Ex-Anlage nach BetrSichV 23.06.2021, 09:00 Uhr

Erfahrungen aus der Prüfung einer Kernfusionsanlage

Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching bei München untersucht im Tokamak ASDEX Upgrade Plasmen zur Fusionsforschung. Bedingt durch den Einsatz von Wasserstoff und Deuterium sind Teile der Anlage in explosionsgefährdete Bereiche eingestuft, weshalb die Anlage der Prüfpflicht nach BetrSichV unterliegt. Der Beitrag (Teil 1 Pelletzentrifuge) befasst sich mit dem Prüfablauf und dem Explosionsschutzkonzept mit Maßnahmen zur Vermeidung der Bildung gefährlicher explosionsfähiger Gemische am Beispiel einer Anlage, die nicht dem industriellen Standard entspricht.

 Ein Specialfall des Explosionsschutzes sind Kernfusionsanlagen: Besonders wichtig hier die Prüfung nach Betriebssicherheitsverordnung. Foto: PantherMedia/gip1991

Ein Specialfall des Explosionsschutzes sind Kernfusionsanlagen: Besonders wichtig hier die Prüfung nach Betriebssicherheitsverordnung.

Foto: PantherMedia/gip1991

Im Experimentierbetrieb liegt der Basisdruck der Versuchsanlage bei weniger als 10–7 mbar(a). Für eine Plasmaentladung wird Wasserstoff in die Anlage eingelassen und ein initial kaltes Plasma durch Plasmaheizungen mit einer Gesamtleistung von 27 MW auf etwa 100 Mio K aufgeheizt. Während der Entladung (max. 10 s) schießt die Pellet-Zentrifuge als eine von drei Brennstoffquellen festen Wasserstoff in Form von Pellets mit Geschwindigkeiten von bis zu 1 050 m/s in das Plasma. Zur Herstellung der Wasserstoffpellets wird das Gas (H2 oder D2) mittels flüssigen Heliums bei einer Temperatur von 5-6 K ausgefroren.

Was wird nach BetrSichV geprüft?

Anlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen sind gemäß BetrSichV [1] vor Inbetriebnahme und anschließend wiederkehrend zu prüfen. Prüfgegenstand ist je nach Prüfart das Explosionsschutzkonzept, explosionsgeschützte Geräte und Schutzsysteme i.S.d. RL 2014/34/EU [2], Gaswarn-, Lüftungs- und Inertisierungseinrichtungen.

Entwicklung eines Explosionsschutzkonzeptes

Die Grundlage für die Gefährdungsbeurteilung stellen die sicherheitstechnischen Kenngrößen der zum Einsatz kommenden Stoffe dar. Hierbei ist der Einfluss nicht-atmosphärischer Bedingungen auf die Kenngrößen zu berücksichtigen. Die konzeptionelle Herausforderung aus Sicht des Explosionsschutzes ist zum einen, bedingt durch den Forschungsauftrag, die ständige Weiterentwicklung der Versuchsanlage. Zum anderen sind Geräte und Messtechnik für Ultrahochvakuum nicht in explosionsgeschützter Ausführung verfügbar, weshalb aus Sicht des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik die Notwendigkeit besteht, nur dort Ex-Zonen gem. GefStoffV [3] auszuweisen, wo explosionsgeschützte Geräte zur Verfügung stehen. In den anderen Bereichen muss die Bildung gefährlicher explosionsfähiger Gemische vermieden werden [4]. Auf Basis der gegebenen Betriebs- und Prozessbedingungen wurde im Rahmen der Prüfung hierzu ein nachvollziehbares Explosionsschutzkonzept entwickelt. Dieses beinhaltet Maßnahmen zur Druckabsenkung, Konzentrationsbegrenzung und Lüftungseinrichtungen gemäß [5].

Wie sehen Funktionstests aus?

Explosionsschutzmaßnahmen können mithilfe von Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen festgelegt und steuerungstechnisch umgesetzt werden. Diese Maßnahmen werden im Rahmen der Ordnungsprüfung auf Nachvollziehbarkeit, Plausibilität und Eignung geprüft. Die Prüfung der Funktionsfähigkeit der explosionsschutzrelevanten Sicherheitseinrichtungen und das Einleiten der Verriegelungen erfolgt im Rahmen der technischen Prüfung. Es empfiehlt sich die Testdurchführung mit dem Betreiber abzustimmen. In Ausgabe 5/6 ist ein Beispiel eines Funktionstests beschrieben.

Die Prüfung vor Inbetriebnahme erfolgte durch die DEKRA Testing and Certification GmbH. Diese wurde in eine Ordnungsprüfung und eine technische Prüfung unterteilt. Die Prüfung, insbesondere die Konzeptprüfung, kann eine Möglichkeit darstellen, Schwachstellen aufzuzeigen und Lösungen auszuarbeiten, welche im Einklang mit dem verfahrenstechnischen Prozess und der Wirtschaftlichkeit der Anlage, bzw. hier dem Forschungsbetrieb, und den Anforderungen des Explosionsschutzes stehen können.

Der vollständige Beitrag (Teil 1) zu diesem Thema erschien in der Ausgabe 5/6 der technischen Sicherheit. Der zweite Teil mit den Prüfschwerpunkten Inertisierungseinrichtungen, funktionale Sicherheit und Maßnahmen zur Vermeidung wirksamer Zündquellen erscheint in Ausgabe 7/8.

Literatur

  1. Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) vom 3. Februar 2015, BGBl, S. 49, zul. geänd. durch Art. 1 der Verordnung vom 30. April 2019, BGBl, S. 554.
  2. Richtlinie 2014/34/EU, zur Harmonisierung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen, Neufassung vom 26. Februar 2014.
  3. Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) vom 26. November 2010, BGBl, S. 1643, 1644, zul. geänd. durch Art. 148 des Gesetzes vom 29. März 2017, BGBl, S. 626.
  4. Ploeckl, B.; Sochor, M.; Herrmann, A.; Kilian, S.; Lang, P. T.; Rohde, V.: Hydrogen safety retrofit of ASDEX Upgrade pellet centrifuge – Explosion prevention on fuelling devices. Fusion Engineering and Design 164 (2021) 112178.
  5. TRGS 722 Vermeidung oder Einschränkung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre, GMBI 2021, S. 399-415 [Nr. 17-19].

Sandra Kilian
DEKRA Testing and Certification GmbH, München (bis 04/2021). Roche Diagnostics GmbH, Penzberg (ab 05/2021)
Bernhard Ploeckl

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching.

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