdichtungen werden berührungslose Dichtungen genannt, da eine Dichtungsfläche mit gekrümmten Vertiefungen Gas durch die Dichtungsflächen pumpt und eine Gasschicht oder einen Damm aufbaut, der die Dichtungsflächen vollständig trennt. Dieser fehlende Kontakt führt zu einer sehr langen Dichtungslebensdauer und reduziert außerdem die Dichtungsreibungsverluste, wodurch der Stromverbrauch spürbar gesenkt wird. Da die Dichtung Gas pumpt, gibt es eine sehr kleine Strömung in den Prozess und in die Atmosphäre.

Gesundheitsrisiken

Ein Hauptanliegen bei Pumpen ist das Entleeren und Spülen, um die Pumpe für die Wartung oder Reparatur vorzubereiten. Das Ablassen und Entfernen umfasst sowohl die Prozessflüssigkeit als auch die Pufferflüssigkeiten. Verfahren sollten die Ableitung aller Flüssigkeiten in ein Abflusssystem mit geschlossenem Anschluss erfordern. In der Pumpenstopfbuchse, wo eine Halsbuchse das Laufrad von der Stopfbuchse trennt, wirkt die Buchse als Wehr, indem sie etwas Flüssigkeit in der Stopfbuchse hält. Ablauflöcher in der Buchse oder ein Abfluss in der Stopfbuchse ermöglichen die vollständige Entfernung der Prozessflüssigkeit durch Ablassen und Spülen. Bei Pufferflüssigkeiten sollte es eine Methode geben, um die gesamte Flüssigkeit aus dem Doppeldichtungsbereich abzulassen. Die Wartung erfordert das Entfernen der Dichtung, und wenn das Dichtungsvolumen nicht vollständig entleert und gespült wird, sind die Dichtungen eine potenzielle Quelle der Exposition während der Reparatur.

Staub und Pulver

Der Umgang mit Stäuben und Pulvern in Anlagen zur Verarbeitung von Feststoffen ist aufgrund der Brand- oder Explosionsgefahr besorgniserregend. Eine Explosion in einem Gerät kann eine Wand oder ein Gehäuse durchbrechen, wenn der durch die Explosion erzeugte Druck eine kombinierte Druck- und Feuerwelle in den Arbeitsbereich sendet. Arbeiter können gefährdet sein, und benachbarte Geräte können mit drastischen Auswirkungen stark beeinträchtigt werden. Stäube oder Pulver, die in der Luft oder in einem Gas mit vorhandenem Sauerstoff und in einem geschlossenen Raum schweben, sind explosionsgefährdet, wenn eine Zündquelle mit ausreichender Energie vorhanden ist. Einige typische Umgebungen für explosionsgefährdete Geräte sind in Tabelle 8 aufgeführt.

Tabelle 8. Mögliche Explosionsquellen in Geräten

Förderausrüstung

Lagerung

Pneumatische Kanäle

Bins

Mechanische Förderer

Hoppers

 

Drehschieber

Verarbeitungsgerät

Filterentstauber

Grinder

Fließbetttrockner

Kugelmühlen

Transferstraßentrockner

Pulver mischen

Untersuchungen

Zyklone

 

Eine Explosion erzeugt Wärme und eine schnelle Gasausdehnung (Druckanstieg) und führt im Allgemeinen zu einer Verpuffung, bei der es sich um eine Flammenfront handelt, die sich schnell bewegt, aber unter diesen Bedingungen mit weniger als der Schallgeschwindigkeit. Wenn die Flammenfrontgeschwindigkeit größer als die Schallgeschwindigkeit ist oder Überschallgeschwindigkeit hat, wird der Zustand als Detonation bezeichnet, die zerstörerischer ist als eine Verpuffung. Explosion und Flammenfrontausdehnung treten in Millisekunden auf und bieten nicht genügend Zeit für Standardprozessreaktionen. Folglich müssen die potenziellen Brand- und Explosionseigenschaften des Pulvers definiert werden, um die potenziellen Gefahren zu bestimmen, die in den verschiedenen Verarbeitungsschritten bestehen können (CCPS 1993; Ebadat 1994; Bartknecht 1989; Cesana und Siwek 1995). Diese Informationen können dann als Grundlage für die Installation von Steuerungen und die Verhinderung von Explosionen dienen.

Quantifizierung der Explosionsgefahr

Da die Explosionen in der Regel in geschlossenen Anlagen stattfinden, werden verschiedene Tests in speziell konstruierten Laborgeräten durchgeführt. Obwohl Pulver ähnlich erscheinen mögen, sollten veröffentlichte Ergebnisse nicht verwendet werden, da kleine Unterschiede in den Pulvern sehr unterschiedliche Explosionseigenschaften haben können.

Eine Vielzahl von Tests, die mit Pulver durchgeführt werden, können die Explosionsgefahr definieren, und die Testreihen sollten Folgendes umfassen.

Der Klassifizierungstest bestimmt, ob eine Pulverstaubwolke Flammen auslösen und ausbreiten kann (Ebadat 1994). Pulver mit diesen Eigenschaften gelten als Pulver der Klasse A. Diejenigen Pulver, die sich nicht entzünden, werden als Klasse B bezeichnet. Die Pulver der Klasse A erfordern dann eine weitere Reihe von Tests, um ihr Explosions- und Gefahrenpotential zu bewerten.

Der Mindestzündenergietest definiert die minimale Funkenenergie, die zur Zündung einer Pulverwolke erforderlich ist (Bartknecht 1989).

In Explosionsschwere und Analyse werden Pulver der Gruppe A dann als Staubwolke in einer Kugel getestet, wo der Druck während einer Testexplosion basierend auf der Mindestzündenergie gemessen wird. Der maximale Explosionsdruck wird zusammen mit der Druckänderungsrate pro Zeiteinheit definiert. Aus diesen Angaben wird der explosionsspezifische Kennwert (Kst) in bar Meter pro Sekunde bestimmt und die Explosionsklasse definiert (Bartknecht 1989; Garzia und Senecal 1996):

Kst(bar·m/s) Staubexplosionsklasse Relative Stärke

1-200 St 1 Etwas schwächer

201-300 St 2 Stark

300+ St 3 Sehr stark

Eine große Anzahl von Pulvern wurde getestet, und die meisten waren in der Klasse St 1 (Bartknecht 1989; Garzia und Senecal 1996).

Bei der Bewertung von wolkenfreien Pulvern werden Pulver getestet, um sichere Betriebsverfahren und -bedingungen zu bestimmen.

Explosionsschutzprüfungen

Explosionsschutzprüfungen können hilfreich sein, wenn Explosionsunterdrückungssysteme nicht installiert werden können. Sie liefern einige Informationen über wünschenswerte Betriebsbedingungen (Ebadat 1994).

Der Mindestsauerstofftest definiert den Sauerstoffgehalt, unterhalb dessen sich der Staub nicht entzündet (Fone 1995). Inertgas im Prozess verhindert eine Entzündung, wenn das Gas akzeptabel ist.

Die Mindeststaubkonzentration wird bestimmt, um das Betriebsniveau festzulegen, unterhalb dessen keine Zündung erfolgt.

Elektrostatische Gefährdungstests

Viele Explosionen sind das Ergebnis elektrostatischer Zündungen und verschiedene Tests weisen auf die potenziellen Gefahren hin. Einige der Tests umfassen die Mindestzündenergie, die Eigenschaften der elektrischen Pulverladung und den spezifischen Durchgangswiderstand. Aus den Testergebnissen können bestimmte Schritte unternommen werden, um Explosionen zu verhindern. Zu den Schritten gehören die Erhöhung der Luftfeuchtigkeit, die Änderung von Baumaterialien, die ordnungsgemäße Erdung, die Kontrolle bestimmter Aspekte des Gerätedesigns und die Vermeidung von Funken (Bartknecht 1989; Cesana und Siwek 1995).

Explosionskontrolle

Es gibt grundsätzlich zwei Methoden, Explosionen oder Fronten daran zu hindern, sich von einem Ort zum anderen auszubreiten oder eine Explosion in einem Gerät einzudämmen. Diese beiden Methoden sind chemische Unterdrückungsmittel und Absperrventile (Bartknecht 1989; Cesana und Siwek 1995; Garzia und Senecal 1996). Basierend auf den Explosionsdruckdaten aus den Explosionsschweretests sind schnell ansprechende Sensoren verfügbar, die ein chemisches Unterdrückungsmittel auslösen und/oder Absperrventile schnell schließen. Suppressoren sind im Handel erhältlich, aber das Design des Suppressor-Injektors ist sehr wichtig.

Explosionsöffnungen

In Geräten, in denen eine potenzielle Explosion auftreten kann, werden häufig Explosionsentlüftungen installiert, die bei bestimmten Drücken bersten. Diese müssen sorgfältig entworfen und der Abluftweg von der Ausrüstung muss definiert werden, um die Anwesenheit von Arbeitern in diesem Wegbereich zu verhindern. Darüber hinaus sollte das Auftreffen auf Geräte im Explosionspfad analysiert werden, um die Gerätesicherheit zu gewährleisten. Eventuell ist eine Barriere erforderlich.

Laden und Entladen

Produkte, Zwischenprodukte und Nebenprodukte werden in Tankwagen und Waggons verladen. (In einigen Fällen werden je nach Standort der Einrichtungen und Anforderungen an die Docks Tankschiffe und Binnenschiffe eingesetzt.) Der Standort der Be- und Entladeeinrichtungen ist wichtig. Während es sich bei den geladenen und entladenen Materialien normalerweise um Flüssigkeiten und Gase handelt, werden Feststoffe auch an bevorzugten Stellen geladen und entladen, basierend auf der Art der bewegten Feststoffe, der potenziellen Explosionsgefahr und dem Grad der Transportschwierigkeiten.

Luken öffnen

Beim Beladen von Tankwagen oder Eisenbahnwaggons durch von oben zu öffnende Luken ist es eine sehr wichtige Überlegung, Spritzer zu minimieren, wenn der Container gefüllt wird. Wenn sich das Füllrohr weit über dem Boden des Behälters befindet, führt das Füllen zu Spritzern und zur Erzeugung von Dampf oder einer gemischten Flüssigkeit-Dampf-Entwicklung. Spritzer und Dampferzeugung können minimiert werden, indem der Auslass des Füllrohrs deutlich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet wird. Das Füllrohr erstreckt sich normalerweise in einem Mindestabstand über dem Behälterboden durch den Behälter. Da das Füllen mit Flüssigkeit auch Dampf verdrängt, können giftige Dämpfe ein potenzielles Gesundheitsrisiko darstellen und auch Sicherheitsbedenken aufwerfen. Folglich sollten die Dämpfe gesammelt werden. Füllarme sind im Handel erhältlich, die tiefe Füllrohre haben und sich durch eine spezielle Abdeckung erstrecken, die die Lukenöffnung verschließt (Lipton und Lynch 1994). Zusätzlich erstreckt sich ein Dampfsammelrohr ein kurzes Stück unterhalb des speziellen Lukendeckels. Am stromaufwärtigen Ende des Arms ist der Dampfauslass mit einer Rückgewinnungsvorrichtung (z. B. einem Absorber oder Kondensator) verbunden, oder der Dampf kann als Dampfbilanztransfer zum Speichertank zurückgeführt werden (Lipton und Lynch 1994).

Beim Tankwagen-System mit offener Luke wird der Arm angehoben, um das Ablassen in den Tankwagen zu ermöglichen, und ein Teil der Flüssigkeit im Arm kann mit Stickstoff unter Druck gesetzt werden, wenn der Arm zurückgezogen wird, aber die Füllrohre sollten während dieses Vorgangs innerhalb der Luke bleiben Öffnung. Wenn der Füllarm die Luke freigibt, sollte ein Eimer über dem Auslass platziert werden, um Armtropfen aufzufangen.

Triebwagen

Viele Waggons haben geschlossene Luken mit tiefen Füllbeinen sehr nahe am Boden des Behälters und einen separaten Dampfsammelauslass. Durch einen Arm, der sich bis zur geschlossenen Klappe erstreckt, wird Flüssigkeit geladen und Dampf gesammelt, ähnlich wie bei der Armmethode mit offener Klappe. In Ladesystemen für Schienenfahrzeuge wird nach dem Absperren des Ventils am Armeinlass Stickstoff in die Behälterseite der Arme eingespritzt, um die im Arm verbleibende Flüssigkeit in den Schienenfahrzeug zu blasen, bevor das Füllventil am Schienenfahrzeug geschlossen wird (Lipton und Lynch 1994). .

Tankwagen

Viele Tankwagen werden von unten befüllt, um die Dampfentwicklung zu minimieren (Lipton und Lynch 1994). Die Füllleitungen können spezielle Schläuche oder bewegliche Arme sein. Trockentrennkupplungen werden an den Schlauch- oder Armenden und an den Bodenanschlüssen des Tankwagens angebracht. Wenn der Tankwagen gefüllt ist und die Leitung automatisch blockiert wird, wird der Arm oder Schlauch an der Trockentrennkupplung getrennt, die sich automatisch schließt, wenn die Kupplungen getrennt werden. Neuere Kupplungen wurden so konstruiert, dass sie nahezu leckagefrei trennen.

Beim Laden von unten wird Dampf durch eine obere Dampfentlüftung gesammelt und der Dampf wird durch eine externe Leitung geleitet, die nahe dem Boden des Behälters endet (Lipton und Lynch 1994). Dies ermöglicht dem Arbeiter den Zugang zu den Dampfkupplungsanschlüssen. Der gesammelte Dampf, der einen leicht über Atmosphärendruck stehenden Druck aufweist, muss gesammelt und zu einem Rückgewinnungsgerät geleitet werden (Lipton und Lynch 1994). Diese Geräte werden basierend auf den anfänglichen Kosten, der Effektivität, der Wartung und der Betriebsfähigkeit ausgewählt. Im Allgemeinen ist das Rückgewinnungssystem einer Fackel vorzuziehen, die die zurückgewonnenen Dämpfe zerstört.

Steuerung ladenl

In Tankwagen sind Füllstandssensoren fest in der Fahrzeugkarosserie installiert, um anzuzeigen, wenn der Füllstand erreicht ist, und signalisieren einem Fernsteuerblockventil, dass der Fluss zum LKW stoppt. (Lipton und Lynch 1994). Es kann mehr als einen Sensor im Tanklastwagen als Backup geben, um sicherzustellen, dass der Lastwagen nicht überfüllt wird. Eine Überfüllung kann zu ernsthaften Sicherheits- und Gesundheitsproblemen führen.

Waggons im dedizierten Chemiedienst können Füllstandssensoren haben, die intern im Waggon montiert sind. Bei nicht dedizierten Waggons steuert ein Durchflusszähler die zum Waggon geleitete Flüssigkeitsmenge und schließt automatisch das ferngesteuerte Sperrventil bei einer vorbestimmten Einstellung (Lipton und Lynch 1994). Bei beiden Behältertypen sollte vor dem Befüllen untersucht werden, ob Flüssigkeit im Behälter verbleibt. Viele Triebwagen haben manuelle Füllstandsanzeiger, die für diesen Service verwendet werden können. Wenn der Füllstand jedoch durch Öffnen einer kleinen Füllstandsentlüftung zur Atmosphäre angezeigt wird, sollte dieses Verfahren aufgrund der Toxizität einiger der geladenen Chemikalien nur unter ordnungsgemäß kontrollierten und genehmigten Bedingungen durchgeführt werden.

Entladung

Wo Chemikalien einen sehr hohen Dampfdruck haben und der Waggon oder Tankwagen einen relativ hohen Druck hat, wird die Chemikalie unter ihrem eigenen Dampfdruck entladen. Sollte der Dampfdruck auf ein Niveau abfallen, das den Entladevorgang stört, kann Stickstoffgas injiziert werden, um einen zufriedenstellenden Druck aufrechtzuerhalten. Dampf aus einem Tank mit der gleichen Chemikalie kann auch komprimiert und eingespritzt werden, um den Druck zu erhöhen.

Bei toxischen Chemikalien mit relativ niedrigem Dampfdruck, wie Benzol, wird die Flüssigkeit unter Stickstoffdruck entladen, wodurch das Pumpen entfällt und das System vereinfacht wird (Lipton und Lynch 1994). Tanklastwagen und Eisenbahnwaggons für diesen Dienst haben Auslegungsdrücke, die den auftretenden Drücken und Schwankungen standhalten können. Jedoch werden niedrigere Drücke nach dem Entladen eines Containers aufrechterhalten, bis der Tankwagen oder der Kesselwagen wieder befüllt wird; Der Druck baut sich während des Ladens wieder auf. Stickstoff kann hinzugefügt werden, wenn während des Beladens kein ausreichender Druck erreicht wurde.

Eines der Probleme bei Be- und Entladevorgängen ist das Entleeren und Spülen von Leitungen und Geräten in den Be-/Entladeeinrichtungen. Geschlossene Abflüsse und besonders tiefliegende Abflüsse sind bei Stickstoffspülungen erforderlich, um alle Spuren der giftigen Chemikalien zu entfernen. Diese Materialien können in einem Fass gesammelt und an eine Annahme- oder Verwertungseinrichtung zurückgegeben werden (Lipton und Lynch 1994).

 

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