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Regelwerk, Technische Regeln, TRBS - Arbeitsschutz
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TRBS 2141 Teil 2 - Gefährdung durch Dampf und Druck - Schädigung der drucktragenden Wandung
Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS)

Vom 15. Mai 2009
(GMBl. Nr. 35 vom 04.08.2009 S. 731; 14.03.2019 S. 270 aufgehoben)


Zur Nachfolgeregelung TRBS 2141

Vorbemerkung

Diese Technische Regel für Betriebssicherheit (TRBS) gibt dem Stand der Technik, Arbeitsmedizin und Hygiene entsprechende Regeln und sonstige gesicherte arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse für die Bereitstellung und Benutzung von Arbeitsmitteln sowie den Betrieb überwachungsbedürftiger Anlagen wieder.

Sie wird vom Ausschuss für Betriebssicherheit ermittelt und vom Bundesministerium für Arbeit und Soziales im Gemeinsamen Ministerialblatt bekannt gemacht.

Die Technische Regel konkretisiert die Betriebssicherheitsverordnung hinsichtlich der Ermittlung und Bewertung von Gefährdungen sowie der Ableitung von geeigneten Maßnahmen. Bei Anwendung der beispielhaft genannten Maßnahmen kann der Arbeitgeber insoweit die Vermutung der Einhaltung der Vorschriften der Betriebssicherheitsverordnung für sich geltend machen. Wählt der Arbeitgeber eine andere Lösung, hat er die gleichwertige Erfüllung der Verordnung schriftlich nachzuweisen.

1 Anwendungsbereich

Diese Technische Regel gilt für die Ermittlung und Bewertung von Gefährdungen durch Dampf und Druck für Beschäftigte und Dritte, die infolge zeitabhängiger Schädigung der drucktragenden Wandung während des Betriebs entstehen können.

Diese Technische Regel behandelt zeitabhängige Schädigungen, z.B. durch Korrosion, Zeitstandbeanspruchung, Wechselbeanspruchung (Druck- und/oder Temperaturwechsel, äußere Einwirkungen), die sich aus der bestimmungsgemäßen Betriebsweise oder auch aus Abweichungen von den festgelegten Betriebsparametern ergeben können.

Diese Technische Regel nennt beispielhaft Maßnahmen zur Vermeidung von Gefährdungen infolge zeitabhängiger Schädigung der drucktragenden Wandung. Sie enthält auch Hinweise für die Bereitstellung von Arbeitsmitteln.. und überwachungsbedürftigen Anlagen unter innerem berdruck, für die keine Richtlinien der Europäischen Gemeinschaft hinsichtlich des Druckrisikos bestehen.

2 Begriffsbestimmungen

Über die in der TRBS 2141 und in der TRBS 2141 Teil 1 definierten Begriffe hinaus werden keine weiteren Begriffe definiert.

3 Ermittlung und Bewertung von Gefährdungen

3.1 Ermittlung von Gefährdungen

Gefährdungen können durch zeitabhängige Schädigungen der drucktragenden Wandung auftreten. Ursachen hierfür können z.B. sein:

3.1.1 Korrosion in Form von

Hierbei können unterschiedliche Korrosionsmechanismen wirksam sein, z.B.

3.1.2 Erosion in Form von

3.1.3 Kavitation infolge von

3.1.4 Zeitstandschädigung im höheren Temperaturbereich in Form von

3.1.5 Schwingungsschädigung (Ermüdung) infolge von

3.1.6 Versprödung von metallischen Werkstoffen infolge von

3.1.7 Alterung von Kunststoffen, z.B. durch UV-Strahlung

Kann eine Überlagerung unterschiedlicher Schädigungsmechanismen nach 3.1.1 bis 3.1.7 auftreten, z.B. Schwingungsrisskorrosion, Kriechermüdung, ist dies in die Betrachtung einzubeziehen.

3.2 Bewertung von Gefährdungen

Bei der Bewertung der Gefährdungen für Beschäftigte und Dritte sind die als relevant erkannten zeitabhängigen Schädigungen der drucktragenden Wandung im Rahmen einer Einzelfallbetrachtung in der Gefährdungsbeurteilung bzw. der sicherheitstechnischen Bewertung zu berücksichtigen.

Hierbei können je nach Erfordernis die folgenden Elemente zur Bewertung herangezogen werden:

3.2.1 Aktueller Schädigungszustand bzw. aktuelle Bauteilausnutzung im Vergleich zu den Auslegungswerten für die bestimmungsgemäße Betriebsweise, wie z.B.

3.2.2 Möglichkeiten zur Zustandsermittlung, wie z.B.

3.2.3 Möglichkeiten zur Erfassung der tatsächlichen betrieblichen Beanspruchung, wie z.B.

3.2.4 Abgesicherte Prognose über den Schädigungsfortschritt, wie z.B. bei

3.2.5 Mögliches Versagensszenario, wie z.B.

4 Maßnahmen zur Vermeidung von Gefährdungen

Maßnahmen zur Vermeidung von Gefährdungen durch zeitabhängige Schädigung der drucktragenden Wandung werden nachstehend beispielhaft für den Lebenszyklus einer Druckanlage beschrieben.

Der Lebenszyklus einer Druckanlage umfasst hierbei die Bereitstellung und Benutzung von Arbeitsmitteln und den Betrieb überwachungsbedürftiger Anlagen einschließlich Montage und Installation.

4.1 Bereitstellung

4.1.1 Beschaffung (Bestellspezifikation, Unterlagen des Herstellers und Eingangskontrolle)

Mögliche zeitabhängige Schädigungseinflüsse auf drucktragende Wandungen werden im Rahmen der Planung und Beschaffung der Druckanlagen und deren Komponenten beachtet. Hierbei werden sowohl die bestimmungsgemäße Betriebsweise als auch vernünftigerweise nicht auszuschließende Abweichungen hiervon berücksichtigt. Zur bestimmungsgemäßen Betriebsweise gehören auch Füll-, Entleer-, An- und Abfahrvorgänge. Ebenso fließen mögliche Wechselwirkungen mit der Umgebung oder mit anderen Anlagen bzw. Anlagenteilen in die Betrachtung ein.

Folgende beispielhaft genannte Maßnahmen zur Berücksichtigung schädigender Einwirkungen auf drucktragende Wandungen können sich für die Beschaffung ergeben:

  1. Korrosion und andere chemische Einwirkungen
    • Ausreichende Spezifikation der vorgesehenen Medien und Betriebsparameter als Basis für die Werkstoffauswahl durch den Hersteller. Ebenso Mitteilung bekannter Korrosionswirkungen und Beständigkeitseinflüsse an die Hersteller von Geräten unter innerem Überdruck.
    • Vorgabe der zu verwendenden Werkstoffe in einer Bestellspezifikation. Basis für die Werkstoffauswahl können z.B. anerkannte Werkstoff-Beständigkeitstabellen, Werkstoff-Medienzuordnungen aus einschlägigen Betriebserfahrungen oder Laborversuche sein.
    • Vorgabe von spezifischen Korrosionszuschlägen zur Berücksichtigung von gleichmäßigem Korrosionsabtrag über die vorgesehene Betriebsdauer.
    • Spezifikation geeigneter Innenbeschichtungen oder Auskleidungen, wie z.B. Email, Kunststoffauskleidung, Gummierung, Plattierung.
    • Vorgabe betriebsbewährter Konstruktionsdetails in einer Spezifikation, wie z.B. Schweißnahtausführungen bei metallischen Werkstoffen, Anschlüsse und Übergänge bei Kunststoffauskleidungen oder Gummierungen.
    • Spezifikation eines geeigneten Korrosionsschutzes für Anlagenteile, die durch äußere Korrosion beansprucht werden, wie z.B. Farbanstrich oder kathodischer Korrosionsschutz.
  2. Erosion
    • Ausreichende Spezifikation der vorgesehenen Medien und Betriebsparameter als Basis für die Werkstoffauswahl oder Ableitung weiterer geeigneter Maßnahmen durch den Hersteller. Ebenso Mitteilung bekannter Erosionswirkungen an den Hersteller.
    • Vorgabe geeigneter Werkstoffe und konstruktiver Maßnahmen, wie z.B. Krümmungsradien, Umlenkeinbauten, Strömungsquerschnitte in einer Spezifikation.
    • Spezifikation von Wanddickenzuschlägen oder Auskleidungen in Bereichen, in denen Erosion auftreten kann.
    • Vermeidung von Erosionsbeanspruchung durch Maßnahmen, wie z.B. Festlegung max. Strömungsgeschwindigkeiten bei Gasströmen mit Feststoffanteilen, Verhinderung des Eindringens von abrasiv wirkenden Fremdkörpern.
  3. Kavitation
    • Auswahl von Pumpen, Rohrleitungsteilen, Armaturen, so dass unter Berücksichtigung der Aufstellungs- und Betriebsbedingungen (speziell Zulauf- oder Ansaughöhen, Vordrücke, hydrostatische Höhenunterschiede, Druckverluste, Dampfdruck der Medien bei den höchsten Betriebstemperaturen, gelöste Gase etc.) an allen Punkten der Druck des Fördermediums den Dampfdruck nicht erreicht oder unterschreitet.
    • Spezifikation der maximal zulässigen Haltedruckhöhe (NPSH) von Pumpen bei deren Austausch bzw. Neubeschaffung zur Vermeidung von Kavitation bei allen Betriebsbedingungen.
    • Spezifikation maximal zulässiger Druckverluste beim Ersatz oder der Neubeschaffung von Rohrleitungsarmaturen, wenn durch die erhöhten Druckverluste die Gefahr besteht, dass an bestimmten Punkten der Rohrleitung der Druck des Fördermediums den Dampfdruck erreichen oder unterschreiten kann.
    • Soweit sicherheitstechnisch erforderlich (z.B. bei verflüssigten Gasen zur Vermeidung der Dampfbildung), Vorsehen von Einrichtungen, die die Einhaltung von Mindestbetriebsdrücken sicherstellen.
  4. Zeitstandbeanspruchung
    • Ausreichende Spezifikation der vorgesehenen Betriebsparameter, aus denen sich Zeitstandseinflüsse ergeben, wie z.B. Temperatur, Druck, An- und Abfahrvorgänge, Zusatzlasten, als Basis für Werkstoffauswahl, Konstruktion und Berechnung durch den Hersteller.
    • Spezifikation von Maßnahmen, die zur Umsetzung eines Inspektionskonzeptes zur Bewertung der Zeitstandbeanspruchung bei wiederkehrenden Prüfungen dienen, wie z.B.
      1. Nullzustandsprüfungen/Messungen zur Dokumentation des Ausgangszustandes nach der Herstellung, wie z.B. Wanddicken, Unrundheiten, Aufdachungen, Oberflächengefüge,
      2. Spezifikation von Messstellen/Messmöglichkeiten zur Registrierung der für die Bewertung der Zeitstandbeanspruchung maßgeblichen Prozessparameter. Zielführend hierbei ist ein Messstellenplan mit Festlegung der Messstellen und -aufgaben. Ggf. kann es erforderlich sein, Temperaturen an der Innen- und der Außenseite von druckbeaufschlagten Wandungen zu erfassen.
  5. Ermüdung
    • Ausreichende Spezifikation der vorgesehenen Betriebsparameter, aus denen sich die Ermüdungseinflüsse ergeben, wie z.B. zyklische Druckbeanspruchung, zyklische äußere Lasten, Temperaturwechsel, als Basis für Konstruktion und Berechnung durch den Hersteller.
    • Spezifikation von Maßnahmen, die zur Umsetzung eines Inspektionskonzeptes zur Bewertung der Ermüdung bei wiederkehrenden Prüfungen dienen, wie z.B.
      1. prüfgerechte Gestaltung, wie Beschleifen von Schweißnähten zur Durchführung von Ultraschall-Prüfungen auf Anrisse oder Oberflächenrissprüfungen,
      2. Nullzustandsprüfungen/Messungen zur Dokumentation des Ausgangszustandes nach der Herstellung und als Bezugsgrößen bei wiederkehrenden Prüfungen, wie z.B. Unrundheiten, Aufdachungen, Ultraschallprüfung von Schweißnähten.
  6. Versprödung
    • Ausreichende Spezifikation der vorgesehenen Medien und Betriebsparameter, die zu einer Versprödung führen können, wie z.B. Einsatz bei tiefen Temperaturen, Druckwasserstoff, als Basis für Werkstoffauswahl, Konstruktion und Auslegung durch den Hersteller.
    • Spezifikation von betriebsbegleitenden Werkstoffproben, die aus denselben Chargen wie die Bleche der drucktragenden Wandungen hergestellt werden (Chargen mit der höchsten Versprödungsneigung verwenden).

4.1.2 Aufstellung unter Berücksichtigung des Umfeldes

Druckanlagen bzw. deren Teile müssen so aufgestellt werden, dass keine Belastungen auftreten, die hinsichtlich eines zeitabhängigen Schädigungseinflusses bei der Auslegung nicht berücksichtigt wurden.

Ergänzend zur TRBS 2141 Teil 1 sind Maßnahmen hierzu z.B.:

4.1.3 Montage, Installation, Ausrüstung

Bei Montage, Installation und Ausrüstung können ergänzend zur TRBS 2141 Teil 1 die nachfolgenden Maßnahmen erforderlich sein:

4.1.3.1 Bei Abweichung von den Planungsunterlagen wird überprüft, ob daraus eine Beeinflussung zeitabhängiger Schädigungen resultiert bzw. noch nicht berücksichtigte zeitabhängige Schädigungen dadurch entstehen können. Falls erforderlich, werden entsprechende Maßnahmen ermittelt. Ggf. muss die sicherheitstechnische Bewertung aktualisiert werden. Beispiele hierzu sind:

4.1.3.2 Durch folgende, beispielhaft genannte Maßnahmen, können schädigende Einflüsse aus unsachgemäßer Montage vermieden werden:

4.2 Benutzung

4.2.1 Erprobung sowie An- und Abfahren

Ergänzend zur TRBS 2141 Teil 1 können die nachfolgend aufgeführten Maßnahmen erforderlich sein:

4.2.2 Betrieb, Gebrauch sowie Instandsetzung und Wartung

4.2.2.1 Verfolgung der Betriebsparameter

Die während des Betriebes einer Druckanlage vorhandenen Betriebsparameter sind die wesentlichen Einflussgrößen für den Verlauf zeitabhängiger Schädigungen. Zur Verfolgung und Beurteilung des Schädigungszustandes kann es deshalb erforderlich sein, die Betriebsparameter über den Betriebszeitraum zu verfolgen.

Maßnahmen hierzu sind zum Beispiel:

4.2.2.2 Instandhaltungsmaßnahmen

Die Wirksamkeit schädigungsverhindernder Maßnahmen wird über regelmäßige Instandhaltungsmaßnahmen sichergestellt. Beispiele hierzu sind:

4.2.2.3 Ermittlung und Beurteilung des aktuellen Schädigungszustandes

Zur Gewährleistung der Sicherheit für Beschäftigte und Dritte kann es erforderlich sein, den Schädigungsfortschritt zu verfolgen, um Prüffristen anzupassen oder Instandsetzungsmaßnahmen bzw. den Austausch von Anlagenteilen zu veranlassen.

Maßnahmen hierzu sind z.B. bei:

  1. Gleichförmiger Korrosion
    • Prüfintervalle zur Ermittlung der Ist-Wanddicke über zerstörungsfreie Prüfungen festlegen.
    • Vergleich der Ist-Wanddicke mit der Soll-Wanddicke für die bestimmungsgemäße Betriebsweise.
    • Überprüfung der Prüfintervalle, wenn die Ist-Wanddicke noch größer als die Soll-Wanddicke ist, z.B. durch Annahme eines linearen Korrosionsfortschritts.
    • Austausch bei Erreichen bzw. Unterschreiten der Sollwanddicke.,
  2. Erosion/Kavitation
    • Prüfintervalle zur Ermittlung der Ist-Wanddicke an den durch Erosion beanspruchten Bereichen über zerstörungsfreie Prüfungen festlegen.
    • Vergleich der Ist-Wanddicke mit der Soll-Wanddicke für die bestimmungsgemäße Betriebsweise.
    • Überprüfung der Prüfintervalle, wenn die Ist-Wanddicke noch größer als die Soll-Wanddicke ist, z.B. durch Annahme eines linearen Schädigungsfortschrittes.
    • Austausch bei Erreichen bzw. Unterschreitung der Soll-Wanddicke.
  3. Zeitstandbeanspruchung
    • Prüfzeitpunkte zur Ermittlung des aktuellen Schädigungszustandes festlegen,
    • Ermittlung des Schädigungszustandes, z.B. über Oberflächen-Gefügeabdrückeuntersuchungen, Oberflächenrissprüfungen, Ultraschall-Volumenprüfungen,
    • Austausch von Bauteilen beim Erreichen definierter Grenzwerte, z.B. Erreichen der Auslegungs-Lebensdauer bzw. eines maximalen Erschöpfungsgrades. Definierte Grenzwerte, z.B. bei bestehenden Dampfkesselanlagen, deren Bauteile im Zeitstandbereich beansprucht werden, sind gemäß des der Auslegung zugrundegelegten Regelwerks zu bewerten. Solche definierte Grenzwerte können sein:
      1. Feststellung von wesentlichen Rissen, die auf Schädigung durch Zeitstand- oder Wechselbeanspruchung des Bauteils schließen lassen,
      2. Erreichen der rechnerischen Erschöpfung von 100 Prozent, es sei denn, dass durch besondere Prüfungen oder besondere betriebliche Maßnahmen der Nachweis des gefahrlosen Weiterbetriebes erbracht wird,
      3. Erreichen einer bleibenden Dehnung von zwei Prozent an Messstellen, von denen Ergebnisse seit der Inbetriebnahme vorliegen, oder Erreichen einer bleibenden Dehnung von einem Prozent an Messstellen, die nachträglich - spätestens bei Erreichen der rechnerischen Gesamterschöpfung von 60 Prozent - eingerichtet worden sind.

    Bei im Zeitstandbereich betriebenen Bauteilen von Druckanlagen der Verfahrenstechnik kann analog verfahren werden.

  4. Ermüdung
    • Prüfzeitpunkte zur Ermittlung des aktuellen Schädigungszustandes festlegen, z.B. unter Berücksichtigung der nach Auslegungsregelwerk empfohlenen Prüfintervalle,
    • Ermittlung des Schädigungszustandes, z.B. über Oberflächenrissprüfungen oder Ultraschallprüfungen auf Anrisse,
    • Austausch oder ggf. Instandsetzung von Anlagenkomponenten mit Anrissen,
    • Weiterbetrieb von Anlagenkomponenten ohne Anrisse im Rahmen des Auslegungsregelwerkes,
    • ggf. Nachweis ausreichender Sicherheit auf Basis bruchmechanischer Bewertungen mit Festlegung von Prüfzeitpunkten aufgrund von Risswachstumsbetrachtungen,
    • erforderlichenfalls Berücksichtigung des Medieneinflusses auf die Anrisslastspielzahl und die Risswachstumsgeschwindigkeit.

Die in dieser TRBS genannten Maßnahmen zur Vermeidung von Gefährdungen infolge Schädigung der drucktragenden Wandung können erforderlichenfalls Bestandteile von Konzepten zur Zustandsüberwachung unter Einbindung von z.B. Monitoringsystemen sein.

4.2.3 Maßnahmen bei Betriebsstörungen

Ergeben sich während des Betriebes einer Druckanlage Schädigungen an der drucktragenden Wandung, z.B. durch

so sind die erforderlichen Gegenmaßnahmen zu ergreifen.

Diese Gegenmaßnahmen beinhalten z.B.:

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