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Samstag, Februar 26 2011 17: 09

Chemische Industrie

Angepasst aus der 3. Auflage, Enzyklopädie der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes.

Das Geschäft der chemischen Industrie besteht darin, die chemische Struktur natürlicher Materialien zu verändern, um daraus wertvolle Produkte für andere Industrien oder das tägliche Leben zu gewinnen. Aus diesen Rohstoffen – hauptsächlich Mineralien, Metalle und Kohlenwasserstoffe – werden in einer Reihe von Verarbeitungsschritten Chemikalien hergestellt. Um sie in Endprodukte (z. B. Farben, Klebstoffe, Arzneimittel und Kosmetika) umzuwandeln, ist häufig eine weitere Behandlung wie Mischen und Vermengen erforderlich. Somit deckt die chemische Industrie ein viel breiteres Feld ab als das, was üblicherweise als „Chemikalien“ bezeichnet wird, da sie auch solche Produkte wie Kunstfasern, Harze, Seifen, Farben, Fotofilme und mehr umfasst.

Chemikalien fallen in zwei Hauptklassen: bio und anorganisch. Organische Chemikalien haben eine Grundstruktur aus Kohlenstoffatomen, kombiniert mit Wasserstoff und anderen Elementen. Öl und Gas sind heute die Quelle von 90 % der weltweiten Produktion organischer Chemikalien und haben Kohle, pflanzliche und tierische Stoffe, die früheren Rohstoffe, weitgehend ersetzt. Anorganische Chemikalien stammen hauptsächlich aus mineralischen Quellen. Beispiele sind Schwefel, der als solcher abgebaut oder aus Erzen gewonnen wird, und Chlor, das aus Kochsalz gewonnen wird.

Die Produkte der chemischen Industrie lassen sich grob in drei Gruppen einteilen, die den wesentlichen Herstellungsschritten entsprechen: Basischemikalien (organisch und anorganisch) werden normalerweise in großem Maßstab hergestellt und normalerweise in andere Chemikalien umgewandelt; Zwischenprodukte werden aus Basischemikalien gewonnen. Die meisten Zwischenprodukte müssen in der chemischen Industrie weiterverarbeitet werden, aber einige, wie z. B. Lösungsmittel, werden so wie sie sind verwendet; Fertige chemische Produkte werden durch chemische Weiterverarbeitung hergestellt. Einige davon (Medikamente, Kosmetika, Seifen) werden als solche konsumiert; andere, wie Fasern, Kunststoffe, Farbstoffe und Pigmente, werden noch weiterverarbeitet.

Die Hauptbranchen der chemischen Industrie sind:

  1. basische Anorganika: Säuren, Laugen und Salze, hauptsächlich anderweitig in der Industrie verwendet und Industriegase wie Sauerstoff, Stickstoff und Acetylen
  2. organische Grundstoffe: Rohstoffe für Kunststoffe, Harze, synthetische Kautschuke und synthetische Fasern; Lösungsmittel und Waschrohstoffe; Farbstoffe und Pigmente
  3. Düngemittel und Pestizide (einschließlich Herbizide, Fungizide und Insektizide)
  4. Kunststoffe, Harze, synthetische Kautschuke, Zellulose- und synthetische Fasern
  5. Pharmazeutika (Arzneimittel und Medikamente)
  6. Farben, Firnisse und Lacke
  7. Seifen, Detergenzien, Reinigungsmittel, Parfums, Mittel zur Körper- und Schönheitspflege und andere Toilettemittel
  8. verschiedene Chemikalien wie Polituren, Sprengstoffe, Klebstoffe, Tinten, fotografische Filme und Chemikalien

 

In der International Standard Industrial Classification of All Economic Activities (ISIC), die von den Vereinten Nationen zur Einteilung der Wirtschaftstätigkeit in zehn Hauptabteilungen verwendet wird, wird die chemische Industrie als Division 35 klassifiziert, eine der neun Unterabteilungen der Major Division 3: Manufacturing. Die Abteilung 35 ist weiter unterteilt in Industriechemikalien (351), sonstige Chemikalien (352), Erdölraffinerien (353), verschiedene Kohle- und Erdölprodukte, z. B. Asphalt (354), Gummiprodukte einschließlich Reifen (355) und Kunststoffverarbeitung (356). .

Bei der Berichterstattung über Statistiken zur chemischen Industrie verwendet jedes Land normalerweise sein eigenes Klassifikationssystem, was irreführend sein kann. Daher kann ein Vergleich der Gesamtleistung der chemischen Industrie zwischen Ländern nicht auf nationalen Quellen beruhen. Internationale Gremien wie die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) und die Vereinten Nationen liefern jedoch normalerweise Daten auf ISIC-Basis, allerdings mit einer Verzögerung von etwa zwei Jahren.

Handelsstatistiken werden international unter der Standard International Trade Classification (SITC) veröffentlicht, die sich vom ISIC-System unterscheidet. Handelsstatistiken einzelner Länder beziehen sich fast immer auf SITC-Abschnitt 5, der etwa 90 % aller im ISIC-System gemeldeten Chemikalien abdeckt.

Die chemische Industrie ist in dem halben Jahrhundert viel schneller gewachsen als die Industrie insgesamt. Obwohl es Anfang der 1990er Jahre zu einer wirtschaftlichen Depression in der chemischen Industrie der Welt kam, stieg die chemische Produktion Mitte der 1990er Jahre an. Das größte Wachstumsgebiet der Chemieproduktion liegt in Südostasien. Abbildung 1 zeigt die prozentuale Veränderung der Chemieproduktion für 1992-95 für ausgewählte Länder.

Abbildung 1. Veränderung der Chemieproduktion für ausgewählte Länder, 1992-95

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Ein Großteil der chemischen Industrie ist sehr kapitalintensiv und auch stark von Forschung und Entwicklung abhängig (z. B. Pharma). Das kombinierte Ergebnis dieser beiden Faktoren ist, dass die Branche im Vergleich zur verarbeitenden Industrie im Allgemeinen eine für ihre Größe ungewöhnlich niedrige Zahl ungelernter Arbeiter beschäftigt. Die Gesamtbeschäftigung in der Industrie stieg in der Zeit des schnellen Wachstums vor 1970 leicht an, aber seitdem hat das Streben nach höherer Produktivität in den meisten Industrieländern zu einem Beschäftigungsrückgang in der chemischen Industrie geführt. Tabelle 1 zeigt die Beschäftigung in der chemischen Industrie in den Vereinigten Staaten und mehreren europäischen Ländern für 1995.

Tabelle 1. Beschäftigung in der chemischen Industrie in ausgewählten Ländern (1995)

Land

Beschäftigung

USA

1, 045,000

Deutschland

538,000

Frankreich

248,000

Großbritannien

236,000

Italien

191,000

Polen

140,000

Spanien

122,000

Quelle: Chemical and Engineering News 1996.

 

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Samstag, Februar 26 2011 17: 45

Chlor- und Ätzmittelproduktion

Das Chlorine Institute, Inc.

Die Elektrolyse von Salzsole erzeugt Chlor und Ätzmittel. Natriumchlorid (NaCl) ist das primär verwendete Salz; es ergibt Natronlauge (NaOH). Bei der Verwendung von Kaliumchlorid (KCl) entsteht jedoch Kalilauge (KOH).

2 NaCl + 2 H2O → Kl2↑+ 2 NaOH + H2

Salz + Wasser → Chlor (Gas) + Lauge + Wasserstoff (Gas)

Gegenwärtig wird das Diaphragmazellenverfahren am häufigsten für die kommerzielle Herstellung von Chlor verwendet, gefolgt von dem Quecksilberzellenverfahren und dann dem Membranzellenverfahren. Aufgrund von wirtschaftlichen, ökologischen und produktqualitätsbezogenen Aspekten bevorzugen Hersteller jetzt das Membranzellenverfahren für neue Produktionsanlagen.

Der Membranzellprozess

Eine Diaphragma-Zelle (siehe Abbildung 1) wird mit gesättigter Salzsole in ein Kompartiment geleitet, das eine Titananode enthält, die mit Salzen von Ruthenium und anderen Metallen beschichtet ist. Ein Kunststoffzellenkopf sammelt das an dieser Anode entstehende heiße, feuchte Chlorgas. Die Absaugung durch einen Kompressor saugt das Chlor dann in einen Sammelkopf zur weiteren Verarbeitung, bestehend aus Kühlen, Trocknen und Komprimieren. Wasser und nicht umgesetzte Sole sickern durch einen porösen Diaphragma-Separator in den Kathodenraum, wo Wasser an einer Stahlkathode reagiert, um Natriumhydroxid (Ätznatron) und Wasserstoff zu erzeugen. Das Diaphragma hält das an der Anode erzeugte Chlor von dem an der Kathode erzeugten Natriumhydroxid und Wasserstoff fern. Wenn diese Produkte kombiniert werden, ist das Ergebnis Natriumhypochlorit (Bleichmittel) oder Natriumchlorat. Kommerzielle Hersteller von Natriumchlorat verwenden Zellen ohne Separatoren. Das gebräuchlichste Diaphragma ist ein Verbundstoff aus Asbest und einem Fluorkohlenstoffpolymer. Moderne Diaphragmaanlagen haben nicht die Gesundheits- oder Umweltprobleme, die historisch mit der Verwendung von Asbestdiaphragmen verbunden sind. Einige Anlagen verwenden asbestfreie Diaphragmen, die jetzt im Handel erhältlich sind. Das Diaphragmazellenverfahren erzeugt eine schwache Natriumhydroxidlösung, die nicht umgesetztes Salz enthält. Ein zusätzlicher Verdampfungsprozess konzentriert das Ätzmittel und entfernt den größten Teil des Salzes, um ein Ätzmittel von handelsüblicher Qualität herzustellen.

Abbildung 1. Arten von Chloralkali-Zellprozessen

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Der Quecksilberzellenprozess

Eine Quecksilberzelle besteht eigentlich aus zwei elektrochemischen Zellen. Die Reaktion in der ersten Zelle an der Anode ist:

2 Cl- → C12 + 2 €-

Chlorid → Chlor + Elektronen

Die Reaktion in der ersten Zelle an der Kathode ist:

Na+ + Hg + e- → Na · Hg

Natriumion + Quecksilber + Elektronen → Natriumamalgam

Salzsole fließt in einem geneigten Stahltrog mit gummierten Seitenwänden (siehe Abbildung 4). Quecksilber, die Kathode, fließt unter der Sole. Anoden aus beschichtetem Titan werden in der Sole zur Produktion von Chlor aufgehängt, das die Zelle zu einem Sammel- und Verarbeitungssystem verlässt. Natrium wird in der Zelle elektrolysiert und verlässt die erste Zelle amalgamiert mit dem Quecksilber. Dieses Amalgam fließt in eine zweite elektrochemische Zelle, die als Zersetzer bezeichnet wird. Der Zersetzer ist eine Zelle mit Graphit als Kathode und dem Amalgam als Anode.

Die Reaktion im Zersetzer ist:

2 Na·Hg + 2 H2O → 2 NaOH + 2 Hg + H2

Das Quecksilberzellenverfahren produziert kommerzielles (50 %) NaOH direkt aus der Zelle.

Der Membranzellprozess

Die elektrochemischen Reaktionen in einer Membranzelle sind die gleichen wie in der Diaphragmazelle. Anstelle des porösen Diaphragmas wird eine Kationenaustauschermembran verwendet (siehe Abbildung 1). Diese Membran verhindert die Migration von Chloridionen in den Katholyten und produziert dadurch im Wesentlichen salzfreie 30 bis 35 % Ätzmittel direkt aus der Zelle. Die Eliminierung der Notwendigkeit, Salz zu entfernen, macht das Eindampfen der Lauge auf kommerzielle 50 %ige Stärke einfacher und erfordert weniger Investitionen und Energie. Als Kathode in der Membranzelle wird wegen der stärkeren Lauge teures Nickel verwendet.

Sicherheits- und Gesundheitsgefahren

Bei normalen Temperaturen korrodiert trockenes Chlor, ob flüssig oder gasförmig, Stahl nicht. Nasses Chlor ist stark korrosiv, da es Salz- und Hypochlorsäuren bildet. Es sollten Vorkehrungen getroffen werden, um Chlor und Chlorgeräte trocken zu halten. Rohrleitungen, Ventile und Behälter sollten geschlossen oder abgedeckt werden, wenn sie nicht verwendet werden, um atmosphärische Feuchtigkeit fernzuhalten. Wenn Wasser bei einem Chlorleck verwendet wird, verschlimmern die daraus resultierenden korrosiven Bedingungen das Leck.

Das Volumen des flüssigen Chlors nimmt mit der Temperatur zu. Es sollten Vorkehrungen getroffen werden, um einen hydrostatischen Bruch von Rohrleitungen, Gefäßen, Behältern oder anderen mit flüssigem Chlor gefüllten Geräten zu vermeiden.

Wasserstoff ist ein Nebenprodukt des gesamten Chlors, das durch die Elektrolyse wässriger Salzlösungen hergestellt wird. Gemische aus Chlor und Wasserstoff sind in einem bekannten Konzentrationsbereich brennbar und potentiell explosiv. Die Reaktion von Chlor und Wasserstoff kann durch direktes Sonnenlicht, andere UV-Lichtquellen, statische Elektrizität oder starke Stöße ausgelöst werden.

Bei der Herstellung von Chlor können geringe Mengen Stickstofftrichlorid entstehen, eine instabile und hochexplosive Verbindung. Wenn flüssiges Chlor, das Stickstofftrichlorid enthält, verdampft wird, kann das Stickstofftrichlorid im verbleibenden flüssigen Chlor gefährliche Konzentrationen erreichen.

Chlor kann manchmal explosionsartig mit einer Reihe organischer Materialien wie Öl und Fett aus Quellen wie Luftkompressoren, Ventilen, Pumpen und Ölmembraninstrumenten sowie Holz und Lappen von Wartungsarbeiten reagieren.

Sobald es Anzeichen für eine Chlorfreisetzung gibt, müssen sofort Maßnahmen ergriffen werden, um den Zustand zu korrigieren. Chlorlecks werden immer schlimmer, wenn sie nicht sofort behoben werden. Wenn ein Chlorleck auftritt, sollte autorisiertes, geschultes Personal, das mit Atemschutzausrüstung und anderer geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA) ausgestattet ist, dies untersuchen und geeignete Maßnahmen ergreifen. Das Personal sollte ohne geeignete PSA und Hilfspersonal nicht in Atmosphären eintreten, die Chlorkonzentrationen enthalten, die die unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdende Konzentration (IDLH) (10 ppm) überschreiten. Unnötiges Personal sollte ferngehalten und der Gefahrenbereich isoliert werden. Personen, die möglicherweise von einer Chlorfreisetzung betroffen sind, sollten evakuiert oder an Ort und Stelle geschützt werden, wenn die Umstände dies erfordern.

Bereichschlormonitore und Windrichtungsanzeiger können zeitnahe Informationen (z. B. Fluchtwege) liefern, um festzustellen, ob Personal evakuiert oder an Ort und Stelle geschützt werden muss.

Wenn eine Evakuierung durchgeführt wird, sollten potenziell exponierte Personen sich zu einem Punkt in Windrichtung des Lecks begeben. Da Chlor schwerer als Luft ist, sind höhere Lagen vorzuziehen. Um in kürzester Zeit zu entkommen, sollten sich Personen, die sich bereits in einem kontaminierten Bereich befinden, in den Seitenwind bewegen.

Wenn Sie sich in einem Gebäude befinden und Schutz suchen, können Sie Schutz schaffen, indem Sie alle Fenster, Türen und andere Öffnungen schließen und Klimaanlagen und Luftansaugsysteme ausschalten. Das Personal sollte sich auf die Seite des Gebäudes begeben, die am weitesten von der Freisetzung entfernt ist.

Es ist darauf zu achten, dass Personal nicht ohne Fluchtweg positioniert wird. Eine sichere Position kann durch eine Änderung der Windrichtung gefährlich werden. Es können neue Lecks auftreten oder das vorhandene Leck kann größer werden.

Wenn ein Feuer vorhanden ist oder droht, sollten Chlorbehälter und -geräte nach Möglichkeit vom Feuer entfernt werden. Wenn ein nicht leckender Behälter oder eine Ausrüstung nicht bewegt werden kann, sollte sie durch Aufbringen von Wasser kühl gehalten werden. Wasser sollte nicht direkt bei einem Chlorleck verwendet werden. Chlor und Wasser reagieren unter Bildung von Säuren und das Leck verschlimmert sich schnell. Wenn jedoch mehrere Behälter betroffen sind und einige undicht sind, kann es ratsam sein, einen Wassersprüher zu verwenden, um einen Überdruck der nicht leckenden Behälter zu verhindern.

Wann immer Container Flammen ausgesetzt waren, sollte Kühlwasser angewendet werden, bis lange nachdem das Feuer erloschen ist und die Container abgekühlt sind. Behälter, die einem Brand ausgesetzt sind, sollten isoliert und der Lieferant so schnell wie möglich kontaktiert werden.

Natronlaugen sind ätzend, besonders in konzentrierter Form. Arbeiter, die Gefahr laufen, Verschüttungen und Leckagen ausgesetzt zu sein, sollten Handschuhe, Gesichtsschutz und Schutzbrille sowie andere Schutzkleidung tragen.

Danksagungen: Dr. RG Smerko wird für die Bereitstellung der Ressourcen des Chlorine Institute, Inc. gedankt.

 

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Wann immer es Prozesse gibt, die Temperatur und Druck nutzen, um die Molekularstruktur zu verändern oder aus Chemikalien neue Produkte zu schaffen, besteht die Möglichkeit von Bränden, Explosionen oder der Freisetzung von brennbaren oder giftigen Flüssigkeiten, Dämpfen, Gasen oder Prozesschemikalien. Die Kontrolle dieser unerwünschten Ereignisse erfordert eine spezielle Wissenschaft namens Prozesssicherheitsmanagement. Die Begriffe Prozesssicherheit und Prozesssicherheitsmanagement werden am häufigsten verwendet, um den Schutz von Mitarbeitern, der Öffentlichkeit und der Umwelt vor den Folgen unerwünschter Großereignisse mit brennbaren Flüssigkeiten und hochgefährlichen Stoffen zu beschreiben. Laut der United States Chemical Manufacturers' Association (CMA) ist „Prozesssicherheit die Kontrolle von Gefahren, die durch Fehlbedienung oder Fehlfunktion der Prozesse verursacht werden, die zur Umwandlung von Rohmaterialien in Endprodukte verwendet werden, was zur ungeplanten Freisetzung gefährlicher Materialien führen kann “ (CMA 1985).


Beteiligung der Industrie und der Arbeitssicherheit

Prozesssicherheitstechnik hat in der chemischen Prozessindustrie eine wichtige Rolle gespielt, damit der Umgang mit brennbaren und brennbaren Flüssigkeiten und Gasen ohne unerwünschte Folgen ablaufen konnte. In den 1980er Jahren erkannte beispielsweise die Öl- und Gasindustrie, dass Prozesssicherheitstechnik allein ohne Prozesssicherheitsmanagement katastrophale Zwischenfälle nicht verhindern würde. Vor diesem Hintergrund haben eine Reihe von Industrieverbänden, wie in den Vereinigten Staaten das Center for Chemical Process Safety (CCPS), das American Petroleum Institute (API) und die Chemical Manufacturers' Association (CMA), Programme zur Entwicklung initiiert und bieten Richtlinien für das Prozesssicherheitsmanagement zur Verwendung durch ihre Mitglieder. Wie vom CCPS festgestellt, „war die Entwicklung der Prozesssicherheit von einem rein technischen Problem zu einem Problem, das Managementansätze erforderte, für die kontinuierliche Verbesserung der Prozesssicherheit unerlässlich“.

Das CCPS wurde 1985 gegründet, um die Verbesserung der Prozesssicherheitsmanagementtechniken bei denjenigen zu fördern, die gefährliche Chemikalien und Materialien lagern, handhaben, verarbeiten und verwenden. 1988 initiierte die Chemical Manufacturer's Association (CMA) ihr Responsible Care®-Programm, das die Verpflichtung jedes Mitgliedsunternehmens zur Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsverantwortung beim Umgang mit Chemikalien darlegt.

1990 initiierte die API ein branchenweites Programm mit dem Titel STEP-Strategies for Today's Environmental Partnership mit der Absicht, die Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsleistung der Öl- und Gasindustrie zu verbessern. Eines der sieben strategischen Elemente des STEP-Programms umfasst die Betriebs- und Prozesssicherheit von Erdöl. Die folgenden Dokumente sind Beispiele für einige der Materialien, die als Ergebnis des STEP-Programms entwickelt wurden und der Öl- und Gasindustrie eine Anleitung bieten, um das Auftreten oder die Folgen katastrophaler Freisetzungen von brennbaren Flüssigkeiten und Dämpfen oder gefährlichen Prozessmaterialien zu verhindern oder zu minimieren:

  • Management von Prozessgefahren (RP 750)

RP 750 deckt das Management von Gefahren in Kohlenwasserstoffprozessen bei Design, Konstruktion, Inbetriebnahme, Betrieb, Inspektion, Wartung und Anlagenmodifikationen ab. Sie gilt insbesondere für Raffinerien, petrochemische Anlagen und große Verarbeitungsanlagen, die brennbare Flüssigkeiten und giftige Verarbeitungschemikalien in Mengen über bestimmten gefährlichen Mengen (wie darin definiert) verwenden, produzieren, verarbeiten oder lagern.

  • Umgang mit Gefahren im Zusammenhang mit dem Standort von Prozessanlagengebäuden (RP 752)

RP 752, das von API und CMA gemeinsam entwickelt wurde, soll dabei helfen, besorgniserregende Gebäude von Prozessanlagen zu identifizieren, die potenziellen Gefahren im Zusammenhang mit ihrem Standort innerhalb der Prozessanlage zu verstehen und das Risiko von Bränden, Explosionen und toxischen Freisetzungen zu bewältigen.

  • Managementpraktiken, Selbstbewertungsprozess und Ressourcenmaterialien (RP 9000)

RP 9000 bietet Ressourcenmaterialien und Methoden zur Selbsteinschätzung, um den Fortschritt bei der Implementierung von Elementen des Prozesssicherheitsmanagements zu messen.

Beispiele für andere Organisationen, die Materialien und Programme entwickelt haben, die Leitlinien für das Sicherheitsmanagement chemischer Prozesse bieten, sind unter anderem:

  • Bericht von Organizations Resource Counselors (ORC), Process Hazards Management of Substances with Catastrophic Potential
  • National Petroleum Refiners Association (NPRA), BEST-Programm (Building Environmental Stewardship Tools).
  • Internationale Arbeitsorganisation (ILO), Verhaltenskodex zur Verhütung schwerer Unfallgefahren
  • Internationale Handelskammer (ICC), Charta für nachhaltige Entwicklung.cmp01ce.doc

Das Prozessdesign und die Technologie, Änderungen im Prozess, Materialien und Materialänderungen, Betriebs- und Wartungspraktiken und -verfahren, Schulung, Notfallvorsorge und andere Elemente, die den Prozess beeinflussen, müssen alle bei der systematischen Identifizierung und Bewertung von Gefahren berücksichtigt werden, um sie zu bestimmen ob sie das Potenzial haben, zu einer Katastrophe am Arbeitsplatz und in der umgebenden Gemeinschaft zu führen.

Beginnend in den frühen 1980er Jahren ereigneten sich in der Erdöl- und chemischen Industrie eine Reihe schwerer Zwischenfälle mit hochgefährlichen Stoffen, die zu einer beträchtlichen Zahl von Todesfällen und Verletzungen sowie zu erheblichen Sachschäden führten. Diese Vorfälle gaben den Anstoß für Regierungsbehörden, Arbeitsorganisationen und Industrieverbände auf der ganzen Welt, Kodizes, Vorschriften, Verfahren und sichere Arbeitspraktiken zu entwickeln und umzusetzen, die auf die Beseitigung oder Minderung dieser unerwünschten Ereignisse durch die Anwendung der Prinzipien der Prozesssicherheit abzielen Verwaltung. Sie werden ausführlicher in der diskutiert Katastrophen, natürliche und technologische Kapitel und an anderer Stelle in diesem Enzyklopädie.

Als Reaktion auf die Besorgnis der Öffentlichkeit über die potenziellen Gefahren von Chemikalien haben Regierungen und Aufsichtsbehörden weltweit Programme initiiert, die von Herstellern und Anwendern verlangen, gefährliche Materialien am Arbeitsplatz zu identifizieren und Mitarbeiter und Verbraucher über die Gefahren zu informieren, die durch ihre Herstellung, Verwendung, Lagerung und Handhabung. Diese Programme, die Notfallvorsorge und -maßnahmen, Gefahrenerkennung, Produktkenntnisse, Kontrolle gefährlicher Chemikalien und Meldung von Freisetzungen giftiger Stoffe umfassten, umfassten auch die Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen.

Anforderungen an das Prozesssicherheitsmanagement

Das Prozesssicherheitsmanagement ist ein integraler Bestandteil des gesamten Sicherheitsprogramms der chemischen Verarbeitungsanlage. Ein effektives Prozesssicherheitsmanagementprogramm erfordert die Führung, Unterstützung und Beteiligung des Top-Managements, des Facility Managements, der Vorgesetzten, der Mitarbeiter, der Auftragnehmer und der Mitarbeiter des Auftragnehmers.

Zu den Komponenten, die bei der Entwicklung eines Prozesssicherheitsmanagementprogramms zu berücksichtigen sind, gehören:

  • Interdependente Kontinuität von Betrieb, Systemen und Organisation
  • Informationsmanagement. Das Prozesssicherheitsmanagementprogramm beruht auf der Bereitstellung von Verfügbarkeit und Zugang zu guten Aufzeichnungen und Dokumentationen.
  • Kontrolle der Prozessqualität, Abweichungen und Ausnahmen und Alternativmethoden
  • Management und Aufsicht, Zugänglichkeit und Kommunikation. Da das Prozesssicherheitsmanagement die Grundlage für alle Sicherheitsbemühungen innerhalb der Einrichtung ist, sollten die Verantwortlichkeiten und Rechenschaftspflichten von Management, Aufsicht und Mitarbeitern klar abgegrenzt, kommuniziert und verstanden werden, damit das Programm funktioniert.
  • Ziele und Zielsetzungen, Compliance-Audits und Leistungsmessung. Vor der Implementierung ist es wichtig, sowohl langfristige als auch kurzfristige Ziele für jedes der Elemente des Prozesssicherheitsmanagementprogramms festzulegen.

 

Elemente des Process Safety Management Program

Alle Programme zum Prozesssicherheitsmanagement in Chemieanlagen decken die gleichen grundlegenden Anforderungen ab, obwohl die Anzahl der Programmelemente je nach den verwendeten Kriterien variieren kann. Unabhängig davon, welches Quelldokument der Regierung, des Unternehmens oder des Verbands als Leitfaden verwendet wird, gibt es eine Reihe grundlegender Anforderungen, die in jedes Managementprogramm für die Sicherheit chemischer Prozesse aufgenommen werden sollten:

  • Prozesssicherheitsinformationen
  • Angestellten Beteiligung
  • Prozess-Gefahrenanalyse
  • Management des Wandels
  • Arbeitsanweisungen
  • sichere Arbeitspraktiken und Genehmigungen
  • Mitarbeiterinformation und -schulung
  • Auftragnehmer Personal
  • Sicherheitsüberprüfungen vor der Inbetriebnahme
  • Design Qualitätssicherung
  • Wartung und mechanische Integrität
  • Notfallmaßnahmen
  • regelmäßige Sicherheitsaudits
  • Untersuchung von Vorfällen
  • Normen und Vorschriften
  • Geschäftsgeheimnisse.

 

Informationen zur Prozesssicherheit

Prozesssicherheitsinformationen werden von der Prozessindustrie verwendet, um kritische Prozesse, Materialien und Ausrüstung zu definieren. Prozesssicherheitsinformationen umfassen alle verfügbaren schriftlichen Informationen über Prozesstechnologie, Prozessausrüstung, Rohstoffe und Produkte sowie chemische Gefahren, bevor eine Prozessgefahrenanalyse durchgeführt wird. Weitere wichtige Prozesssicherheitsinformationen sind Dokumentationen zu Investitionsprojektüberprüfungen und Entwurfsgrundlagenkriterien.

Chemische Informationen umfasst nicht nur die chemischen und physikalischen Eigenschaften, Reaktivitäts- und Korrosionsdaten sowie die thermische und chemische Stabilität von Chemikalien wie Kohlenwasserstoffen und hochgefährlichen Materialien im Prozess, sondern auch die gefährlichen Auswirkungen des versehentlichen Mischens verschiedener unverträglicher Materialien. Zu den chemischen Informationen gehören auch Informationen, die für die Durchführung von Umweltgefahrenbewertungen von toxischen und brennbaren Freisetzungen und zulässigen Expositionsgrenzen erforderlich sein können.

Informationen zur Verfahrenstechnik enthält Blockflussdiagramme und/oder einfache Prozessflussdiagramme sowie Beschreibungen der Chemie jedes spezifischen Prozesses mit den sicheren Ober- und Untergrenzen für Temperaturen, Drücke, Flüsse, Zusammensetzungen und, sofern verfügbar, Material- und Energiebilanzen des Prozessdesigns. Außerdem werden die Folgen von Abweichungen im Prozess und Material einschließlich der Auswirkungen auf die Sicherheit und Gesundheit der Mitarbeiter ermittelt. Wann immer Prozesse oder Materialien geändert werden, werden die Informationen gemäß dem Änderungsmanagementsystem der Einrichtung aktualisiert und neu bewertet.

Informationen zu Prozessausrüstung und mechanischem Design enthält eine Dokumentation, die die verwendeten Konstruktionscodes abdeckt und ob die Ausrüstung den anerkannten technischen Praktiken entspricht oder nicht. Es wird festgestellt, ob vorhandene Geräte, die in Übereinstimmung mit Codes, Standards und Praktiken konstruiert und gebaut wurden, die nicht mehr allgemein verwendet werden, gewartet, betrieben, inspiziert und getestet werden, um einen dauerhaften sicheren Betrieb zu gewährleisten. Informationen zu Konstruktionsmaterialien, Rohrleitungs- und Instrumentendiagrammen, Konstruktion von Entlastungssystemen, elektrischer Klassifizierung, Belüftungskonstruktion und Sicherheitssystemen werden aktualisiert und neu bewertet, wenn Änderungen auftreten.

Angestellten Beteiligung

Prozesssicherheitsmanagementprogramme sollten die Beteiligung der Mitarbeiter an der Entwicklung und Durchführung von Prozesssicherheitsanalysen und anderen Elementen des Programms umfassen. Der Zugang zu Prozesssicherheitsinformationen, Berichten über Vorfalluntersuchungen und Prozessgefahrenanalysen wird normalerweise allen Mitarbeitern und Mitarbeitern von Auftragnehmern gewährt, die in dem Bereich tätig sind. Die meisten Industrienationen verlangen, dass Arbeiter systematisch in der Identifizierung, Art und sicheren Handhabung aller Chemikalien, denen sie ausgesetzt sein könnten, unterwiesen werden.

Prozess-Gefahrenanalyse

Nachdem die Prozesssicherheitsinformationen zusammengestellt wurden, wird eine gründliche und systematische multidisziplinäre Prozessgefahrenanalyse durchgeführt, die der Komplexität des Prozesses angemessen ist, um die Gefahren des Prozesses zu identifizieren, zu bewerten und zu kontrollieren. Personen, die die Prozessgefahrenanalyse durchführen, sollten über Kenntnisse und Erfahrung in den relevanten Bereichen Chemie, Technik und Prozessabläufe verfügen. Jedes Analyseteam umfasst normalerweise mindestens eine Person, die mit dem zu analysierenden Prozess gründlich vertraut ist, und eine Person, die in der verwendeten Methodik der Gefahrenanalyse kompetent ist.

Die Prioritätsreihenfolge, die verwendet wird, um zu bestimmen, wo innerhalb der Anlage mit der Durchführung von Prozessgefahrenanalysen begonnen werden soll, basiert auf den folgenden Kriterien:

  • Umfang und Art der Prozessgefahren
  • Anzahl potenziell betroffener Arbeitnehmer
  • Betriebs- und Ereignishistorie des Prozesses
  • Alter des Prozesses.

 

In der chemischen Industrie werden eine Reihe von Methoden zur Durchführung von Prozesssicherheitsanalysen eingesetzt.

Die "was ist, wenn?" Methode stellt eine Reihe von Fragen, um potenzielle Gefahrenszenarien und mögliche Folgen zu überprüfen, und wird am häufigsten verwendet, wenn vorgeschlagene Modifikationen oder Änderungen an Prozessen, Materialien, Geräten oder Einrichtungen untersucht werden.

Die Methode „Checkliste“. ähnelt dem „Was wäre wenn?“ Methode, mit der Ausnahme, dass eine zuvor entwickelte Checkliste verwendet wird, die für den Betrieb, die Materialien, den Prozess und die Ausrüstung spezifisch ist. Diese Methode ist nützlich, wenn Sie Überprüfungen vor der Inbetriebnahme nach Abschluss der Erstkonstruktion oder nach größeren Turnarounds oder Erweiterungen der Prozesseinheit durchführen. Eine Kombination aus „was wäre wenn?“ und „Checklisten“-Methoden werden häufig verwendet, wenn Einheiten analysiert werden, die in Konstruktion, Materialien, Ausrüstung und Prozess identisch sind.

Die Untersuchungsmethode für Gefahren und Betriebsfähigkeit (HAZOP). wird häufig in der Chemie- und Erdölindustrie verwendet. Es handelt sich um ein multidisziplinäres Team, das von einem erfahrenen Leiter geleitet wird. Das Team verwendet spezifische Leitwörter wie „nein“, „erhöhen“, „verringern“ und „umkehren“, die systematisch angewendet werden, um die Folgen von Abweichungen von der Entwurfsabsicht für die analysierten Prozesse, Anlagen und Abläufe zu identifizieren.

Fehlerbaum-/Ereignisbaumanalysen sind ähnliche formale deduktive Techniken, die verwendet werden, um die quantitative Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Ereignisses abzuschätzen. Die Fehlerbaumanalyse arbeitet ausgehend von einem definierten Vorfall rückwärts, um die Kombination von Betriebsfehlern und/oder Geräteausfällen, die an dem Vorfall beteiligt waren, zu identifizieren und anzuzeigen. Die Ereignisbaumanalyse, die das Gegenteil der Fehlerbaumanalyse ist, arbeitet von bestimmten Ereignissen oder Ereignisfolgen aus vorwärts, um diejenigen zu lokalisieren, die zu Gefahren führen könnten, und dadurch die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass eine Ereignisfolge eintritt.

Die Methode zur Fehlermodus- und Einflussanalyse tabelliert jedes Prozesssystem oder jede Ausrüstungseinheit mit ihren Ausfallarten, den Auswirkungen jedes potenziellen Ausfalls auf das System oder die Einheit und wie kritisch jeder Ausfall für die Integrität des Systems sein könnte. Die Fehlermodi werden dann nach Wichtigkeit geordnet, um zu bestimmen, welcher am wahrscheinlichsten einen schwerwiegenden Vorfall verursacht.

Unabhängig davon, welche Methode verwendet wird, berücksichtigen alle Gefahrenanalysen für chemische Prozesse Folgendes:

  • Prozessstandort, Standort und Gefahren des Prozesses
  • Identifizierung früherer Vorfälle oder Beinaheunfälle mit möglichen katastrophalen Folgen
  • technische und administrative Kontrollen, die auf die Gefahren anwendbar sind
  • Wechselbeziehungen von Kontrollen und angemessene Anwendung der Erkennungsmethodik zur Bereitstellung von Frühwarnungen
  • Folgen von menschlichen Faktoren, Standort der Einrichtung und Versagen der Kontrollen
  • Folgen von Sicherheits- und Gesundheitsauswirkungen auf Arbeitnehmer in Bereichen mit potenziellem Ausfall.

 

Management des Wandels

Chemische Prozessanlagen sollten Programme entwickeln und implementieren, die die Überarbeitung von Prozesssicherheitsinformationen, -verfahren und -praktiken bei auftretenden Änderungen vorsehen. Solche Programme umfassen ein System der Managementautorisierung und schriftliche Dokumentation für Änderungen an Materialien, Chemikalien, Technologie, Ausrüstung, Verfahren, Personal und Einrichtungen, die jeden Prozess betreffen.

Das Management von Veränderungsprogrammen in der chemischen Industrie umfasst beispielsweise folgende Bereiche:

  • Änderung der Kohlenwasserstoff-Prozesstechnologie
  • Änderungen an Einrichtungen, Ausrüstung oder Materialien (z. B. Katalysatoren oder Zusatzstoffe)
  • Veränderungsmanagement Personal sowie organisatorische und personelle Veränderungen
  • vorübergehende Änderungen, Abweichungen und dauerhafte Änderungen
  • Verbesserung der Prozesssicherheitskenntnisse, einschließlich:
    • technische Grundlage für die vorgeschlagene Änderung
    • Auswirkungen von Änderungen auf Sicherheit, Gesundheit und Umwelt
    • Änderungen an Betriebsverfahren und sicheren Arbeitspraktiken
    • Änderungen, die an anderen Prozessen erforderlich sind
    • Zeitaufwand für die Änderung
    • Genehmigungsvoraussetzungen für die vorgeschlagene Änderung
    • Aktualisierung der Dokumentation in Bezug auf Prozessinformationen, Betriebsverfahren und Sicherheitspraktiken
    • erforderliche Schulung oder Ausbildung aufgrund von Änderungen
  • Management subtiler Veränderungen (alles, was kein Ersatz in Form von Sachleistungen ist)
  • nicht routinemäßige Änderungen.

 

Das Änderungsmanagementsystem umfasst die Information der am Prozess beteiligten Mitarbeiter sowie des Wartungs- und Auftragnehmerpersonals, deren Aufgaben von Änderungen der Änderungen betroffen wären, und die Bereitstellung aktualisierter Betriebsverfahren, Prozesssicherheitsinformationen, sicherer Arbeitspraktiken und Schulungen nach Bedarf vor der Inbetriebnahme des Prozesses oder des betroffenen Teils des Prozesses.

Arbeitsanweisungen

Chemische Verarbeitungsbetriebe müssen Betriebsanweisungen und detaillierte Verfahren entwickeln und den Arbeitern zur Verfügung stellen. Betriebsanweisungen sollten regelmäßig auf Vollständigkeit und Genauigkeit überprüft (und bei Änderungen aktualisiert oder ergänzt) werden und die Betriebsgrenzen der Prozesseinheit abdecken, einschließlich der folgenden drei Bereiche:

  1. Folgen der Abweichung
  2. Schritte zur Vermeidung oder Korrektur von Abweichungen
  3. Funktionen von Sicherheitssystemen in Bezug auf Betriebsgrenzen.

 

Den am Prozess beteiligten Mitarbeitern stehen Betriebsanweisungen zu folgenden Bereichen zur Verfügung:

  • Erstinbetriebnahme (Inbetriebnahme nach Turnarounds, Notfällen und temporären Betrieben)
  • normaler Start (normaler und vorübergehender Betrieb und normales Herunterfahren)
  • Notbetrieb und Notabschaltung
  • Bedingungen, unter denen eine Notabschaltung erforderlich ist, und Zuweisung der Abschaltverantwortung an qualifizierte Bediener
  • nicht routinemäßige Arbeit
  • Operator-Prozeß- und Operator-Equipment-Schnittstelle
  • Verwaltungskontrollen vs. automatisierte Kontrollen.

 

Sichere Arbeitspraktiken

Chemische Prozessanlagen sollten Genehmigungs- und Arbeitsauftragsprogramme für Heißarbeiten und sichere Arbeiten implementieren, um die in oder in der Nähe von Prozessbereichen durchgeführten Arbeiten zu kontrollieren. Vorgesetzte, Mitarbeiter und Personal von Auftragnehmern müssen mit den Anforderungen der verschiedenen Genehmigungsprogramme vertraut sein, einschließlich der Ausstellung und des Ablaufs von Genehmigungen sowie angemessener Sicherheits-, Materialhandhabungs- und Brandschutz- und Präventionsmaßnahmen.

Zu den Arten von Arbeiten, die in typischen Genehmigungsprogrammen für Chemieanlagen enthalten sind, gehören die folgenden:

  • Heißarbeiten (Schweißen, Hot Tapping, Verbrennungsmotoren usw.)
  • Lockout/Tagout von elektrischer, mechanischer, pneumatischer Energie und Druck
  • Betreten beengter Räume und Verwendung von Inertgas
  • Entlüften, Öffnen und Reinigen von Prozessbehältern, Tanks, Geräten und Leitungen
  • Kontrolle des Betretens von Prozessbereichen durch nicht zugewiesenes Personal.

 

Chemiebetriebe sollten sichere Arbeitspraktiken entwickeln und umsetzen, um potenzielle Gefahren während des Prozessbetriebs zu kontrollieren, die die folgenden Problembereiche abdecken:

  • Eigenschaften und Gefahren von Materialien, Katalysatoren und Chemikalien, die im Prozess verwendet werden
  • technische, administrative und persönliche Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Expositionen
  • Maßnahmen bei physischem Kontakt oder Kontakt mit gefährlichen Chemikalien
  • Qualitätskontrolle von Rohstoffen, Katalysatoren und Bestandskontrolle von gefährlichen Chemikalien
  • Sicherheits- und Schutzsystemfunktionen (Verriegelung, Unterdrückung, Erkennung usw.).
  • besondere oder einzigartige Gefahren am Arbeitsplatz.

 

Information und Schulung der Mitarbeiter

Chemische Prozessanlagen sollten formelle Prozesssicherheitsschulungsprogramme verwenden, um etablierte, neu zugewiesene und neue Vorgesetzte und Arbeiter zu schulen und auszubilden. Die für Betriebs- und Instandhaltungsleiter und -arbeiter chemischer Prozesse bereitgestellte Schulung sollte die folgenden Bereiche abdecken:

  • erforderliche Fähigkeiten, Kenntnisse und Qualifikationen der Prozessmitarbeiter
  • Auswahl und Entwicklung von prozessbezogenen Trainingsprogrammen
  • Messung und Dokumentation der Leistung und Effektivität der Mitarbeiter
  • Entwurf von Prozessbetriebs- und Wartungsverfahren
  • Überblick über Prozessabläufe und Prozessgefahren
  • Verfügbarkeit und Eignung von Materialien und Ersatzteilen für die Prozesse, in denen sie verwendet werden sollen
  • Prozessstart, Betrieb, Abschalten und Notfallverfahren
  • Sicherheits- und Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit dem Verfahren, Katalysatoren und Materialien
  • sichere Arbeitspraktiken und -verfahren für Einrichtungen und Prozessbereiche.

 

Personal des Auftragnehmers

Auftragnehmer werden häufig in chemischen Verarbeitungsanlagen beschäftigt. Die Einrichtungen müssen Verfahren einführen, um sicherzustellen, dass das Personal des Auftragnehmers, das Wartungs-, Reparatur-, Revisions-, größere Renovierungs- oder Spezialarbeiten durchführt, sich der Gefahren, Materialien, Prozesse, Betriebs- und Sicherheitsverfahren und Ausrüstungen in dem Bereich vollständig bewusst ist. Regelmäßige Leistungsbewertungen werden durchgeführt, um sicherzustellen, dass das Personal des Auftragnehmers geschult und qualifiziert ist, alle Sicherheitsregeln und -verfahren befolgt und über Folgendes informiert und informiert ist:

  • potenzielle Brand-, Explosions- und Giftfreisetzungsgefahren im Zusammenhang mit ihrer Arbeit
  • Anlagensicherheitsverfahren und sichere Arbeitspraktiken des Auftragnehmers
  • Notfallplan und Personalmaßnahmen des Auftragnehmers
  • Kontrollen für das Eintreten, Verlassen und die Anwesenheit von Fremdfirmenpersonal in Prozessbereichen.

 

Sicherheitsüberprüfungen vor der Inbetriebnahme

Prozesssicherheitsüberprüfungen vor der Inbetriebnahme werden in Chemieanlagen vor der Inbetriebnahme neuer Prozessanlagen und der Einführung neuer gefährlicher Materialien oder Chemikalien in Anlagen durchgeführt, nach einer größeren Kehrtwende und wenn Anlagen erhebliche Prozessmodifikationen erfahren haben.

Die Sicherheitsüberprüfungen vor der Inbetriebnahme stellen sicher, dass Folgendes erreicht wurde:

  • Konstruktion, Materialien und Ausstattung werden gemäß den Auslegungskriterien nachgewiesen
  • Prozesssysteme und Hardware, einschließlich Computersteuerungslogik, wurden inspiziert, getestet und zertifiziert
  • Alarme und Instrumente werden geprüft, getestet und zertifiziert
  • Entlastungs- und Sicherheitseinrichtungen sowie Signalanlagen werden geprüft, geprüft und zertifiziert
  • Brandschutz- und Brandschutzsysteme werden geprüft, geprüft und zertifiziert
  • Sicherheits-, Brandschutz- und Notfallmaßnahmen entwickelt, überprüft, vorhanden und angemessen und angemessen sind
  • Inbetriebnahmeverfahren vorhanden sind und die richtigen Maßnahmen ergriffen wurden
  • Eine Prozessgefahrenanalyse wurde durchgeführt und alle Empfehlungen angesprochen, umgesetzt oder gelöst und die Maßnahmen dokumentiert
  • alle erforderlichen Erst- und/oder Auffrischungsschulungen für Bediener und Wartungspersonal, einschließlich Notfallmaßnahmen, Prozessgefahren und Gesundheitsgefahren, abgeschlossen sind
  • alle Betriebsverfahren (normal und gestört), Betriebshandbücher, Geräteverfahren und Wartungsverfahren abgeschlossen und vorhanden sind
  • Management von Änderungsanforderungen für neue Prozesse und Änderungen an bestehenden Prozessen wurden erfüllt.

 

Design-Qualitätssicherung

Wenn neue Prozesse oder größere Änderungen an bestehenden Prozessen vorgenommen werden, wird normalerweise vor und während des Baus (vor der Überprüfung vor der Inbetriebnahme) eine Reihe von Prozesssicherheitsdesignprüfungen durchgeführt. Die Prüfung der Konstruktionskontrolle, die unmittelbar vor der Ausgabe von Plänen und Spezifikationen als „endgültige Konstruktionszeichnungen“ durchgeführt wird, umfasst die folgenden Bereiche:

  • Grundstücksplan, Standort, Abstand, elektrische Klassifizierung und Entwässerung
  • Gefahrenanalyse und Design der Prozesschemie
  • Projektmanagement Anforderungen und Qualifikationen
  • Design und Integrität von Prozessausrüstung und mechanischer Ausrüstung
  • Rohrleitungs- und Instrumentenzeichnungen
  • Zuverlässigkeitstechnik, Alarme, Verriegelungen, Entlastungen und Sicherheitseinrichtungen
  • Konstruktionsmaterialien und Kompatibilität.

 

Eine weitere Überprüfung wird normalerweise kurz vor Baubeginn durchgeführt und umfasst Folgendes:

  • Abbruch- und Aushubverfahren
  • Kontrolle der Rohstoffe
  • Kontrolle des Baupersonals und der Ausrüstung auf der Anlage und auf der Baustelle
  • Herstellungs-, Konstruktions- und Installationsverfahren und Inspektion.

 

Während des Baus oder Umbaus werden normalerweise eine oder mehrere Überprüfungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass die folgenden Bereiche den Konstruktionsspezifikationen und Anlagenanforderungen entsprechen:

  • bereitgestellte und bestimmungsgemäß verwendete Baumaterialien
  • ordnungsgemäße Montage- und Schweißtechniken, Inspektionen, Überprüfungen und Zertifizierungen
  • Berücksichtigung chemischer und arbeitsbedingter Gesundheitsgefahren während des Baus
  • physikalische, mechanische und betriebliche Sicherheitsrisiken, die während der Bau- und Anlagengenehmigung und der befolgten Sicherheitspraktiken berücksichtigt wurden
  • vorläufige Schutz- und Notfallsysteme bereitgestellt und funktionsfähig.

 

Wartung und mechanische Integrität

Prozessanlagen verfügen über Programme zur Aufrechterhaltung der fortlaufenden Integrität der prozessbezogenen Ausrüstung, einschließlich regelmäßiger Inspektionen, Tests, Leistungserhaltung, Korrekturmaßnahmen und Qualitätssicherung. Die Programme sollen sicherstellen, dass die mechanische Integrität von Geräten und Materialien überprüft und zertifiziert und Mängel vor der Inbetriebnahme behoben oder Vorkehrungen für geeignete Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden.

Programme zur mechanischen Integrität decken die folgenden Geräte und Systeme ab:

  • Druckbehälter und Lagertanks
  • Notabschaltung und Brandschutzsysteme
  • Prozesssicherungen wie Entlastungs- und Entlüftungssysteme und -geräte, Steuerungen, Verriegelungen, Sensoren und Alarme
  • Pumpen und Rohrleitungssysteme (einschließlich Komponenten wie Ventile)
  • Qualitätssicherung, Baumaterialien und Zuverlässigkeitstechnik
  • Wartungs- und vorbeugende Wartungsprogramme.

 

Programme zur mechanischen Integrität umfassen auch die Inspektion und Prüfung von Wartungsmaterialien, Ersatzteilen und Ausrüstung, um eine ordnungsgemäße Installation und Angemessenheit für die betreffende Prozessanwendung sicherzustellen. Die Abnahmekriterien und die Häufigkeit von Inspektionen und Tests sollten den Empfehlungen des Herstellers, guter technischer Praxis, behördlichen Anforderungen, Branchenpraktiken, Betriebsrichtlinien oder früheren Erfahrungen entsprechen.

Katastrophenschutz

Notfallvorsorge- und -reaktionsprogramme werden entwickelt, um eine gesamte Prozessanlage abzudecken und eine Gefahrenidentifizierung und -bewertung potenzieller Prozessgefahren zu ermöglichen. Diese Programme umfassen die Schulung und Ausbildung von Mitarbeitern und Auftragnehmermitarbeitern in Notfallbenachrichtigungs-, Reaktions- und Evakuierungsverfahren.

Ein typisches Notfallvorsorgeprogramm für Prozessanlagen entspricht den geltenden Unternehmens- und behördlichen Anforderungen und umfasst Folgendes:

  • unverwechselbares Mitarbeiter- und/oder Gemeinschaftsalarm- oder Benachrichtigungssystem
  • bevorzugte Methode zur internen Meldung von Bränden, Verschüttungen, Freisetzungen und Notfällen
  • Anforderungen für die Meldung prozessbezogener Vorfälle an die zuständigen Regierungsbehörden
  • Notabschaltung, Evakuierung, Personalabrechnungsverfahren, Fluchtverfahren, Entfernung von Fahrzeugen und Ausrüstung sowie Routenzuweisungen
  • Notfallmaßnahmen und Rettungsverfahren, Pflichten und Fähigkeiten, einschließlich Mitarbeiter, öffentliche Sicherheit, Auftragnehmer und Hilfsorganisationen
  • Verfahren zum Umgang mit kleinen Verschüttungen oder Freisetzungen gefährlicher Chemikalien
  • Verfahren zur Bereitstellung und Sicherung von Notstromversorgung und -versorgung
  • Geschäftsfortführungspläne, Personal- und Ausrüstungsquellen
  • Aufbewahrung von Dokumenten und Aufzeichnungen, Sicherheit vor Ort, Aufräumarbeiten, Bergung und Restaurierung.

 

Regelmäßige Sicherheitsaudits

Viele Prozessanlagen verwenden Selbstevaluierungs-Audits für das Prozesssicherheitsmanagement, um die Leistung der Anlage zu messen und die Einhaltung interner und externer (behördlicher, unternehmens- und branchenspezifischer) Prozesssicherheitsanforderungen sicherzustellen. Die beiden Grundprinzipien der Durchführung von Selbstbewertungsaudits sind: Sammlung aller relevanten Unterlagen zu den Anforderungen des Prozesssicherheitsmanagements in einer bestimmten Einrichtung und Bestimmung der Umsetzung und Wirksamkeit des Programms durch Nachverfolgung ihrer Anwendung in einem oder mehreren ausgewählten Prozessen. Ein Bericht über die Prüfungsergebnisse und Empfehlungen wird erstellt, und das Facility Management führt eine Dokumentation, in der festgehalten wird, wie Mängel behoben oder gemildert wurden, und falls nicht, die Gründe, warum keine Korrekturmaßnahmen ergriffen wurden.

Konformitätsprüfungsprogramme in Kohlenwasserstoffverarbeitungsanlagen decken die folgenden Bereiche ab:

  • Festlegung von Zielen, Zeitplan und Methoden zur Überprüfung der Feststellungen vor dem Audit
  • Bestimmung der Methodik (oder des Formats), das bei der Durchführung des Audits verwendet werden soll, und Entwicklung geeigneter Checklisten oder Formulare für Auditberichte
  • Bereitschaft, die Einhaltung staatlicher, industrieller und betrieblicher Anforderungen zu zertifizieren
  • Einsatz von sachkundigen Prüfungsteams (interne und/oder externe Expertise)
  • umgehende Reaktion auf alle Feststellungen und Empfehlungen sowie Dokumentation der ergriffenen Maßnahmen
  • Aufbewahrung einer Kopie mindestens des neuesten aktenkundigen Compliance-Audit-Berichts.

 

Anlagen- und prozesseinheitsspezifische Checklisten werden häufig zur Verwendung bei der Durchführung von Prozesssicherheitsaudits entwickelt, die die folgenden Punkte abdecken:

  • Überblick über das Orientierungs- und Prozesssicherheitsmanagementprogramm
  • Vorläufiger Rundgang durch die Raffinerie oder Gasverarbeitungsanlage
  • Überprüfung der Dokumentation der Prozessanlage
  • „frühere Vorfälle“ und Beinaheunfälle (in der Prozessanlage oder bestimmten Einheit)
  • Bestimmung und Überprüfung ausgewählter zu auditierender Prozesseinheiten
  • Aufbau der Prozesseinheit (Erst- und Folgemodifikationen)
  • Gefahren der Prozessanlagenchemie (Ausgangsmaterialien, Katalysatoren, Prozesschemikalien usw.)
  • Operationen der Prozesseinheit
  • Steuerungen, Entlastungen und Sicherheitssysteme von Prozesseinheiten
  • Wartung, Reparatur, Prüfung und Inspektion von Prozesseinheiten
  • Prozesseinheitsbezogene Schulungen und Mitarbeiterbeteiligung
  • Process Facility Management des Änderungsprogramms, Umsetzung und Wirksamkeit
  • Brandschutz und Notfallmelde- und Reaktionsverfahren zu verarbeiten.

 

Da die Ziele und der Umfang von Audits unterschiedlich sein können, sollte das Compliance-Audit-Team mindestens eine Person umfassen, die sich mit dem zu auditierenden Prozess auskennt, eine Person mit einschlägigen Fachkenntnissen in Bezug auf Vorschriften und Standards sowie weitere Personen mit den für die Durchführung des Audits erforderlichen Fähigkeiten und Qualifikationen. Das Management kann beschließen, einen oder mehrere externe Experten in das Auditteam aufzunehmen, wenn es an Personal oder Fachkenntnissen der Einrichtung mangelt, oder aufgrund behördlicher Anforderungen.

Untersuchung von Prozessvorfällen

Prozessanlagen haben Programme eingerichtet, um prozessbezogene Vorfälle und Beinahe-Unfälle gründlich zu untersuchen und zu analysieren, Befunde und Empfehlungen umgehend anzugehen und zu lösen und die Ergebnisse mit Arbeitern und Auftragnehmern zu überprüfen, deren Arbeitsplätze für die Befunde des Vorfalls relevant sind. Vorfälle (oder Beinahe-Unfälle) werden so schnell wie möglich von einem Team gründlich untersucht, dem mindestens eine Person mit Kenntnissen in dem betroffenen Prozessablauf und andere Personen mit entsprechenden Kenntnissen und Erfahrungen angehören.

Normen und Vorschriften

Prozessanlagen unterliegen zwei unterschiedlichen und getrennten Formen von Normen und Vorschriften.

  1. Externe Kodizes, Standards und Vorschriften, die für die Konstruktion, den Betrieb und den Schutz von Prozessanlagen und Mitarbeitern gelten, umfassen in der Regel staatliche Vorschriften sowie Normen und Praktiken von Verbänden und Branchen.
  2. Interne Richtlinien, Richtlinien und Verfahren, die vom Unternehmen oder der Einrichtung entwickelt oder angenommen wurden, um externe Anforderungen zu ergänzen und unterschiedliche oder einzigartige Prozesse abzudecken, werden regelmäßig überprüft und bei Bedarf gemäß dem Änderungsmanagementsystem der Einrichtung geändert.

 

Geschäftsgeheimnisse

Das Prozessanlagenmanagement sollte Prozessinformationen ohne Rücksicht auf mögliche Geschäftsgeheimnisse oder Vertraulichkeitsvereinbarungen an Personen weitergeben, die:

  • verantwortlich für das Sammeln und Zusammenstellen von Prozesssicherheitsinformationen
  • Durchführung von Prozessgefahrenanalysen und Compliance-Audits
  • Entwicklung von Wartungs-, Betriebs- und sicheren Arbeitsverfahren
  • an Untersuchungen von Vorfällen (Beinaheunfällen) beteiligt
  • verantwortlich für die Notfallplanung und -bewältigung.

 

Einrichtungen verlangen in der Regel, dass Personen, denen Prozessinformationen zur Verfügung gestellt werden, Vereinbarungen treffen, die Informationen nicht offenzulegen.

 

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Samstag, Februar 26 2011 17: 49

Herstellung von Farben und Beschichtungen

Adaptiert von NIOSH 1984.

Farben und Beschichtungen umfassen Farben, Lacke, Lacke, Beizen, Druckfarben und mehr. Herkömmliche Farben bestehen aus einer Dispersion von Pigmentpartikeln in einem Träger, der aus einem Filmbildner oder Bindemittel (normalerweise ein Öl oder Harz) und einem Verdünnungsmittel (normalerweise ein flüchtiges Lösungsmittel) besteht. Darüber hinaus kann es eine Vielzahl von Füllstoffen und anderen Zusatzstoffen geben. Ein Lack ist eine Lösung aus Öl und Naturharz in einem organischen Lösungsmittel. Es können auch Kunstharze verwendet werden. Lacke sind Beschichtungen, bei denen der Film durch Verdunstung des Lösungsmittels vollständig trocknet oder aushärtet.

Herkömmliche Farben enthielten weniger als 70 % Feststoffe, wobei der Rest hauptsächlich aus Lösungsmitteln bestand. Luftverschmutzungsvorschriften, die die Menge an Lösungsmitteln begrenzen, die in die Atmosphäre emittiert werden können, haben zur Entwicklung einer großen Vielfalt von Ersatzfarben mit wenig oder keinen organischen Lösungsmitteln geführt. Dazu gehören: Latexfarben auf Wasserbasis; katalysierte Zweikomponentenfarben (z. B. Epoxid- und Urethansysteme); Farben mit hohem Feststoffgehalt (über 70 % Feststoffe), einschließlich Plastisolfarben, die hauptsächlich aus Pigmenten und Weichmachern bestehen; strahlengehärtete Farben; und Pulverbeschichtungen.

Nach Angaben des US National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH 1984) beschäftigten etwa 60 % der Lackhersteller weniger als 20 Arbeiter und nur etwa 3 % mehr als 250 Arbeiter. Diese Statistiken dürften repräsentativ für Lackhersteller weltweit sein. Dies deutet auf eine Dominanz kleiner Läden hin, von denen die meisten nicht über interne Gesundheits- und Sicherheitsexpertise verfügen.

Herstellungsprozess

Im Allgemeinen ist die Herstellung von Farben und anderen Beschichtungen eine Reihe von Einheitsoperationen unter Verwendung von Chargenprozessen. Es gibt wenige oder keine chemischen Reaktionen; Die Operationen sind meist mechanisch. Die Herstellung umfasst das Zusammenstellen der Rohstoffe, das Mischen, Dispergieren, Verdünnen und Einstellen, das Befüllen von Behältern und das Lagern.

Farben

Rohstoffe zur Herstellung von Farben kommen als Flüssigkeiten, Feststoffe, Pulver, Pasten und Schlämme vor. Diese werden manuell eingewogen und vorgemischt. Agglomerierte Pigmentpartikel müssen auf die ursprüngliche Pigmentgröße reduziert werden, und die Partikel müssen mit dem Bindemittel benetzt werden, um eine Dispergierung in der flüssigen Matrix sicherzustellen. Dieser als Mahlen bezeichnete Dispergierprozess wird mit einer Vielzahl von Ausrüstungstypen durchgeführt, darunter Hochgeschwindigkeits-Wellen-Impeller-Dispergierer, Teigmischer, Kugelmühlen, Sandmühlen, Dreiwalzenmühlen, Knetmühlen und so weiter. Nach einem ersten Durchlauf, der bis zu 48 Stunden dauern kann, wird der Paste Harz zugesetzt und der Mahlvorgang wird für einen kürzeren Zeitraum wiederholt. Das dispergierte Material wird dann durch Schwerkraft in einen Entspannungstank überführt, wo zusätzliches Material wie Abtönmittel hinzugefügt werden kann. Bei Wasserlacken wird in der Regel in diesem Stadium das Bindemittel zugegeben. Die Paste wird dann mit Harz oder Lösungsmittel verdünnt, filtriert und dann wieder durch die Schwerkraft in den Bereich der Dosenabfüllung befördert. Die Befüllung kann manuell oder maschinell erfolgen.

Nach dem Dispergierprozess kann es erforderlich sein, die Tanks und Mühlen zu reinigen, bevor eine neue Charge eingeführt wird. Dabei kann es sich um Hand- und Elektrowerkzeuge sowie alkalische Reiniger und Lösungsmittel handeln.

Lacke

Die Lackherstellung erfolgt üblicherweise in geschlossenen Anlagen wie Tanks oder Mischern, um das Verdunsten des Lösungsmittels zu minimieren, was zu Ablagerungen eines trockenen Lackfilms auf den Verarbeitungsanlagen führen würde. Ansonsten erfolgt die Lackherstellung auf die gleiche Weise wie die Lackherstellung.

Lacke

Die Herstellung von Ölharzlacken umfasst das Kochen des Öls und Harzes, um sie verträglicher zu machen, Moleküle oder Polymere mit hohem Molekulargewicht zu entwickeln und die Löslichkeit in dem Lösungsmittel zu erhöhen. Ältere Pflanzen können tragbare, offene Wasserkocher zum Erhitzen verwenden. Das Harz und das Öl oder nur das Harz werden in den Kessel gegeben und dann auf etwa 316ºC erhitzt. Naturharze müssen vor der Zugabe der Öle erhitzt werden. Die Materialien werden über die Oberseite des Kessels gegossen. Während des Kochens werden die Kessel mit feuerfesten Abzugshauben abgedeckt. Nach dem Kochen werden die Kessel in Räume gebracht, wo sie schnell abgekühlt werden, oft durch Wassersprühen, und dann werden Verdünner und Trockner hinzugefügt.

Moderne Anlagen verwenden große geschlossene Reaktoren mit Kapazitäten von 500 bis 8,000 Gallonen. Diese Reaktoren ähneln denen, die in der chemischen Prozessindustrie verwendet werden. Sie sind ausgestattet mit Rührwerken, Schaugläsern, Leitungen zum Befüllen und Entleeren der Reaktoren, Kondensatoren, Temperaturmessgeräten, Wärmequellen und so weiter.

Sowohl in älteren als auch in modernen Anlagen wird das verdünnte Harz als letzter Schritt vor der Verpackung gefiltert. Dies geschieht normalerweise, während das Harz noch heiß ist, normalerweise unter Verwendung einer Filterpresse.

Pulverbeschichtungen

Pulverbeschichtungen sind lösungsmittelfreie Systeme, die auf dem Schmelzen und Aufschmelzen von Harz und anderen Additivpartikeln auf Oberflächen von erhitzten Objekten basieren. Die Pulverbeschichtungen können entweder wärmehärtbar oder thermoplastisch sein und umfassen solche Harze wie Epoxidharze, Polyethylen, Polyester, Polyvinylchlorid und Acrylharze.

Das gebräuchlichste Herstellungsverfahren umfasst das Trockenmischen der pulverförmigen Bestandteile und das Extrusionsschmelzmischen (siehe Abbildung 1). Das trockene Harz oder Bindemittel, das Pigment, der Füllstoff und die Additive werden gewogen und in einen Vormischer überführt. Dieses Verfahren ähnelt dem Trockenmischen bei der Gummiherstellung. Nach dem Mischen wird das Material in einen Extruder gegeben und erhitzt, bis es geschmolzen ist. Das geschmolzene Material wird auf ein Kühlförderband extrudiert und anschließend in einen Grobgranulator überführt. Das granulierte Material wird durch eine feine Mühle geleitet und dann gesiebt, um die gewünschte Partikelgröße zu erreichen. Anschließend wird der Pulverlack verpackt.

Abbildung 1. Flussdiagramm für die Herstellung von Pulverlacken durch Extrusionsschmelzmischverfahren

CMP040F3

Gefahren und ihre Vermeidung

Im Allgemeinen betreffen die Hauptgefahren, die mit der Herstellung von Farben und Beschichtungen verbunden sind, die Materialhandhabung; giftige, brennbare oder explosive Stoffe; und physikalische Einwirkungen wie elektrischer Schlag, Lärm, Hitze und Kälte.

Die manuelle Handhabung von Kisten, Fässern, Behältern usw., die die Rohstoffe und fertigen Produkte enthalten, sind Hauptverletzungsquellen durch unsachgemäßes Anheben, Ausrutschen, Herunterfallen, Fallenlassen von Behältern usw. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören technische/ergonomische Kontrollen wie Materialhandhabungshilfen (Rollen, Wagenheber und Plattformen) und mechanische Ausrüstung (Förderbänder, Hebezeuge und Gabelstapler), rutschfeste Böden, persönliche Schutzausrüstung (PSA) wie Sicherheitsschuhe und eine angemessene Schulung beim manuellen Heben und anderen Materialhandhabungstechniken.

Zu den chemischen Gefahren zählen die Exposition gegenüber giftigen Stäuben wie Bleichromatpigmenten, die beim Wiegen, Befüllen von Misch- und Mühlentrichtern, beim Betrieb von nicht geschlossenen Geräten, beim Befüllen von Farbpulverbehältern, beim Reinigen von Geräten und durch Verschütten von Behältern auftreten können. Bei der Herstellung von Pulverlacken kann es zu hohen Staubbelastungen kommen. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören der Ersatz von Pulvern durch Pasten oder Aufschlämmungen; Lokale Absaugung (LEV) zum Öffnen von Pulversäcken (siehe Abbildung 2) und für Verarbeitungsgeräte, Einhausung von Geräten, Reinigungsverfahren und Atemschutz, falls erforderlich.

Abbildung 2. Beutel- und Staubkontrollsystem

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Bei der Herstellung von Farben und Beschichtungen wird eine Vielzahl von flüchtigen Lösungsmitteln verwendet, einschließlich aliphatischer und aromatischer Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone und so weiter. Die flüchtigsten Lösungsmittel befinden sich normalerweise in Lacken und Firnisse. Die Exposition gegenüber Lösungsmitteldämpfen kann während des Verdünnens bei der Herstellung von lösungsmittelbasierten Farben auftreten; beim Beschicken von Reaktionsgefäßen (insbesondere älterer Kesseltypen) in der Lackherstellung; bei der Dosenabfüllung bei allen lösemittelhaltigen Lacken; und während der manuellen Reinigung von Prozessausrüstung mit Lösungsmitteln. Das Einschließen von Geräten wie Lackreaktoren und Lackmischern führt normalerweise zu geringeren Lösungsmittelbelastungen, außer im Fall von Leckagen. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören die Einhausung von Prozessgeräten, LEV zum Verdünnen und Befüllen von Dosen sowie Atemschutz und Verfahren in beengten Räumen zum Reinigen von Behältern.

Andere Gesundheitsgefahren umfassen das Einatmen und/oder den Hautkontakt mit Isocyanaten, die bei der Herstellung von Polyurethanfarben und -beschichtungen verwendet werden; mit Acrylaten, anderen Monomeren und Photoinitiatoren, die bei der Herstellung von strahlenhärtenden Beschichtungen verwendet werden; mit Acrolein und anderen gasförmigen Emissionen beim Lackkochen; und mit Härtern und anderen Additiven in Pulverbeschichtungen. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören Gehäuse, LEV, Handschuhe und andere persönliche Schutzkleidung und -ausrüstung, Gefahrstoffschulung und gute Arbeitspraktiken.

Entflammbare Lösungsmittel, brennbare Pulver (insbesondere Nitrozellulose, die in der Lackherstellung verwendet wird) und Öle sind Feuer- oder Explosionsrisiken, wenn sie durch einen Funken oder hohe Temperaturen entzündet werden. Zündquellen können fehlerhafte elektrische Geräte, Rauchen, Reibung, offene Flammen, statische Elektrizität usw. sein. Ölgetränkte Lappen können eine Quelle der Selbstentzündung sein. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören das Verbinden und Erden von Behältern beim Umfüllen brennbarer Flüssigkeiten, das Erden von Geräten wie Kugelmühlen, die brennbare Stäube enthalten, die Belüftung, um die Dampfkonzentrationen unter der unteren Explosionsgrenze zu halten, das Abdecken von Behältern bei Nichtgebrauch, das Entfernen von Zündquellen und die Verwendung von Funkenschutz Werkzeuge aus Nichteisenmetallen in der Nähe von brennbaren oder brennbaren Materialien und gute Haushaltspraktiken.

Lärmgefahren können mit der Verwendung von Kugel- und Kieselmühlen, Hochgeschwindigkeits-Dispergierern, zum Filtern verwendeten Vibrationssieben usw. verbunden sein. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören Vibrationsisolatoren und andere technische Kontrollen, der Austausch lauter Geräte, eine gute Wartung der Geräte, die Isolierung der Lärmquelle und ein Gehörschutzprogramm, wenn übermäßiger Lärm vorhanden ist.

Andere Gefahren sind unzureichende Maschinenschutzvorrichtungen, eine häufige Quelle von Verletzungen in der Nähe von Maschinen. Elektrische Gefahren sind ein besonderes Problem, wenn es kein geeignetes Lockout/Tagout-Programm für die Wartung und Reparatur von Geräten gibt. Verbrennungen können durch heiße Lackkochgefäße und spritzende Materialien sowie durch Schmelzklebstoffe für Verpackungen und Etiketten verursacht werden.

 

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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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Samstag, Februar 26 2011 17: 53

Kunststoffindustrie

Angepasst aus der 3. Auflage, Enzyklopädie der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes

Die Kunststoffindustrie gliedert sich in zwei große Sektoren, deren Zusammenhang in Abbildung 1 ersichtlich ist. Der erste Sektor umfasst die Rohstofflieferanten, die Polymere und Formmassen aus Zwischenprodukten herstellen, die sie gegebenenfalls auch selbst hergestellt haben. Gemessen am investierten Kapital ist dies in der Regel der größte der beiden Sektoren. Den zweiten Sektor bilden die Verarbeiter, die die Rohstoffe durch verschiedene Verfahren wie Extrusion und Spritzguss in verkaufsfähige Artikel umwandeln. Andere Sektoren sind Maschinenhersteller, die Ausrüstungen an die Verarbeiter und Lieferanten von Spezialadditiven für den Einsatz in der Industrie liefern.

Abbildung 1. Produktionsablauf in der Kunststoffverarbeitung

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Polymerherstellung

Kunststoffe fallen grob in zwei unterschiedliche Kategorien: thermoplastische Materialien, die durch Anwendung von Wärme wiederholt erweicht werden können, und duroplastische Materialien, die beim Erhitzen und Formen einer chemischen Veränderung unterliegen und danach nicht durch Wärmeanwendung umgeformt werden können. Es können mehrere hundert einzelne Polymere mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden, aber nur 20 Typen machen etwa 90 % der weltweiten Gesamtproduktion aus. Thermoplaste sind die größte Gruppe und ihre Produktion nimmt stärker zu als die Duroplaste. Hinsichtlich der Produktionsmenge sind die wichtigsten Thermoplaste Polyethylen hoher und niedriger Dichte und Polypropylen (die Polyolefine), Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyrol.

Wichtige duroplastische Harze sind Phenol-Formaldehyd und Harnstoff-Formaldehyd, beide in Form von Harzen und Formpulvern. Auch Epoxidharze, ungesättigte Polyester und Polyurethane sind von Bedeutung. Eine geringere Menge an „Engineering Plastics“, beispielsweise Polyacetale, Polyamide und Polycarbonate, haben einen hohen Nutzwert in kritischen Anwendungen.

Die beträchtliche Expansion der Kunststoffindustrie in der Welt nach dem Zweiten Weltkrieg wurde durch die Erweiterung des Spektrums der Grundrohstoffe, mit denen sie versorgt wird, erheblich erleichtert; Verfügbarkeit und Preis von Rohstoffen sind für jede sich schnell entwickelnde Industrie von entscheidender Bedeutung. Herkömmliche Rohstoffe hätten chemische Zwischenprodukte nicht in ausreichenden Mengen zu akzeptablen Kosten liefern können, um die wirtschaftliche kommerzielle Produktion von Kunststoffmaterialien in großen Tonnagen zu erleichtern, und es war die Entwicklung der petrochemischen Industrie, die Wachstum ermöglichte. Erdöl als Rohstoff ist reichlich vorhanden, leicht zu transportieren und zu handhaben und war bis zur Ölkrise der 1970er Jahre relativ billig. Die Kunststoffindustrie ist daher weltweit vor allem an die Verwendung von Zwischenprodukten gebunden, die beim Ölcracken und aus Erdgas gewonnen werden. Unkonventionelle Rohstoffe wie Biomasse und Kohle haben bisher noch keinen großen Einfluss auf die Versorgung der Kunststoffindustrie.

Das Flussdiagramm in Abbildung 2 verdeutlicht die Vielseitigkeit von Erdöl- und Erdgasrohstoffen als Ausgangspunkt für die wichtigen duroplastischen und thermoplastischen Materialien. Nach den ersten Prozessen der Rohöldestillation wird Naphtha-Ausgangsmaterial entweder gecrackt oder reformiert, um nützliche Zwischenprodukte bereitzustellen. Somit ist das durch das Crackverfahren erzeugte Ethylen von unmittelbarer Verwendung für die Herstellung von Polyethylen oder für die Verwendung in einem anderen Verfahren, das ein Monomer, Vinylchlorid – die Basis von PVC – liefert. Propylen, das ebenfalls während des Crackprozesses entsteht, wird entweder über den Cumolweg oder den Isopropylalkoholweg zur Herstellung von Aceton verwendet, das für Polymethylmethacrylat benötigt wird; es wird auch bei der Herstellung von Propylenoxid für Polyester- und Polyetherharze verwendet und kann wiederum direkt zu Polypropylen polymerisiert werden. Butene finden Verwendung bei der Herstellung von Weichmachern und 1,3-Butadien wird direkt zur Synthesekautschukherstellung verwendet. Aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol werden heute in großem Umfang aus den Derivaten von Öldestillationsvorgängen hergestellt, anstatt aus Kohleverkokungsprozessen gewonnen zu werden; Wie das Flussdiagramm zeigt, handelt es sich dabei um Zwischenprodukte bei der Herstellung wichtiger Kunststoffe und Hilfsprodukte wie Weichmacher. Die aromatischen Kohlenwasserstoffe sind auch ein Ausgangspunkt für viele Polymere, die in der Kunstfaserindustrie benötigt werden, von denen einige an anderer Stelle in diesem Dokument diskutiert werden Enzyklopädie.

Abbildung 2. Produktion von Rohstoffen zu Kunststoffen

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Viele sehr unterschiedliche Prozesse tragen zur endgültigen Herstellung eines fertigen Artikels bei, der ganz oder teilweise aus Kunststoff besteht. Einige Prozesse sind rein chemisch, einige beinhalten rein mechanische Mischverfahren, während andere – insbesondere diejenigen am unteren Ende des Diagramms – einen umfangreichen Einsatz von Spezialmaschinen erfordern. Einige dieser Maschinen ähneln denen, die in der Gummi-, Glas-, Papier- und Textilindustrie verwendet werden; der Rest ist spezifisch für die Kunststoffindustrie.

Kunststoffverarbeitung

Die kunststoffverarbeitende Industrie wandelt Massenpolymermaterial in fertige Artikel um.

Rohstoffe

Der verarbeitende Teil der Kunststoffindustrie erhält seine Rohstoffe für die Produktion in folgenden Formen:

  • vollständig zusammengesetztes Polymermaterial in Form von Pellets, Granulat oder Pulver, das direkt in die Maschinen zur Verarbeitung eingeführt wird
  • uncompoundiertes Polymer in Form von Granulat oder Pulver, das mit Additiven compoundiert werden muss, bevor es für die Zufuhr in Maschinen geeignet ist
  • polymere Platten-, Stab-, Rohr- und Folienmaterialien, die von der Industrie weiterverarbeitet werden
  • verschiedene Materialien, die vollständig polymerisiert werden können, Stoffe in Form von Suspensionen oder Emulsionen (allgemein bekannt als Latices) oder Flüssigkeiten oder Feststoffe, die polymerisieren können, oder Substanzen in einem Zwischenzustand zwischen den reaktiven Rohstoffen und dem endgültigen Polymer. Einige davon sind Flüssigkeiten und einige echte Lösungen von teilweise polymerisierten Stoffen in Wasser mit kontrolliertem Säuregehalt (pH) oder in organischen Lösungsmitteln.

 

Compounding

Die Herstellung von Compound aus Polymer beinhaltet das Mischen des Polymers mit Additiven. Obwohl für diesen Zweck eine große Vielfalt von Maschinen verwendet wird, sind Kugelmühlen oder Hochgeschwindigkeits-Propellermischer am gebräuchlichsten, wo Pulver behandelt werden, und wo plastische Massen gemischt werden, Knetmaschinen wie die offenen Walzen oder Mischer vom Banbury-Typ , oder Extruder selbst werden normalerweise verwendet.

Die von der Industrie geforderten Zusatzstoffe sind zahlreich und weisen einen breiten chemischen Typ auf. Die wichtigsten von etwa 20 Klassen sind:

  • Weichmacher – im Allgemeinen Ester mit geringer Flüchtigkeit
  • Antioxidantien – organische Chemikalien zum Schutz vor thermischer Zersetzung während der Verarbeitung
  • Stabilisatoren – anorganische und organische Chemikalien zum Schutz vor thermischer Zersetzung und vor Abbau durch Strahlungsenergie
  • Schmierstoffe
  • Füllstoffe – preiswerte Stoffe, um spezielle Eigenschaften zu verleihen oder Zusammensetzungen billiger zu machen
  • Farbstoffe – anorganische oder organische Substanzen zum Färben von Verbindungen
  • Treibmittel – Gase oder Chemikalien, die Gase abgeben, um Kunststoffschäume herzustellen.

 

Konvertierungsprozesse

Alle Umwandlungsprozesse greifen auf das „plastische“ Phänomen von Polymermaterialien zurück und fallen in zwei Typen. Erstens diejenigen, bei denen das Polymer durch Wärme in einen plastischen Zustand gebracht wird, in dem es eine mechanische Einschnürung erhält, die zu einer Form führt, die es beim Verfestigen und Abkühlen beibehält. Zweitens diejenigen, bei denen ein polymerisierbares Material – das teilweise polymerisiert sein kann – durch Einwirkung von Wärme oder eines Katalysators oder durch beides zusammen unter mechanischer Belastung vollständig polymerisiert wird, was zu einer Form führt, die es bei vollständiger Polymerisation und Kälte beibehält . Die Kunststofftechnologie wurde entwickelt, um diese Eigenschaften zu nutzen, um Waren mit minimalem menschlichem Aufwand und größtmöglicher Konsistenz der physikalischen Eigenschaften herzustellen. Die folgenden Prozesse werden üblicherweise verwendet.

Formpressen

Dabei wird ein Kunststoffmaterial, das in Form von Granulat oder Pulver vorliegen kann, in einer Form erhitzt, die in einer Presse gehalten wird. Wenn das Material „plastisch“ wird, zwingt es der Druck, sich der Form der Form anzupassen. Handelt es sich um einen erhitzungshärtenden Kunststoff, wird der Formkörper nach kurzer Erhitzungsdauer durch Öffnen der Presse entnommen. Wenn der Kunststoff beim Erhitzen nicht aushärtet, muss vor dem Öffnen der Presse abgekühlt werden. Zu den durch Formpressen hergestellten Artikeln gehören Flaschenverschlüsse, Glasverschlüsse, elektrische Stecker und Steckdosen, Toilettensitze, Tabletts und ausgefallene Waren. Das Formpressen wird auch zur Herstellung von Blechen für die anschließende Umformung im Vakuumformverfahren oder zum Einbau in Tanks und Großbehälter durch Schweißen oder durch Auskleiden vorhandener Metalltanks eingesetzt.

Spritzpressen

Dies ist eine Modifikation des Formpressens. Das duroplastische Material wird in einem Hohlraum erhitzt und dann durch einen Kolben in die Form gedrückt, die physisch getrennt und unabhängig von dem Heizhohlraum beheizt ist. Es wird dem normalen Formpressen vorgezogen, wenn der fertige Gegenstand empfindliche metallische Einsätze tragen muss, wie in kleinen elektrischen Schaltanlagen, oder wenn, wie bei sehr dicken Gegenständen, die Vervollständigung der chemischen Reaktion durch normales Formpressen nicht erreicht werden kann.

Spritzgießen

Dabei werden Kunststoffgranulate oder -pulver in einem von der Form getrennten Zylinder (dem so genannten Fass) erhitzt. Das Material wird erhitzt, bis es flüssig wird, während es mit einer schraubenförmigen Schnecke durch den Zylinder befördert und dann in die Form gedrückt wird, wo es abkühlt und aushärtet. Die Form wird dann mechanisch geöffnet und die geformten Artikel werden entnommen (siehe Abbildung 3). Dieser Prozess ist einer der wichtigsten in der Kunststoffindustrie. Es wurde umfassend entwickelt und ist in der Lage geworden, Artikel von beträchtlicher Komplexität zu sehr niedrigen Kosten herzustellen.

Abbildung 3. Ein Bediener, der eine Polypropylenschüssel aus einer Spritzgussmaschine entfernt.

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Obwohl Transfer- und Spritzguss im Prinzip identisch sind, sind die eingesetzten Maschinen sehr unterschiedlich. Das Spritzpressen ist normalerweise auf duroplastische Materialien und das Spritzgießen auf Thermoplaste beschränkt.

Extrusion

Dies ist der Prozess, bei dem eine Maschine einen Kunststoff erweicht und ihn durch eine Matrize drückt, die ihm die Form gibt, die er beim Abkühlen behält. Die Produkte der Extrusion sind Rohre oder Stäbe, die nahezu beliebige Querschnitte haben können (siehe Abbildung 4). Rohre für industrielle oder Haushaltszwecke werden auf diese Weise hergestellt, aber andere Artikel können durch untergeordnete Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise können Sachets hergestellt werden, indem Schläuche geschnitten und beide Enden versiegelt werden, und Beutel aus dünnwandigen flexiblen Schläuchen, indem ein Ende geschnitten und versiegelt wird.

Der Prozess der Extrusion hat zwei Haupttypen. In einem wird ein flaches Blatt hergestellt. Diese Folie kann durch andere Verfahren, wie beispielsweise Vakuumformen, in nützliche Waren umgewandelt werden.

Abbildung 4. Kunststoffextrusion: Das Band wird zerkleinert, um Pellets für Spritzgussmaschinen herzustellen.

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Ray Waldschnepfe

Das zweite ist ein Verfahren, bei dem der extrudierte Schlauch geformt und, wenn er noch heiß ist, durch einen im Inneren des Schlauchs aufrechterhaltenen Luftdruck stark expandiert wird. Dies führt zu einem Rohr mit einem Durchmesser von mehreren Fuß und einer sehr dünnen Wand. Beim Längsschneiden ergibt dieser Schlauch eine Folie, die in der Verpackungsindustrie in großem Umfang zum Einwickeln verwendet wird. Alternativ kann der Schlauch flach gefaltet werden, um eine zweischichtige Folie zu ergeben, die verwendet werden kann, um durch Schneiden und Versiegeln einfache Beutel herzustellen. Abbildung 5 zeigt ein Beispiel für eine geeignete lokale Belüftung bei einem Extrusionsprozess.

Abbildung 5. Kunststoffextrusion mit lokaler Absaughaube und Wasserbad am Extruderkopf

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Ray Waldschnepfe

Kalandrieren

Bei diesem Verfahren wird ein Kunststoff zwei oder mehreren beheizten Walzen zugeführt und zu einer Folie gezwungen, indem er durch einen Spalt zwischen zwei solchen Walzen geführt und danach abgekühlt wird. Auf diese Weise wird ein Blatt dicker als ein Film hergestellt. Die so hergestellte Folie wird in industriellen und häuslichen Anwendungen und als Rohmaterial bei der Herstellung von Kleidung und aufgeblasenen Waren wie Spielzeug verwendet (siehe Abbildung 6).

Abbildung 6. Überdachungshauben zum Auffangen heißer Emissionen aus Aufwärmwalzwerken bei einem Kalanderprozess

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Ray Waldschnepfe

Blasformen

Dieses Verfahren kann als eine Kombination aus Extrusions- und Thermoformverfahren angesehen werden. Ein Schlauch wird nach unten in eine geöffnete Form extrudiert; Wenn es den Boden erreicht, wird die Form um es herum geschlossen und der Schlauch durch Luftdruck aufgeweitet. Dadurch wird der Kunststoff an die Seiten der Form gedrückt und die Ober- und Unterseite abgedichtet. Beim Abkühlen wird der Artikel aus der Form genommen. Dieses Verfahren stellt Hohlkörper her, von denen Flaschen die wichtigsten sind.

Die Druck- und Schlagfestigkeit bestimmter durch Blasformen hergestellter Kunststoffprodukte kann durch die Verwendung von Streckblastechniken erheblich verbessert werden. Dies wird durch die Herstellung eines Vorformlings erreicht, der anschließend durch Luftdruck aufgeweitet und biaxial gestreckt wird. Dadurch hat sich die Berstdruckfestigkeit von PVC-Flaschen derart verbessert, dass sie für kohlensäurehaltige Getränke verwendet werden.

Rotationsformen

Dieses Verfahren wird zur Herstellung von Formkörpern durch Erhitzen und Abkühlen einer Hohlform verwendet, die gedreht wird, um es der Schwerkraft zu ermöglichen, fein zerteiltes Pulver oder Flüssigkeit über die Innenfläche dieser Form zu verteilen. Nach diesem Verfahren hergestellte Artikel schließen Fußbälle, Puppen und andere ähnliche Artikel ein.

Filmcasting

Neben dem Extrusionsverfahren können Filme durch Extrudieren eines heißen Polymers auf eine hochglanzpolierte Metalltrommel gebildet werden, oder eine Polymerlösung kann auf ein sich bewegendes Band gesprüht werden.

Eine wichtige Anwendung bestimmter Kunststoffe ist die Beschichtung von Papier. Dabei wird ein Film aus geschmolzenem Kunststoff unter Bedingungen, bei denen der Kunststoff am Papier haftet, auf Papier extrudiert. Karton kann auf die gleiche Weise beschichtet werden. So beschichtete Papiere und Pappen werden weitverbreitet beim Verpacken verwendet, und Pappe dieser Art wird bei der Herstellung von Schachteln verwendet.

Thermoformen

Unter dieser Überschrift sind eine Reihe von Verfahren zusammengefasst, bei denen eine Folie aus Kunststoffmaterial, meistens Thermoplast, erhitzt wird, im Allgemeinen in einem Ofen, und nach dem Festklemmen am Umfang durch Druck, der von unten sein kann, in eine vorab entworfene Form gezwungen wird mechanisch betriebene Stempel oder durch Druckluft oder Dampf. Bei sehr großen Artikeln wird das „gummiartige“ Heißblech mit Zangen über Former geführt. Zu den so hergestellten Produkten gehören Außenleuchten, Werbe- und Verkehrszeichen, Badewannen und andere Toilettenartikel sowie Kontaktlinsen.

Vakuumformen

Unter diesen Oberbegriff fallen viele Verfahren, die allesamt Aspekte des thermischen Umformens sind, denen jedoch gemeinsam ist, dass eine Kunststoffplatte über einer Kavität, um deren Rand sie geklemmt wird, in einer Maschine erhitzt wird Wenn es biegsam ist, wird es durch Ansaugen in den Hohlraum gedrückt, wo es eine bestimmte Form annimmt und abkühlt. In einem nachfolgenden Arbeitsgang wird der Artikel von der Bahn freigeschnitten. Mit diesen Verfahren werden dünnwandige Behälter aller Art sowie Display- und Werbeartikel, Tabletts und ähnliche Artikel sowie stoßdämpfende Materialien zum Verpacken von Waren wie Torten, Beerenobst und geschnittenem Fleisch sehr kostengünstig hergestellt.

Kaschieren

Bei all den verschiedenen Laminierverfahren werden zwei oder mehr Materialien in Form von Platten zu einer verfestigten Platte oder Platte mit speziellen Eigenschaften verdichtet. Auf der einen Seite finden sich dekorative Laminate aus Phenol- und Aminoharzen, auf der anderen Seite komplexe Folien, die in Verpackungen verwendet werden und beispielsweise Zellulose, Polyethylen und Metallfolie in ihrer Zusammensetzung aufweisen.

Harztechnologische Prozesse

Dazu gehören die Sperrholzherstellung, die Möbelherstellung und der Bau großer und aufwändiger Artikel wie Autokarosserien und Bootsrümpfe aus mit Polyester- oder Epoxidharzen imprägnierten Glasfasern. Bei all diesen Verfahren wird ein flüssiges Harz dazu gebracht, sich unter Einwirkung von Wärme oder eines Katalysators zu verfestigen und so diskrete Partikel oder Fasern oder mechanisch schwache Filme oder Folien zusammenzubinden, was zu einer robusten Platte mit starrem Aufbau führt. Diese Harze können durch manuelle Layup-Techniken wie Bürsten und Tauchen oder durch Sprühen aufgetragen werden.

Kleine Objekte wie Souvenirs und Plastikschmuck können auch durch Gießen hergestellt werden, wobei das flüssige Harz und der Katalysator miteinander vermischt und in eine Form gegossen werden.

Veredelungsprozesse

Zu dieser Überschrift gehören eine Reihe von Prozessen, die vielen Branchen gemeinsam sind, beispielsweise die Verwendung von Farben und Klebstoffen. Es gibt jedoch eine Reihe spezifischer Techniken, die zum Schweißen von Kunststoffen verwendet werden. Diese schließen die Verwendung von Lösungsmitteln wie chlorierten Kohlenwasserstoffen, Methylethylketon (MEK) und Toluol ein, die zum Zusammenkleben starrer Kunststoffplatten für die allgemeine Fertigung, Werbedisplays und ähnliche Arbeiten verwendet werden. Radiofrequenz-(RF)-Strahlung nutzt eine Kombination aus mechanischem Druck und elektromagnetischer Strahlung mit Frequenzen im Allgemeinen im Bereich von 10 bis 100 MHz. Dieses Verfahren wird häufig zum Zusammenschweißen flexibler Kunststoffmaterialien bei der Herstellung von Brieftaschen, Aktentaschen und Kinderwagen verwendet (siehe Begleitkasten). Für ein ähnliches Arbeitsspektrum werden auch Ultraschallenergien in Kombination mit mechanischem Druck eingesetzt.

 


HF-Dielektrikumheizer und -versiegler

Hochfrequenz(HF)-Heizgeräte und Versiegelungsgeräte werden in vielen Industriezweigen zum Erhitzen, Schmelzen oder Aushärten von dielektrischen Materialien wie Kunststoffen, Gummi und Kleber verwendet, die elektrische und thermische Isolatoren sind und mit normalen Methoden schwer zu erhitzen sind. HF-Heizgeräte werden üblicherweise zum Versiegeln von Polyvinylchlorid (z. B. Herstellung von Kunststoffprodukten wie Regenmänteln, Sitzbezügen und Verpackungsmaterialien) verwendet; Aushärten von Leimen für die Holzbearbeitung; Prägen und Trocknen von Textilien, Papier, Leder und Kunststoffen; und Aushärten vieler Materialien, die Kunststoffharze enthalten.

HF-Heizgeräte verwenden HF-Strahlung im Frequenzbereich von 10 bis 100 MHz mit einer Ausgangsleistung von unter 1 kW bis etwa 100 kW, um Wärme zu erzeugen. Das zu erhitzende Material wird unter Druck zwischen zwei Elektroden platziert, und die HF-Leistung wird je nach Verwendung für Zeiträume von einigen Sekunden bis etwa einer Minute angelegt. HF-Heizgeräte können in der Umgebung hohe elektrische und magnetische Streufelder erzeugen, insbesondere wenn die Elektroden nicht abgeschirmt sind.

Die Absorption von HF-Energie durch den menschlichen Körper kann zu einer lokalen Erwärmung des ganzen Körpers führen, was nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann. Die Körpertemperatur kann um 1 °C oder mehr ansteigen, was kardiovaskuläre Wirkungen wie erhöhte Herzfrequenz und Herzzeitvolumen verursachen kann. Zu den lokalisierten Wirkungen gehören Katarakte am Auge, verringerte Spermienzahlen im männlichen Fortpflanzungssystem und teratogene Wirkungen beim sich entwickelnden Fötus.

Zu den indirekten Gefahren gehören HF-Verbrennungen durch direkten Kontakt mit Metallteilen des Heizgeräts, die schmerzhaft sind, tief sitzen und langsam heilen; Handtaubheit; und neurologische Wirkungen, einschließlich Karpaltunnelsyndrom und Wirkungen auf das periphere Nervensystem.

Steuergriffe

Die beiden grundlegenden Arten von Steuerungen, die verwendet werden können, um Gefahren durch HF-Heizungen zu reduzieren, sind Arbeitspraktiken und Abschirmung. Eine Abschirmung wird natürlich bevorzugt, aber auch geeignete Wartungsverfahren und andere Arbeitspraktiken können die Exposition verringern. Es wurde auch eine Verwaltungskontrolle verwendet, um die Zeitspanne zu begrenzen, in der der Bediener exponiert ist.

Korrekte Wartungs- oder Reparaturverfahren sind wichtig, da eine nicht ordnungsgemäße Neuinstallation von Abschirmungen, Verriegelungen, Gehäusewänden und Befestigungselementen zu übermäßigem HF-Leckstrom führen kann. Außerdem sollte die Stromversorgung zum Heizgerät getrennt und gesperrt oder gekennzeichnet werden, um das Wartungspersonal zu schützen.

Die Exposition des Bedieners kann reduziert werden, indem die Hände und der Oberkörper des Bedieners so weit wie möglich von der HF-Heizung entfernt gehalten werden. Die Bedienfelder der Bedienungsperson für einige automatisierte Heizgeräte sind in einem Abstand von den Heizelektroden positioniert, indem Pendelablagen, Drehtische oder Förderbänder verwendet werden, um das Heizgerät zu beschicken.

Durch die Messung von HF-Pegeln kann die Exposition sowohl des Betriebs- als auch des Nichtbetriebspersonals reduziert werden. Da die HF-Pegel mit zunehmender Entfernung vom Heizgerät abnehmen, kann um jedes Heizgerät herum ein „HF-Gefahrenbereich“ identifiziert werden. Arbeiter können gewarnt werden, diese Gefahrenbereiche nicht zu betreten, wenn die HF-Heizung in Betrieb ist. Wenn möglich, sollten nichtleitende physische Barrieren verwendet werden, um Personen in einem sicheren Abstand zu halten.

Idealerweise sollten HF-Heizgeräte eine Gehäuseabschirmung um den HF-Applikator haben, um die HF-Strahlung einzudämmen. Die Abschirmung und alle Verbindungen sollten eine hohe Leitfähigkeit für die inneren elektrischen Ströme haben, die in den Wänden fließen. Es sollten möglichst wenige Öffnungen in der Abschirmung vorhanden sein und sie sollten so klein sein, wie es für den Betrieb praktisch ist. Die Öffnungen sollten vom Bediener weg gerichtet sein. Ströme in der Abschirmung können minimiert werden, indem separate Leiter im Inneren des Schranks vorhanden sind, um hohe Ströme zu leiten. Das Heizgerät sollte ordnungsgemäß geerdet sein, wobei sich das Erdungskabel im selben Rohr wie die Stromleitung befinden sollte. Das Heizgerät sollte über geeignete Verriegelungen verfügen, um zu verhindern, dass es hohen Spannungen und hohen HF-Emissionen ausgesetzt wird.

Es ist viel einfacher, diese Abschirmung in neue Designs von HF-Heizungen durch den Hersteller einzubauen. Nachrüsten ist schwieriger. Kastengehäuse können effektiv sein. Eine ordnungsgemäße Erdung kann auch oft zur Reduzierung von HF-Emissionen beitragen. HF-Messungen müssen anschließend sorgfältig durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die HF-Emissionen tatsächlich reduziert wurden. Die Praxis, das Heizgerät in einem mit Metallgittern umschlossenen Raum einzuschließen, kann die Exposition tatsächlich erhöhen, wenn sich der Bediener auch in diesem Raum befindet, obwohl es die Exposition außerhalb des Raums verringert.

Quelle: ICNIRP im Druck.


 

Gefahren und ihre Vermeidung

Polymerherstellung

Die besonderen Gefährdungen der Polymerindustrie sind eng mit denen der petrochemischen Industrie verbunden und hängen stark von den eingesetzten Stoffen ab. Die gesundheitlichen Gefahren einzelner Rohstoffe finden sich an anderer Stelle darin Enzyklopädie. Die Brand- und Explosionsgefahr ist eine wichtige allgemeine Gefahr. Viele Polymer/Harz-Prozesse sind aufgrund der Beschaffenheit der verwendeten Primärrohstoffe mit einem Brand- und Explosionsrisiko behaftet. Wenn keine angemessenen Schutzmaßnahmen ergriffen werden, besteht manchmal die Gefahr, dass während der Reaktion, im Allgemeinen innerhalb von teilweise geschlossenen Gebäuden, brennbare Gase oder Flüssigkeiten mit Temperaturen über ihrem Flammpunkt entweichen. Wenn die beteiligten Drücke sehr hoch sind, sollten Vorkehrungen für eine angemessene Entlüftung zur Atmosphäre getroffen werden. Ein übermäßiger Druckaufbau aufgrund unerwartet schneller exothermer Reaktionen kann auftreten und die Handhabung einiger Zusatzstoffe und die Vorbereitung einiger Katalysatoren können das Explosions- oder Brandrisiko erhöhen. Die Industrie hat sich mit diesen Problemen befasst und insbesondere zur Herstellung von Phenolharzen detaillierte Leitfäden zur Anlagenkonstruktion und zu sicheren Betriebsverfahren herausgegeben.

Kunststoffverarbeitung

In der kunststoffverarbeitenden Industrie bestehen Verletzungsgefahren aufgrund der verwendeten Maschinen, Brandgefahren aufgrund der Brennbarkeit von Kunststoffen und deren Pulvern und Gesundheitsgefahren aufgrund der vielen in der Industrie verwendeten Chemikalien.

Verletzungen

Der Hauptbereich für Verletzungen liegt im kunststoffverarbeitenden Bereich der Kunststoffindustrie. Die Mehrheit der Kunststoffumwandlungsprozesse hängt fast ausschließlich vom Einsatz von Maschinen ab. Folglich sind die Hauptgefahren diejenigen, die mit der Verwendung solcher Maschinen verbunden sind, nicht nur während des normalen Betriebs, sondern auch während der Reinigung, Einstellung und Wartung der Maschinen.

Press-, Transfer-, Spritzguss- und Blasformmaschinen haben alle Pressplatten mit einer Zuhaltekraft von vielen Tonnen pro Quadratzentimeter. Es sollte ein angemessener Schutz angebracht werden, um Amputationen oder Quetschverletzungen zu vermeiden. Dies wird im Allgemeinen durch Umschließen der gefährlichen Teile und durch Verriegeln beweglicher Schutzeinrichtungen mit der Maschinensteuerung erreicht. Eine verriegelnde Schutzeinrichtung sollte bei geöffneter Schutzeinrichtung keine gefährliche Bewegung innerhalb des geschützten Bereichs zulassen und die gefährlichen Teile zum Stillstand bringen oder die gefährliche Bewegung umkehren, wenn die Schutzeinrichtung während des Maschinenbetriebs geöffnet wird.

Bei hoher Verletzungsgefahr an Maschinen wie z. B. an den Aufspannplatten von Spritzgießmaschinen und regelmäßigem Zutritt zum Gefahrenbereich ist ein höherer Verriegelungsstandard gefordert. Dies kann durch eine zweite unabhängige Verriegelungseinrichtung an der trennenden Schutzeinrichtung erreicht werden, um die Stromversorgung zu unterbrechen und eine gefährliche Bewegung zu verhindern, wenn sie geöffnet ist.

Bei Prozessen, an denen Kunststofffolien beteiligt sind, besteht eine häufige Maschinengefahr darin, dass zwischen Walzen oder zwischen Walzen und der zu verarbeitenden Folie einlaufende Einklemmungen auftreten. Diese treten an Spannwalzen und Abzugsvorrichtungen in Extrusionsanlagen und Kalandern auf. Eine Absicherung kann durch die Verwendung einer geeignet angeordneten Auslösevorrichtung erreicht werden, die die Rollen sofort zum Stillstand bringt oder die gefährliche Bewegung umkehrt.

Viele der Kunststoffverarbeitungsmaschinen arbeiten mit hohen Temperaturen und es können schwere Verbrennungen entstehen, wenn Körperteile mit heißem Metall oder Kunststoff in Berührung kommen. Soweit praktikabel, sollten solche Teile geschützt werden, wenn die Temperatur 50 ºC übersteigt. Außerdem können sich an Spritzgießmaschinen und Extrudern auftretende Verstopfungen gewaltsam lösen. Beim Versuch, gefrorene Kunststoffpfropfen zu befreien, sollte ein sicheres Arbeitssystem befolgt werden, das die Verwendung geeigneter Handschuhe und eines Gesichtsschutzes beinhalten sollte.

Die meisten modernen Maschinenfunktionen werden jetzt durch programmierte elektronische Steuerungen oder Computersysteme gesteuert, die auch mechanische Startvorrichtungen steuern können oder mit Robotern verbunden sind. Bei neuen Maschinen ist es weniger erforderlich, dass sich ein Bediener den Gefahrenbereichen nähert, und folglich sollte sich die Sicherheit an Maschinen entsprechend verbessern. Es besteht jedoch ein größerer Bedarf an Einrichtern und Ingenieuren, sich diesen Teilen zu nähern. Es ist daher wichtig, dass ein angemessenes Lockout/Tagout-Programm eingerichtet wird, bevor diese Art von Arbeiten durchgeführt werden, insbesondere wenn kein vollständiger Schutz durch die Maschinensicherheitsvorrichtungen erreicht werden kann. Darüber hinaus sollten angemessene Sicherungs- oder Notfallsysteme so ausgelegt und konzipiert sein, dass sie Situationen bewältigen können, in denen die programmierte Steuerung aus irgendeinem Grund versagt, beispielsweise während eines Stromausfalls.

Es ist wichtig, dass die Maschinen in der Werkstatt richtig angeordnet sind, mit guten, übersichtlichen Arbeitsräumen für jede Maschine. Dies hilft bei der Aufrechterhaltung hoher Standards in Bezug auf Sauberkeit und Ordnung. Auch die Maschinen selbst sollten ordnungsgemäß gewartet und die Sicherheitseinrichtungen regelmäßig überprüft werden.

Eine gute Haushaltsführung ist unerlässlich, und es sollte besonders darauf geachtet werden, die Böden sauber zu halten. Ohne regelmäßige Reinigung werden Böden durch Maschinenöl oder verschüttetes Kunststoffgranulat stark verunreinigt. Arbeitsmethoden, einschließlich sicherer Zugangsmöglichkeiten zu Bereichen oberhalb des Bodens, sollten ebenfalls berücksichtigt und bereitgestellt werden.

Auch für die Lagerung von Rohstoffen und Fertigwaren sollten ausreichend Abstände vorgesehen werden; Diese Bereiche sollten eindeutig gekennzeichnet sein.

Kunststoffe sind gute elektrische Isolatoren, weshalb sich an Maschinen, auf denen Platten oder Folien transportiert werden, statische Aufladungen aufbauen können. Diese Ladungen können ein Potenzial haben, das hoch genug ist, um einen schweren Unfall zu verursachen oder als Zündquelle zu wirken. Um diese Aufladungen zu reduzieren, sollten statische Eliminatoren verwendet und Metallteile ordnungsgemäß geerdet oder geerdet werden.

In zunehmendem Maße werden Kunststoffabfälle unter Verwendung von Granulatoren wiederaufbereitet und mit neuem Material vermischt. Granulatoren sollten vollständig umschlossen sein, um zu verhindern, dass die Rotoren durch die Austrags- und Zufuhröffnungen erreicht werden. Die Beschickungsöffnungen an großen Maschinen sollten so gestaltet sein, dass ein Eindringen des ganzen Körpers verhindert wird. Die Rotoren laufen mit hoher Geschwindigkeit und die Abdeckungen sollten erst entfernt werden, wenn sie zum Stillstand gekommen sind. Wenn Verriegelungsschutzvorrichtungen angebracht sind, sollten sie den Kontakt mit den Klingen verhindern, bis sie vollständig zum Stillstand gekommen sind.

Brand- und Explosionsgefahr

Kunststoffe sind brennbare Materialien, obwohl nicht alle Polymere die Verbrennung unterstützen. In fein verteilter Pulverform können viele in Luft explosive Konzentrationen bilden. Wo dies ein Risiko darstellt, sollten die Pulver kontrolliert werden, vorzugsweise in einem geschlossenen System mit ausreichend Entlastungsplatten, die bei niedrigem Druck (etwa 0.05 bar) an einen sicheren Ort entweichen. Peinliche Sauberkeit ist unerlässlich, um Ansammlungen in den Arbeitsräumen zu vermeiden, die in die Luft gelangen und eine Sekundärexplosion verursachen können.

Polymere können einem thermischen Abbau und einer Pyrolyse bei Temperaturen unterliegen, die nicht stark über normalen Verarbeitungstemperaturen liegen. Unter diesen Umständen kann sich beispielsweise im Zylinder eines Extruders ein ausreichender Druck aufbauen, um geschmolzenen Kunststoff und jeden festen Kunststoffpfropfen auszustoßen, der eine anfängliche Verstopfung verursacht.

Brennbare Flüssigkeiten werden in dieser Branche häufig verwendet, beispielsweise als Farben, Klebstoffe, Reinigungsmittel und beim Quellschweißen. Auch Glasfaserharze (Polyester) entwickeln brennbare Styroldämpfe. Der Vorrat solcher Flüssigkeiten sollte im Arbeitsraum auf ein Minimum reduziert und bei Nichtgebrauch an einem sicheren Ort aufbewahrt werden. Lagerbereiche sollten sichere Plätze im Freien oder ein feuerbeständiges Lager umfassen.

Peroxide, die bei der Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) verwendet werden, sollten getrennt von brennbaren Flüssigkeiten und anderen brennbaren Materialien gelagert und keinen extremen Temperaturen ausgesetzt werden, da sie bei Erwärmung explosiv sind.

Gesundheitsrisiken

Die Verarbeitung von Kunststoffen ist mit einer Reihe potenzieller Gesundheitsgefahren verbunden. Die Rohkunststoffe werden selten allein verwendet und es sollten entsprechende Vorkehrungen bezüglich der in den verschiedenen Formulierungen verwendeten Additive getroffen werden. Zu den verwendeten Additiven gehören Bleiseifen in PVC und bestimmte organische und Cadmiumfarbstoffe.

Es besteht ein erhebliches Dermatitis-Risiko durch Flüssigkeiten und Pulver, in der Regel durch „reaktive Chemikalien“ wie Phenol-Formaldehyd-Harze (vor der Vernetzung), Urethane und ungesättigte Polyesterharze, die bei der Herstellung von GFK-Produkten verwendet werden. Es sollte geeignete Schutzkleidung getragen werden.

Durch den thermischen Abbau von Polymeren während der Heißverarbeitung können Dämpfe entstehen. Technische Kontrollen können das Problem minimieren. Es muss jedoch besonders darauf geachtet werden, das Einatmen von Pyrolyseprodukten unter ungünstigen Bedingungen, beispielsweise beim Spülen des Extruderzylinders, zu vermeiden. Bedingungen mit gutem LEV können erforderlich sein. Probleme sind beispielsweise aufgetreten, wenn Bediener von Salzsäuregas überwältigt wurden und nach Überhitzung von PVC bzw. Polytetrafluorethylen (PTFE) an „Polymerdampffieber“ litten. Die beiliegende Box beschreibt einige chemische Zersetzungsprodukte von Kunststoffen.


 

Tabelle 1. Flüchtige Zersetzungsprodukte von Kunststoffen (Referenzkomponenten)*

*Nachdruck von BIA 1997 mit Genehmigung.

Kunststoffe sind in vielen Industriebereichen thermischen Belastungen ausgesetzt. Die Temperaturen reichen von relativ niedrigen Werten in der Kunststoffverarbeitung (z. B. 150 bis 250 ºC) bis hin zu Extremfällen (z. B. beim Schweißen von lackierten Blechen oder kunststoffbeschichteten Rohren). Dabei stellt sich immer wieder die Frage, ob in Arbeitsbereichen toxische Konzentrationen flüchtiger Pyrolyseprodukte auftreten.

Um diese Frage zu beantworten, müssen zunächst die freigesetzten Stoffe bestimmt und anschließend die Konzentrationen gemessen werden. Während der zweite Schritt grundsätzlich machbar ist, ist es in der Regel nicht möglich, die relevanten Pyrolyseprodukte im Feld zu bestimmen. Das Berufsgenossenschaftliche Institut für Arbeitssicherheit (BIA) beschäftigt sich daher seit Jahren mit dieser Problematik und hat in vielen Laborversuchen flüchtige Zersetzungsprodukte für Kunststoffe ermittelt. Die Untersuchungsergebnisse für die einzelnen Kunststoffarten sind publiziert (Lichtenstein und Quellmalz 1984, 1986a, 1986b, 1986c).

Es folgt eine kurze Zusammenfassung der bisherigen Ergebnisse. Diese Tabelle ist als Hilfestellung für alle gedacht, die in relevanten Arbeitsbereichen mit der Messung von Gefahrstoffkonzentrationen konfrontiert sind. Als „Referenzkomponenten“ können die für die einzelnen Kunststoffe aufgeführten Zersetzungsprodukte dienen. Allerdings ist zu bedenken, dass bei der Pyrolyse hochkomplexe Stoffgemische entstehen können, deren Zusammensetzung von vielen Faktoren abhängt.

Die Tabelle erhebt daher keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich der als Referenzkomponenten aufgeführten Pyrolyseprodukte (alle in Laborversuchen ermittelt). Das Auftreten weiterer Stoffe mit potenziellen Gesundheitsrisiken kann nicht ausgeschlossen werden. Es ist praktisch unmöglich, alle vorkommenden Stoffe vollständig zu erfassen.

Kunststoff

Abkürzung

Flüchtige Substanzen

Polyoxymethylen

POM

Formaldehyd

Epoxidharze auf Basis von
Bisphenol A

 

Phenol

Chloropren-Kautschuk

CR

Chloropren(2-Chlorbuta-1,3-dien),
Chlorwasserstoff

Polystyrol

PS

Styrol

Acrylnitril-Butadien-Styrol-
Copolymer

ABS

Styrol, 1,3-Butadien, Acrylnitril

Styrol-Acrylnitril-Copolymer

SAN

Acrylnitril, Styrol

Polycarbonate

PC

Phenol

Polyvinylchlorid

PVC

Chlorwasserstoff, Weichmacher
(häufig Phthalsäureester wie z
B. Dioctylphthalat, Dibutylphthalat)

Polyamid 6

PA6

E-Caprolactam

Polyamid 66

PA66

Cyclopentanon,
Hexamethylendiamin

Polyethylen

HDPE, LDPE

Ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe,
aliphatische Aldehyde

Polytetrafluorethylen

PTFE

Perfluoriert ungesättigt
Kohlenwasserstoffe (z. B. Tetrafluorethylen,
Hexafluorpropen, Octafluorbuten)

Polymethylmethacrylat

PMMA

Methylmethacrylat

Polyurethan

PUR

Je nach Typ sehr unterschiedlich
Zersetzungsprodukte
(zB FCKW1 als Treibmittel,
Ether und Glykolether,
Diisocyanate, Cyanwasserstoff,
2 aromatische Amine, chloriert
Phosphorsäureester als Flamme
Schutzmittel)

Polypropylen

PP

Ungesättigte und gesättigte Aliphaten
Kohlenwasserstoffe

Polybutylenterephthalat
(Polyester)

PBTP

1,3-Butadien, Benzol

Polyacrylnitril

PAN

Acrylnitril, Cyanwasserstoff2

Celluloseacetat

CA

Essigsäure

Norbert Liechtenstein

1 Die Nutzung wird eingestellt.
2 Konnte mit der verwendeten Analysetechnik (GC/MS) nicht nachgewiesen werden, ist aber aus der Literatur bekannt.

 


 

Es besteht auch die Gefahr des Einatmens giftiger Dämpfe von bestimmten duroplastischen Harzen. Das Einatmen von Isocyanaten, die mit Polyurethanharzen verwendet werden, kann zu chemischer Lungenentzündung und schwerem Asthma führen, und sobald die Personen sensibilisiert sind, sollten sie an andere Arbeitsplätze versetzt werden. Ein ähnliches Problem besteht bei Formaldehydharzen. In diesen beiden Beispielen ist ein hoher LEV-Standard erforderlich. Bei der Herstellung von GFK-Artikeln werden erhebliche Mengen an Styroldämpfen freigesetzt und diese Arbeiten müssen bei guter Allgemeinbelüftung des Arbeitsraums durchgeführt werden.

Es gibt auch bestimmte Gefahren, die einer Reihe von Branchen gemeinsam sind. Dazu gehört die Verwendung von Lösungsmitteln zur Verdünnung oder für die zuvor erwähnten Zwecke. Chlorierte Kohlenwasserstoffe werden üblicherweise zum Reinigen und Binden verwendet, und ohne angemessene Absaugung können Personen leicht unter Narkose leiden.

Die Abfallentsorgung von Kunststoffen durch Verbrennen sollte unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen erfolgen; Beispielsweise sollten sich PTFE und Urethane in einem Bereich befinden, in dem die Dämpfe an einen sicheren Ort abgeführt werden.

Bei der Verwendung von Schneidmühlen werden im Allgemeinen sehr hohe Geräuschpegel erzielt, die bei Bedienern und in der Nähe arbeitenden Personen durchaus zu Gehörschäden führen können. Diese Gefahr kann begrenzt werden, indem dieses Gerät von anderen Arbeitsbereichen getrennt wird. Vorzugsweise sollte der Geräuschpegel an der Quelle reduziert werden. Dies wurde erfolgreich erreicht, indem der Granulator mit schalldämpfendem Material beschichtet und Prallbleche an der Zufuhröffnung angebracht wurden. Es kann auch eine Gefährdung des Gehörs durch hörbare Geräusche geben, die von Ultraschallschweißmaschinen als normale Begleiterscheinung der Ultraschallenergien erzeugt werden. Geeignete Gehäuse können konstruiert werden, um die empfangenen Geräuschpegel zu reduzieren, und können verriegelt werden, um eine mechanische Gefährdung zu verhindern. Als Mindeststandard sollten Personen, die in Bereichen mit hohem Lärmpegel arbeiten, einen geeigneten Gehörschutz tragen, und es sollte ein geeignetes Gehörschutzprogramm geben, einschließlich audiometrischer Tests und Schulungen.

Verbrennungen sind ebenfalls eine Gefahr. Einige Zusatzstoffe und Katalysatoren für die Kunststoffherstellung und -verarbeitung können bei Kontakt mit Luft und Wasser hochreaktiv sein und leicht Verätzungen verursachen. Überall dort, wo geschmolzene Thermoplaste gehandhabt oder transportiert werden, besteht die Gefahr von Spritzern heißen Materials und daraus resultierenden Verbrennungen und Verbrühungen. Die Schwere dieser Verbrennungen kann durch die Tendenz heißer Thermoplaste, wie heißem Wachs, an der Haut zu haften, verstärkt werden.

Organische Peroxide sind Reizstoffe und können Blindheit verursachen, wenn sie in das Auge gelangen. Es sollte ein geeigneter Augenschutz getragen werden.

 

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Samstag, Februar 26 2011 18: 16

Biotechnologie-Industrie

Entwicklung und Profil

Biotechnologie kann definiert werden als die Anwendung biologischer Systeme auf technische und industrielle Prozesse. Es umfasst sowohl traditionelle als auch gentechnisch veränderte Organismen. Die traditionelle Biotechnologie ist das Ergebnis der klassischen Hybridisierung, Paarung oder Kreuzung verschiedener Organismen, um neue Organismen zu schaffen, die seit Jahrhunderten zur Herstellung von Brot, Bier, Käse, Soja, Sake, Vitaminen, Hybridpflanzen und Antibiotika verwendet werden. In jüngerer Zeit wurden auch verschiedene Organismen zur Behandlung von Abwasser, menschlichen Abwässern und industriellen Giftabfällen verwendet.

Die moderne Biotechnologie kombiniert die Prinzipien der Chemie und Biowissenschaften (Molekular- und Zellbiologie, Genetik, Immunologie) mit technologischen Disziplinen (Ingenieurwissenschaften, Informatik) zur Herstellung von Gütern und Dienstleistungen und für das Umweltmanagement. Die moderne Biotechnologie verwendet Restriktionsenzyme, um genetische Informationen, DNA, von einem Organismus zu einem anderen außerhalb lebender Zellen zu schneiden und einzufügen. Die zusammengesetzte DNA wird dann wieder in Wirtszellen eingeführt, um zu bestimmen, ob das gewünschte Merkmal exprimiert wird. Die resultierende Zelle wird als gentechnisch veränderter Klon, rekombinanter oder genetisch manipulierter Organismus (GMO) bezeichnet. Die „moderne“ Biotechnologieindustrie wurde 1961-1965 mit der Entschlüsselung des genetischen Codes geboren und ist seit den ersten erfolgreichen DNA-Klonexperimenten im Jahr 1972 dramatisch gewachsen.

Seit den frühen 1970er Jahren haben Wissenschaftler verstanden, dass die Gentechnik eine äußerst leistungsfähige und vielversprechende Technologie ist, aber dass potenziell ernsthafte Risiken zu berücksichtigen sind. Bereits 1974 forderten Wissenschaftler ein weltweites Moratorium für bestimmte Arten von Experimenten, um die Risiken abzuschätzen und geeignete Richtlinien zur Vermeidung biologischer und ökologischer Gefahren zu erarbeiten (Committee on Recombinant DNA Molecules, National Research Council, National Academy of Sciences 1974 ). Einige der geäußerten Bedenken betrafen das mögliche „Entweichen von Vektoren, die einen irreversiblen Prozess einleiten könnten, mit einem Potenzial, Probleme zu schaffen, die um ein Vielfaches größer sind als diejenigen, die sich aus der Vielzahl genetischer Rekombinationen ergeben, die spontan in der Natur auftreten“. Es gab Bedenken, dass „Mikroorganismen mit transplantierten Genen sich als gefährlich für den Menschen oder andere Lebensformen erweisen könnten. Schaden könnte entstehen, wenn die veränderte Wirtszelle einen Wettbewerbsvorteil hat, der ihr Überleben in einer Nische innerhalb des Ökosystems fördern würde“ (NIH 1976). Es war auch klar, dass Labormitarbeiter die „Kanarienvögel in der Kohlenmine“ sein würden und einige Versuche unternommen werden sollten, die Arbeiter sowie die Umwelt vor den unbekannten und potenziell ernsten Gefahren zu schützen.

Im Februar 1975 fand in Asilomar, Kalifornien, eine internationale Konferenz statt. Ihr Bericht enthielt die ersten Konsensrichtlinien, die auf biologischen und physikalischen Eindämmungsstrategien zur Kontrolle potenzieller Gefahren basierten, die von der neuen Technologie ausgehen. Bestimmte Experimente wurden als so schwerwiegende potenzielle Gefahren beurteilt, dass die Konferenz damals von ihrer Durchführung abriet (NIH 1976). Das folgende Werk wurde ursprünglich verboten:

  • arbeiten mit DNA von pathogenen Organismen und Onkogenen
  • Bildung von Rekombinanten, die Toxin-Gene enthalten
  • Arbeiten, die das Wirtsspektrum von Pflanzenpathogenen erweitern könnten
  • Einschleusen von Arzneimittelresistenzgenen in Organismen, von denen nicht bekannt ist, dass sie diese auf natürliche Weise erwerben, und bei denen die Behandlung beeinträchtigt wäre
  • absichtliche Freisetzung in die Umwelt (Freifelder 1978).

 

In den Vereinigten Staaten wurden 1976 die ersten National Institutes of Health Guidelines (NIHG) veröffentlicht, die die Asilomar-Richtlinien ersetzten. Diese NIHG erlaubten der Forschung, Experimente nach Gefahrenklassen einzustufen, basierend auf den Risiken, die mit Wirtszellen, Vektorsystemen, die Gene in die Zellen transportieren, und Geninserts verbunden sind, wodurch die Durchführung der Experimente auf der Grundlage einer Risikobewertung erlaubt oder eingeschränkt wurde. Die grundlegende Prämisse des NIHG – Arbeitnehmerschutz und damit auch die Sicherheit der Gemeinschaft zu gewährleisten – gilt auch heute noch (NIH 1996). Die NIHG werden regelmäßig aktualisiert und haben sich in den USA zu einem weithin akzeptierten Standard für die Biotechnologie entwickelt. Die Einhaltung wird von Institutionen verlangt, die Bundesmittel erhalten, sowie von vielen örtlichen Stadt- oder Gemeindeverordnungen. Das NIHG bildet eine Grundlage für Vorschriften in anderen Ländern der Welt, einschließlich der Schweiz (SCBS 1995) und Japan (National Institute of Health 1996).

Seit 1976 wurden die NIHG erweitert, um Eindämmungs- und Genehmigungserwägungen für neue Technologien, einschließlich groß angelegter Produktionsanlagen und Vorschläge für somatische Gentherapien bei Pflanzen, Tieren und Menschen, aufzunehmen. Einige der ursprünglich verbotenen Experimente sind jetzt mit ausdrücklicher Genehmigung des NIH oder mit bestimmten Eindämmungspraktiken erlaubt.

1986 veröffentlichte das US Office of Science and Technology Policy (OSTP) sein Coordinated Framework for Biotechnology Regulation. Es befasste sich mit der zugrunde liegenden politischen Frage, ob die bestehenden Vorschriften ausreichen, um aus den neuen Technologien abgeleitete Produkte zu bewerten, und ob die Überprüfungsverfahren für die Forschung ausreichen, um die Öffentlichkeit und die Umwelt zu schützen. Die US-Regulierungs- und Forschungsbehörden (Environmental Protection Agency (EPA), Food and Drug Administration (FDA), Occupational Safety and Health Administration (OSHA), NIH, US Department of Agriculture (USDA) und National Science Foundation (NSF)) stimmten zu Produkte regulieren, nicht Prozesse, und dass keine neuen Sonderregelungen zum Schutz der Arbeitnehmer, der Bevölkerung oder der Umwelt erforderlich seien. Die Richtlinie wurde eingeführt, um regulatorische Programme in integrierter und koordinierter Weise durchzuführen, Überschneidungen zu minimieren, und die Verantwortung für die Produktzulassung würde, soweit möglich, bei einer Behörde liegen. Die Agenturen würden ihre Bemühungen koordinieren, indem sie konsistente Definitionen annehmen und wissenschaftliche Überprüfungen (Risikobewertungen) von vergleichbarer wissenschaftlicher Strenge verwenden (OSHA 1984; OSTP 1986).

Das NIHG und das Coordinated Framework haben für ein angemessenes Maß an objektiver wissenschaftlicher Diskussion und öffentlicher Beteiligung gesorgt, was dazu geführt hat, dass sich die US-amerikanische Biotechnologie zu einer Multimilliarden-Dollar-Industrie entwickelt hat. Vor 1970 waren weniger als 100 Unternehmen in allen Aspekten der modernen Biotechnologie tätig. Bis 1977 kamen weitere 125 Firmen hinzu; 1983 brachten weitere 381 Unternehmen das Niveau der privaten Kapitalinvestitionen auf über 1 Milliarde Dollar. Bis 1994 war die Branche auf mehr als 1,230 Unternehmen angewachsen (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993), und die Marktkapitalisierung beträgt mehr als 6 Milliarden US-Dollar.

Die Beschäftigung in US-amerikanischen Biotechnologieunternehmen betrug 1980 etwa 700 Personen; 1994 beschäftigten ungefähr 1,300 Unternehmen mehr als 100,000 Arbeitnehmer (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993). Darüber hinaus gibt es eine ganze Hilfsindustrie, die Lieferungen (Chemikalien, Medienkomponenten, Zelllinien), Ausrüstung, Instrumente und Dienstleistungen (Zellbanking, Validierung, Kalibrierung) bereitstellt, die zur Gewährleistung der Integrität der Forschung und Produktion erforderlich sind.

Überall auf der Welt gab es ein großes Maß an Besorgnis und Skepsis hinsichtlich der Sicherheit der Wissenschaft und ihrer Produkte. Der Rat der Europäischen Gemeinschaften (Parlament der Europäischen Gemeinschaften 1987) entwickelte Richtlinien zum Schutz der Arbeitnehmer vor den Risiken im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber biologischen Stoffen (Rat der Europäischen Gemeinschaften 1990a) und zur Einführung von Umweltkontrollen bei experimentellen und kommerziellen Aktivitäten, einschließlich der absichtlichen Freisetzung. „Freisetzung“ umfasst die Vermarktung von Produkten unter Verwendung von GVO (Council of the European Communities 1990b; Van Houten und Flemming 1993). Normen und Richtlinien für biotechnologische Produkte wurden von internationalen und multilateralen Organisationen wie der Weltgesundheitsorganisation (WHO), der International Standards Organization (ISO), der Kommission der Europäischen Gemeinschaft, der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) und dem Microbial Strains Data Network entwickelt ( OSTP 1986).

Die moderne Biotechnologiebranche kann in vier große Industriesektoren unterteilt werden, die jeweils über Labor-, Feld- und/oder klinische Forschung und Entwicklung (F&E) verfügen, die die eigentliche Produktion von Waren und Dienstleistungen unterstützen.

  • biomedizinische Pharmazeutika, Biologika und Medizinprodukte
  • landwirtschaftliche Lebensmittel, transgene Fische und Tiere, krankheitsresistente und schädlingsresistente Pflanzen
  • gentechnisch veränderte Industrieprodukte wie Zitronensäure, Butanol, Aceton, Ethanol und Waschmittelenzyme (siehe Tabelle 1)
  • Umwelt-Abwasserbehandlung, Dekontaminierung von Industrieabfällen.

 

Table 1. Mikroorganismen von industrieller Bedeutung

Name und Vorname

Wirtsorganismus

Verwendung

Acetobacter aceti

Aerobes Bakterium

Fermentiert Obst

Aspirgillus niger

Asexueller Pilz

Baut organische Stoffe ab
Sicherer Einsatz bei der Herstellung von Zitronensäure und Enzymen

Aspirgillus oryzae

Asexueller Pilz

Wird bei der Herstellung von Miso, Sojasauce und Sake verwendet

Bacillis licheniformis

Bakterium

Industriechemikalien und Enzyme

Bacillis subtilis

Bakterium

Chemikalien, Enzyme, Quelle für einzelliges Protein für den menschlichen Verzehr in Asien

Eierstockzellen des Chinesischen Hamsters (CHO)*

Zellkultur von Säugetieren

Herstellung von Biopharmazeutika

Clostridium acetobutylicum

Bakterium

Herstellung von Butanol, Aceton

Escherichia coli K-12*

Bakterielle Belastung

Klonen für die Fermentation, Produktion von Pharmazeutika und Biologika

Penicillium roqueforte

Asexueller Pilz

Herstellung von Blauschimmelkäse

Saccharomyces cerevisiae*

Hefe

Klonen für die Bierherstellung

Saccharomyces uvarum*

Hefe

Klonen für alkoholische Getränke und industrielle Alkoholproduktion

* Wichtig für die moderne Biotechnologie.

 

Biotechnologische Arbeiter

Die Biotechnologie beginnt im Forschungslabor und ist eine multidisziplinäre Wissenschaft. Molekular- und Zellbiologen, Immunologen, Genetiker, Protein- und Peptidchemiker, Biochemiker und Biochemieingenieure sind den tatsächlichen und potenziellen Gefahren der rekombinanten DNA (rDNA)-Technologie am unmittelbarsten ausgesetzt. Zu den anderen Arbeitnehmern, die möglicherweise weniger direkt rDNA-Biogefahren ausgesetzt sind, gehören Service- und Hilfspersonal wie Lüftungs- und Kältetechniker, Kalibrierdienstleister und Haushaltspersonal. In einer kürzlich durchgeführten Umfrage unter Gesundheits- und Sicherheitsfachleuten in der Branche wurde festgestellt, dass die direkt und indirekt exponierten Arbeitnehmer etwa 30 bis 40 % der Gesamtbelegschaft in typischen kommerziellen Biotechnologieunternehmen ausmachen (Lee und Ryan 1996). Biotechnologische Forschung ist nicht auf die „Industrie“ beschränkt; Es wird auch in akademischen, medizinischen und staatlichen Institutionen durchgeführt.

Biotechnologische Labormitarbeiter sind einer Vielzahl von gefährlichen und toxischen Chemikalien, rekombinanten und nicht-rekombinanten oder „Wildtyp“-Biogefahren, durch menschliches Blut übertragbaren Krankheitserregern und zoonotischen Erkrankungen sowie radioaktiven Materialien ausgesetzt, die in Markierungsexperimenten verwendet werden. Darüber hinaus werden Muskel-Skelett-Erkrankungen und Verletzungen durch wiederholte Belastung aufgrund der umfangreichen Verwendung von Computern und manuellen Mikropipetten immer häufiger als potenzielle Gefahren für Forscher erkannt.

Betreiber von Biotechnologie-Herstellern sind ebenfalls gefährlichen Chemikalien ausgesetzt, jedoch nicht der Vielfalt, die man in der Forschung sieht. Je nach Produkt und Prozess kann es bei der Herstellung zu einer Exposition gegenüber Radionukliden kommen. Selbst bei der niedrigsten Biogefährdungsstufe sind biotechnologische Herstellungsprozesse geschlossene Systeme, und das Potenzial für eine Exposition gegenüber rekombinanten Kulturen ist gering, außer im Falle von Unfällen. In biomedizinischen Produktionsstätten ergänzt die Anwendung aktueller guter Herstellungspraktiken die Biosicherheitsrichtlinien zum Schutz der Arbeiter in der Fabrikhalle. Zu den Hauptgefahren für Fertigungsarbeiter in GLSP-Betrieben (Good Large-Scale Practice) mit ungefährlichen rekombinanten Organismen gehören traumatische Muskel-Skelett-Verletzungen (z. B. Rückenzerrungen und Schmerzen), thermische Verbrennungen durch Dampfleitungen und chemische Verbrennungen durch Säuren und Laugen (Phosphorsäure). , Natrium- und Kaliumhydroxid), die in dem Verfahren verwendet werden.

Mitarbeiter des Gesundheitswesens, einschließlich klinischer Labortechniker, sind während der Verabreichung von Arzneimitteln und der Versorgung von Patienten, die an diesen experimentellen Verfahren teilnehmen, Gentherapievektoren, Exkrementen und Laborproben ausgesetzt. Haushälterinnen können ebenfalls entlarvt werden. Arbeitnehmer- und Umweltschutz sind zwei obligatorische Versuchspunkte, die bei der Beantragung von Humangentherapie-Experimenten beim NIH zu berücksichtigen sind (NIH 1996).

Landarbeiter können während der Anwendung von Pestiziden, beim Pflanzen, Ernten und Verarbeiten rekombinanten Produkten, Pflanzen oder Tieren stark ausgesetzt sein. Unabhängig vom potenziellen Biogefährdungsrisiko durch die Exposition gegenüber genetisch veränderten Pflanzen und Tieren sind auch die traditionellen physikalischen Gefahren im Zusammenhang mit landwirtschaftlichen Geräten und der Tierhaltung vorhanden. Technische Kontrollen, PSA, Ausbildung und medizinische Überwachung werden entsprechend den erwarteten Risiken eingesetzt (Legaspi und Zenz 1994; Pratt und May 1994). PSA einschließlich Overalls, Atemschutzmasken, Arbeitshandschuhe, Schutzbrillen oder Hauben sind wichtig für die Arbeitssicherheit während der Anwendung, des Wachstums und der Ernte der gentechnisch veränderten Pflanzen oder Bodenorganismen.

Prozesse und Gefahren

Bei biotechnologischen Prozessen im biomedizinischen Bereich werden gezielt modifizierte Zellen oder Organismen zu gewünschten Produkten in Monokultur-Bioreaktoren kultiviert. In Säugetierzellkulturen wird das Proteinprodukt von den Zellen in das umgebende Nährmedium ausgeschieden, und eine Vielzahl chemischer Trennverfahren (Größen- oder Affinitätschromatographie, Elektrophorese) kann verwendet werden, um das Produkt einzufangen und zu reinigen. Woher Escherichia coli Wirtsorganismen werden in Fermentationen verwendet, das gewünschte Produkt wird innerhalb der Zellmembran produziert und die Zellen müssen physikalisch aufgebrochen werden, um das Produkt zu ernten. Endotoxin-Exposition ist eine potenzielle Gefahr dieses Prozesses. Häufig werden den Produktionsmedien Antibiotika zugesetzt, um die Produktion des gewünschten Produkts zu steigern oder den selektiven Druck auf ansonsten instabile genetische Produktionselemente (Plasmide) aufrechtzuerhalten. Allergische Empfindlichkeiten gegenüber diesen Materialien sind möglich. Im Allgemeinen handelt es sich dabei um Aerosolexpositionsrisiken.

Leckagen und Freisetzungen von Aerosolen sind zu erwarten, und eine potenzielle Exposition wird auf verschiedene Weise kontrolliert. Durchdringungen in den Reaktorbehältern sind notwendig für die Zufuhr von Nährstoffen und Sauerstoff, für das Ausgasen von Kohlendioxid (CO2) und zur Überwachung und Steuerung des Systems. Jede Penetration muss versiegelt oder gefiltert werden (0.2 Mikron), um eine Kontamination der Kultur zu verhindern. Die Abgasfiltration schützt auch Arbeiter und Umgebung im Arbeitsbereich vor Aerosolen, die während der Kultur oder Fermentation entstehen. Je nach Biogefährdungspotenzial der Anlage ist eine validierte biologische Inaktivierung flüssiger Abwässer (meist durch Hitze, Dampf oder chemische Verfahren) gängige Praxis. Andere potenzielle Gefahren in der biotechnologischen Fertigung ähneln denen in anderen Branchen: Lärm, mechanische Schutzvorrichtungen, Dampf-/Hitzeverbrennungen, Kontakt mit ätzenden Stoffen und so weiter.

Enzyme und industrielle Fermentation werden hierin an anderer Stelle behandelt Enzyklopädie und umfassen die Prozesse, Gefahren und Kontrollen, die für gentechnisch veränderte Produktionssysteme ähnlich sind.

Die traditionelle Landwirtschaft hängt von der Stammentwicklung ab, die die traditionelle Kreuzung verwandter Pflanzenarten nutzt. Der große Vorteil gentechnisch veränderter Pflanzen besteht darin, dass die Zeit zwischen den Generationen und die Anzahl der Kreuzungen, die zum Erhalt des gewünschten Merkmals erforderlich sind, stark reduziert werden. Auch die derzeit unpopuläre Abhängigkeit von chemischen Pestiziden und Düngemitteln (die zur Verschmutzung durch Abflüsse beitragen) begünstigt eine Technologie, die diese Anwendungen möglicherweise unnötig macht.

Die Pflanzenbiotechnologie umfasst die Auswahl einer genetisch anpassungsfähigen und/oder finanziell bedeutenden Pflanzenart für Modifikationen. Da Pflanzenzellen feste Zellwände aus Zellulose haben, unterscheiden sich die Methoden zum Transfer von DNA in Pflanzenzellen von denen, die für Bakterien und Säugetierzelllinien im biomedizinischen Bereich verwendet werden. Es gibt zwei primäre Methoden, die zum Einführen von fremder gentechnisch veränderter DNA in Pflanzenzellen verwendet werden (Watrud, Metz und Fishoff 1996):

  • eine Partikelkanone schießt DNA in die interessierende Zelle
  • ein entwaffneter, nicht tumorigener Agrobacterium tumefaciens Virus fügt Genkassetten in das Erbgut der Zelle ein.

 

Wildtyp Agrobacterium tumefaciens ist ein natürlicher Pflanzenpathogen, der Kronengallentumoren in verletzten Pflanzen verursacht. Diese entwaffneten, gentechnisch veränderten Vektorstämme verursachen keine Pflanzentumorbildung.

Nach der Transformation durch jedes Verfahren werden die Pflanzenzellen verdünnt, ausplattiert und auf selektiven Gewebekulturmedien für einen relativ langen Zeitraum (im Vergleich zu bakteriellen Wachstumsraten) in Pflanzenwachstumskammern oder Inkubatoren gezüchtet. Pflanzen, die aus dem behandelten Gewebe regeneriert wurden, werden zum weiteren Wachstum in umschlossene Wachstumskammern in Erde verpflanzt. Nach Erreichen des entsprechenden Alters werden sie auf die Ausprägung der gewünschten Merkmale untersucht und dann in Gewächshäusern angebaut. Mehrere Generationen von Gewächshausexperimenten sind erforderlich, um die genetische Stabilität des interessierenden Merkmals zu bewerten und das benötigte Saatgut für weitere Studien zu generieren. Während dieser Phase der Arbeit werden auch Daten über die Umweltauswirkungen gesammelt und mit Vorschlägen an die Regulierungsbehörden für die Freigabe von Freilandversuchen übermittelt.

Kontrollen: Das Beispiel der Vereinigten Staaten

Das NIHG (NIH 1996) beschreibt einen systematischen Ansatz, um sowohl die Exposition der Arbeiter gegenüber als auch die Freisetzung rekombinanter Organismen in die Umwelt zu verhindern. Jede Institution (z. B. Universität, Krankenhaus oder kommerzielles Labor) ist dafür verantwortlich, rDNA-Forschung sicher und in Übereinstimmung mit dem NIHG durchzuführen. Dies wird durch ein Verwaltungssystem erreicht, das Verantwortlichkeiten definiert und umfassende Risikobewertungen durch sachkundige Wissenschaftler und Biosicherheitsbeauftragte, die Umsetzung von Expositionskontrollen, medizinische Überwachungsprogramme und Notfallplanung erfordert. Ein Institutional Biosafety Committee (IBC) stellt die Mechanismen für die Überprüfung und Genehmigung von Experimenten innerhalb der Institution bereit. In einigen Fällen ist die Genehmigung des NIH Recombinant Advisory Committee (RAC) selbst erforderlich.

Der Grad der Kontrolle hängt von der Schwere des Risikos ab und wird in Bezug auf die Biosafety Level (BL) Bezeichnungen 1-4 beschrieben; BL1 ist am wenigsten restriktiv und BL4 am stärksten. Eindämmungsrichtlinien werden für Forschung, Forschung und Entwicklung im großen Maßstab (mehr als 10 Liter Kultur), großtechnische Produktion sowie Tier- und Pflanzenversuche im großen und kleinen Maßstab gegeben.

Anhang G des NIHG (NIH 1996) beschreibt die physische Eindämmung im Labormaßstab. BL1 ist für die Arbeit mit Stoffen geeignet, von denen keine bekannte oder minimale potenzielle Gefahr für das Laborpersonal oder die Umwelt besteht. Das Labor ist nicht von der allgemeinen Verkehrsführung im Gebäude getrennt. Gearbeitet wird auf den offenen Tischplatten. Es sind keine speziellen Eindämmungsvorrichtungen erforderlich oder werden verwendet. Das Laborpersonal wird in Laborverfahren geschult und von einem Wissenschaftler mit allgemeiner Ausbildung in Mikrobiologie oder einer verwandten Wissenschaft beaufsichtigt.

BL2 ist geeignet für Arbeiten mit Arbeitsstoffen mit mittlerem Gefährdungspotenzial für Personal und Umwelt. Der Zugang zum Labor ist während der Arbeit eingeschränkt, die Arbeiter sind im Umgang mit Krankheitserregern speziell geschult und werden von kompetenten Wissenschaftlern geleitet, und Arbeiten, bei denen Aerosole entstehen, werden in biologischen Sicherheitswerkbänken oder anderen Sicherheitseinrichtungen durchgeführt. Diese Arbeit kann gegebenenfalls eine medizinische Überwachung oder Impfungen erfordern, die von der IBC festgelegt werden.

BL3 ist anwendbar, wenn mit einheimischen oder exotischen Arbeitsstoffen gearbeitet wird, die durch Einatmen schwere oder möglicherweise tödliche Krankheiten verursachen können. Die Arbeiter sind speziell geschult und werden von kompetenten Wissenschaftlern überwacht, die Erfahrung im Umgang mit diesen gefährlichen Stoffen haben. Alle Verfahren werden unter Containment-Bedingungen durchgeführt, die spezielle Technik und PSA erfordern.

BL4 ist den gefährlichsten und exotischsten Wirkstoffen vorbehalten, die ein hohes individuelles und gemeinschaftliches Risiko einer lebensbedrohlichen Erkrankung darstellen. Weltweit gibt es nur wenige BL4-Labore.

Anhang K befasst sich mit dem physischen Containment für Forschungs- oder Produktionsaktivitäten in Mengen von mehr als 10 l (großer Maßstab). Wie in den Small-Scale-Richtlinien gibt es eine Hierarchie der Containment-Anforderungen vom niedrigsten zum höchsten Gefahrenpotential: GLSP bis BL3-Large-Scale (BL3-LS).

Das NIHG, Anhang P, deckt die Arbeit mit Pflanzen im Labormaßstab, in der Wachstumskammer und im Gewächshausmaßstab ab. In der Einleitung heißt es: „Der Hauptzweck der Eindämmung von Pflanzen besteht darin, die unbeabsichtigte Übertragung eines rekombinante DNA enthaltenden Pflanzengenoms, einschließlich Kern- oder Organellen-Erbmaterial, oder die Freisetzung von mit Pflanzen assoziierten, von rekombinanter DNA abgeleiteten Organismen zu verhindern. Im Allgemeinen stellen diese Organismen keine Gefahr für die menschliche Gesundheit oder höhere Tiere dar, es sei denn, sie werden zu diesem Zweck absichtlich modifiziert. Die unbeabsichtigte Ausbreitung eines schwerwiegenden Krankheitserregers aus einem Gewächshaus auf eine lokale landwirtschaftliche Nutzpflanze oder die unbeabsichtigte Einführung und Etablierung eines Organismus in einem neuen Ökosystem ist jedoch möglich“ (NIH 1996). In den Vereinigten Staaten sind die EPA und der Tier- und Pflanzengesundheitsinspektionsdienst (APHIS) des USDA gemeinsam für die Risikobewertung und die Überprüfung der generierten Daten verantwortlich, bevor die Genehmigung für Feldfreigabetests erteilt wird (EPA 1996; Foudin und Gay 1995). Fragen wie Persistenz und Ausbreitung in Wasser, Luft und Boden, durch Insekten- und Tierarten, das Vorhandensein anderer ähnlicher Pflanzen in der Umgebung, Umweltstabilität (Frost- oder Hitzeempfindlichkeit) und Konkurrenz mit einheimischen Arten werden bewertet – oft zuerst im Gewächshaus (Libermann et al. 1996).

Die Eindämmungsstufen für Anlagen und Praxen reichen ebenfalls von BL1 bis BL4. Typische BL1-Experimente beinhalten Selbstklonen. BL2 kann die Übertragung von Merkmalen von einem Pathogen auf eine Wirtspflanze umfassen. BL3 kann Toxinexpression oder umweltgefährdende Mittel beinhalten. Der Arbeitnehmerschutz wird auf den verschiedenen Ebenen durch PSA und technische Kontrollen wie Gewächshäuser und Gewächshäuser mit gerichtetem Luftstrom und hocheffizienten Partikelluftfiltern (HEPA) erreicht, um die Freisetzung von Pollen zu verhindern. Je nach Risiko kann der Schutz der Umwelt und der Gemeinschaft vor potenziell gefährlichen Stoffen durch biologische Kontrollen erreicht werden. Beispiele sind ein temperaturempfindliches Merkmal, ein Arzneimittelempfindlichkeitsmerkmal oder ein Ernährungserfordernis, das in der Natur nicht vorhanden ist.

Da die wissenschaftlichen Erkenntnisse zunahmen und die Technologie fortschritt, wurde erwartet, dass das NIHG überprüft und überarbeitet werden müsste. In den letzten 20 Jahren hat sich der RAC getroffen, um Änderungsvorschläge zu prüfen und zu genehmigen. Beispielsweise erlässt das NIHG keine pauschalen Verbote mehr für die absichtliche Freisetzung von gentechnisch veränderten Organismen; Freisetzungen von landwirtschaftlichen Erzeugnissen in Feldversuche und Gentherapieexperimente beim Menschen sind unter geeigneten Umständen und nach angemessener Risikobewertung zulässig. Eine sehr bedeutende Änderung des NIHG war die Schaffung der GLSP-Containment-Kategorie. Es lockerte die Eindämmungsanforderungen für „nicht pathogene, nicht toxigene rekombinante Stämme, die von Wirtsorganismen stammen, die eine lange Geschichte der sicheren Verwendung in großem Maßstab haben oder die eingebaute Umweltbeschränkungen haben, die ein optimales Wachstum im großen Maßstab, aber ein begrenztes Überleben ermöglichen ohne nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt“ (NIH 1991). Dieser Mechanismus hat es der Technologie ermöglicht, sich weiterzuentwickeln und gleichzeitig die Sicherheitsanforderungen zu berücksichtigen.

Kontrollen: Das Beispiel der Europäischen Gemeinschaft

Im April 1990 erließ die Europäische Gemeinschaft (EG) zwei Richtlinien über die Verwendung in geschlossenen Systemen und die absichtliche Freisetzung von GVO in die Umwelt. Beide Richtlinien verpflichten die Mitgliedstaaten sicherzustellen, dass alle geeigneten Maßnahmen ergriffen werden, um schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit oder die Umwelt zu vermeiden, insbesondere indem der Benutzer alle relevanten Risiken im Voraus bewerten muss. In Deutschland wurde das Gentechnikgesetz 1990 teilweise als Reaktion auf die EG-Richtlinien erlassen, aber auch um dem Erfordernis einer gesetzlichen Genehmigung zum Bau einer Produktionsanlage für rekombinantes Insulin im Probebetrieb zu entsprechen (Reutsch und Broderick 1996). In der Schweiz basieren die Vorschriften auf dem US NIHG, Ratsrichtlinien der EG und dem deutschen Gentechnikgesetz. Die Schweizer verlangen eine jährliche Registrierung und Aktualisierung der Experimente bei der Regierung. Im Allgemeinen sind die rDNA-Standards in Europa restriktiver als in den USA, und dies hat dazu beigetragen, dass viele europäische Pharmaunternehmen die rDNA-Forschung aus ihren Heimatländern verlagert haben. Die schweizerischen Vorschriften erlauben jedoch eine Kategorie der Sicherheitsstufe Large Scale 4, die nach dem NIHG (SCBS 1995) nicht zulässig ist.

Produkte der Biotechnologie

Einige der biologischen und pharmazeutischen Produkte, die erfolgreich durch rekombinante DNA-Biotechnologien hergestellt wurden, umfassen: menschliches Insulin; menschliches Wachstumshormon; Hepatitis-Impfstoffe; alpha-Interferon; Beta-Interferon; Gamma-Interferon; Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor; Gewebe-Plasminogen-Aktivator; Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor; IL2; Erythropoietin; Crymax, ein Insektizidprodukt zur Bekämpfung von Raupen in Gemüse; Baumnuss- und Weinkulturen; Flavr Savr (TM) Tomate; Chymogen, ein Enzym, das Käse herstellt; ATIII (Antithrombin III), gewonnen aus transgener Ziegenmilch, die zur Verhinderung von Blutgerinnseln bei Operationen verwendet wird; BST und PST (bovines und porcines Somatotropin) werden verwendet, um die Milch- und Fleischproduktion anzukurbeln.

Gesundheitsprobleme und Krankheitsbilder

Es gibt fünf Hauptgesundheitsgefahren durch die Exposition gegenüber Mikroorganismen oder ihren Produkten in der Biotechnologie im industriellen Maßstab:

  • Infektion
  • Reaktion auf Endotoxin
  • Allergie gegen die Mikroorganismen
  • allergische Reaktion auf ein Produkt
  • toxische Reaktion auf ein Produkt.

 

Eine Infektion ist unwahrscheinlich, da in den meisten industriellen Prozessen Nicht-Pathogene verwendet werden. Es ist jedoch möglich, dass als harmlos geltende Mikroorganismen wie z Pseudomonas und Aspergillus Arten können bei immungeschwächten Personen eine Infektion verursachen (Bennett 1990). Die Exposition gegenüber Endotoxin, einem Bestandteil der Lipopolysaccharidschicht der Zellwand aller gramnegativen Bakterien, bei Konzentrationen von mehr als etwa 300 ng/m3 verursacht vorübergehende grippeähnliche Symptome (Balzer 1994). Arbeiter in vielen Branchen, einschließlich traditioneller Landwirtschaft und Biotechnologie, haben die Auswirkungen einer Endotoxin-Exposition erlebt. Auch allergische Reaktionen auf den Mikroorganismus oder das Produkt treten in vielen Branchen auf. Berufsasthma wurde in der Biotechnologiebranche für eine breite Palette von Mikroorganismen und Produkten diagnostiziert, darunter: Aspergillus niger, Penicillium spp. und Proteasen; Einige Unternehmen haben Vorfälle bei mehr als 12 % der Belegschaft festgestellt. Toxische Reaktionen können so vielfältig sein wie die Organismen und Produkte. Es hat sich gezeigt, dass die Exposition gegenüber Antibiotika zu Veränderungen der mikrobiellen Flora im Darm führt. Es ist bekannt, dass Pilze unter bestimmten Wachstumsbedingungen Toxine und Karzinogene produzieren können (Bennett 1990).

Um Bedenken auszuräumen, dass exponierte Arbeiter die ersten sein könnten, die mögliche nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit durch die neue Technologie entwickeln würden, ist die medizinische Überwachung von rDNA-Arbeitern von Anfang an Teil der NIHG. Institutionelle Biosicherheitsausschüsse sind in Absprache mit dem Arbeitsmediziner damit beauftragt, auf Projektbasis zu bestimmen, welche medizinische Überwachung angemessen ist. Abhängig von der Identität des spezifischen Agens, der Art der biologischen Gefahr, den potenziellen Expositionswegen und der Verfügbarkeit von Impfstoffen können die Komponenten des medizinischen Überwachungsprogramms körperliche Untersuchungen vor der Unterbringung, regelmäßige Nachsorgeuntersuchungen, spezifische Impfstoffe und spezifische Impfstoffe umfassen Allergie- und Krankheitsauswertungen, präexpositionelle Seren und epidemiologische Erhebungen.

Bennett (1990) hält es für unwahrscheinlich, dass genetisch veränderte Mikroorganismen ein höheres Infektions- oder Allergierisiko darstellen als der ursprüngliche Organismus, aber es könnten zusätzliche Risiken durch das neuartige Produkt oder die rDNA entstehen. Ein kürzlich erschienener Bericht weist darauf hin, dass die Expression eines Paranussallergens in transgenen Sojabohnen unerwartete gesundheitliche Auswirkungen bei Arbeitern und Verbrauchern haben kann (Nordlee et al. 1996). Andere neuartige Gefahren könnten die Verwendung tierischer Zelllinien sein, die unbekannte oder unentdeckte Onkogene oder Viren enthalten, die potenziell schädlich für den Menschen sind.

Es ist wichtig anzumerken, dass sich die frühen Befürchtungen hinsichtlich der Schaffung genetisch gefährlicher mutierter Arten oder Supertoxine nicht bewahrheitet haben. Die WHO stellte fest, dass die Biotechnologie keine Risiken birgt, die sich von anderen Verarbeitungsindustrien unterscheiden (Miller 1983), und laut Liberman, Ducatman und Fink (1990) „ist der aktuelle Konsens, dass die potenziellen Risiken der rDNA anfänglich überbewertet wurden und dass die Die mit dieser Forschung verbundenen Gefahren ähneln denen, die mit dem verwendeten Organismus, Vektor, DNA, Lösungsmitteln und physikalischen Geräten verbunden sind“. Sie kommen zu dem Schluss, dass von gentechnisch veränderten Organismen zwangsläufig Gefahren ausgehen; es kann jedoch eine Eindämmung definiert werden, um die Exposition zu minimieren.

Es ist sehr schwierig, berufliche Expositionen zu identifizieren, die für die Biotechnologiebranche spezifisch sind. „Biotechnologie“ ist keine separate Branche mit einem charakteristischen Standard Industrial Classification (SIC)-Code; Vielmehr wird es als ein Prozess oder eine Reihe von Werkzeugen betrachtet, die in vielen industriellen Anwendungen verwendet werden. Folglich werden bei der Meldung von Unfällen und Expositionen die Daten zu Fällen, an denen Biotechnologie-Arbeiter beteiligt sind, zu den Daten zu allen anderen gehören, die in der aufnehmenden Industrie (z. B. Landwirtschaft, pharmazeutische Industrie oder Gesundheitswesen) auftreten. Darüber hinaus ist bekannt, dass Laborzwischenfälle und -unfälle zu wenig gemeldet werden.

Es wurden nur wenige Krankheiten gemeldet, die speziell auf genetisch veränderte DNA zurückzuführen sind; sie sind jedoch nicht unbekannt. Mindestens eine dokumentierte lokale Infektion und Serokonversion wurde gemeldet, als ein Arbeiter einen Nadelstich erlitt, der mit einem rekombinanten Vaccinia-Vektor kontaminiert war (Openshaw et al. 1991).

Richtlinienprobleme

In den 1980er Jahren entstanden die ersten Produkte der Biotechnologie in den USA und Europa. Gentechnisch hergestelltes Insulin wurde 1982 zugelassen, ebenso wie ein gentechnisch hergestellter Impfstoff gegen die Schweinekrankheit „scours“ (Sattelle 1991). Es wurde gezeigt, dass rekombinantes Rindersomatotropin (BST) die Milchproduktion einer Kuh und das Gewicht von Fleischrindern erhöht. Es wurden Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit und der Produktsicherheit geäußert und ob die bestehenden Vorschriften angemessen seien, um diese Bedenken in all den verschiedenen Bereichen auszuräumen, in denen biotechnologische Produkte vermarktet werden könnten. Die NIHG bieten Schutz für Arbeitnehmer und Umwelt während der Forschungs- und Entwicklungsphase. Die Produktsicherheit und -wirksamkeit liegt nicht in der Verantwortung des NIHG. In den USA werden potenzielle Risiken biotechnologischer Produkte durch das Coordinated Framework von der am besten geeigneten Behörde (FDA, EPA oder USDA) bewertet.

Die Debatte über die Sicherheit der Gentechnik und der Produkte der Biotechnologie geht weiter (Thomas und Myers 1993), insbesondere im Hinblick auf landwirtschaftliche Anwendungen und Lebensmittel für den menschlichen Verzehr. Verbraucher in einigen Gebieten wünschen Produkte, die gekennzeichnet sind, um zu identifizieren, welche die traditionellen Hybriden sind und welche aus der Biotechnologie stammen. Bestimmte Hersteller von Milchprodukten lehnen es ab, Milch von Kühen zu verwenden, die BST erhalten. In einigen Ländern (z. B. Schweiz) ist es verboten. Die FDA hat die Produkte als sicher eingestuft, aber es gibt auch wirtschaftliche und soziale Probleme, die für die Öffentlichkeit möglicherweise nicht akzeptabel sind. BST kann in der Tat einen Wettbewerbsnachteil für kleinere landwirtschaftliche Betriebe schaffen, von denen die meisten familiengeführt sind. Im Gegensatz zu medizinischen Anwendungen, bei denen es möglicherweise keine Alternative zur gentechnischen Behandlung gibt, ist die Öffentlichkeit, wenn traditionelle Lebensmittel verfügbar und reichlich vorhanden sind, für die traditionelle Hybridisierung gegenüber rekombinanten Lebensmitteln. Raue Umgebungen und die derzeitige weltweite Nahrungsmittelknappheit können diese Einstellung jedoch ändern.

Neuere Anwendungen der Technologie auf die menschliche Gesundheit und Erbkrankheiten haben die Bedenken wiederbelebt und neue ethische und soziale Fragen aufgeworfen. Das Human Genome Project, das in den frühen 1980er Jahren begann, wird eine physische und genetische Karte des menschlichen genetischen Materials erstellen. Diese Karte wird Forschern Informationen liefern, um „gesunde oder normale“ und „kranke“ Genexpression zu vergleichen, um die grundlegenden genetischen Defekte besser zu verstehen, vorherzusagen und auf Heilmittel hinzuweisen. Humangenomtechnologien haben neue diagnostische Tests für die Huntington-Krankheit, zystische Fibrose und Brust- und Dickdarmkrebs hervorgebracht. Von der somatischen Gentherapie beim Menschen wird erwartet, dass sie die Behandlung von Erbkrankheiten korrigiert oder verbessert. DNA-„Fingerabdrücke“ durch Restriktionsfragment-Polymorphismus-Kartierung von genetischem Material wird als forensischer Beweis in Fällen von Vergewaltigung, Entführung und Mord verwendet. Es kann verwendet werden, um die Vaterschaft zu beweisen (oder technisch zu widerlegen). Es kann auch in kontroverseren Bereichen verwendet werden, wie zum Beispiel zur Einschätzung der Wahrscheinlichkeit, an Krebs und Herzerkrankungen zu erkranken, für Versicherungsschutz und vorbeugende Behandlungen oder als Beweismittel vor Kriegsverbrechertribunalen und als genetische „Erkennungsmarke“ beim Militär.

Obwohl technisch machbar, wurden Arbeiten an menschlichen Keimbahnexperimenten (von Generation zu Generation übertragbar) aufgrund ernsthafter sozialer und ethischer Erwägungen nicht für eine Zulassung in den USA in Betracht gezogen. In den USA sind jedoch öffentliche Anhörungen geplant, um die Diskussion über die menschliche Keimbahntherapie und die wünschenswerten Merkmalsverbesserungen, die nicht mit Krankheiten in Verbindung gebracht werden, wieder aufzunehmen.

Schließlich entwickeln sich neben Sicherheits-, sozialen und ethischen Fragen immer noch Rechtstheorien über den Besitz von Genen und DNA und die Haftung für Gebrauch oder Missbrauch.

Langfristige Auswirkungen der Freisetzung verschiedener Stoffe in die Umwelt müssen verfolgt werden. Für Arbeiten, die in der Laborumgebung sorgfältig und angemessen kontrolliert werden, für die jedoch nicht alle Möglichkeiten der Umgebung bekannt sind, werden neue Fragen der biologischen Eindämmung und des Wirtsspektrums auftauchen. Entwicklungsländer, in denen möglicherweise kein angemessenes wissenschaftliches Fachwissen und/oder keine Regulierungsbehörden vorhanden sind, können entweder nicht willens oder nicht in der Lage sein, die Risikobewertung für ihr spezielles Umfeld zu übernehmen. Dies könnte zu unnötigen Beschränkungen oder einer unvorsichtigen Politik der „offenen Tür“ führen, die sich beides als schädlich für den langfristigen Nutzen des Landes erweisen könnte (Ho 1996).

Darüber hinaus ist Vorsicht geboten, wenn technisch hergestellte landwirtschaftliche Wirkstoffe in neuartige Umgebungen eingeführt werden, in denen kein Frost oder andere natürliche Eindämmungsdrücke vorhanden sind. Werden sich indigene Populationen oder natürliche Austauscher genetischer Informationen mit rekombinanten Wirkstoffen in freier Wildbahn paaren, was zur Übertragung veränderter Merkmale führt? Würden sich diese Eigenschaften bei anderen Agenten als schädlich erweisen? Was wären die Auswirkungen auf die Behandlungsadministratoren? Werden Immunreaktionen die Ausbreitung begrenzen? Sind gentechnisch hergestellte lebende Agenten in der Lage, Artenbarrieren zu überwinden? Bleiben sie in der Umgebung von Wüsten, Bergen, Ebenen und Städten bestehen?

Zusammenfassung

Die moderne Biotechnologie in den Vereinigten Staaten hat sich seit den frühen 1970er Jahren unter Konsensrichtlinien und lokalen Verordnungen entwickelt. Eine sorgfältige Prüfung hat keine unerwarteten, unkontrollierbaren Merkmale gezeigt, die von einem rekombinanten Organismus exprimiert werden. Es ist eine nützliche Technologie, ohne die viele medizinische Verbesserungen auf Basis natürlicher therapeutischer Proteine ​​nicht möglich gewesen wären. In vielen entwickelten Ländern ist die Biotechnologie eine wichtige Wirtschaftskraft, und um die biotechnologische Revolution herum ist eine ganze Industrie gewachsen.

Medizinische Probleme für Biotechnologie-Arbeiter hängen mit den spezifischen Wirts-, Vektor- und DNA-Risiken und den durchgeführten körperlichen Operationen zusammen. Bisher konnten Arbeitnehmerkrankheiten durch Technik, Arbeitspraktiken, Impfstoffe und biologische Eindämmungskontrollen verhindert werden, die für das Risiko von Fall zu Fall spezifisch sind. Und die Verwaltungsstruktur ist vorhanden, um prospektive Risikobewertungen für jedes neue Versuchsprotokoll durchzuführen. Ob sich diese Sicherheitsbilanz im Bereich der Freisetzung lebensfähiger Materialien in die Umwelt fortsetzt, ist eine Frage der fortlaufenden Bewertung der potenziellen Umweltrisiken – Persistenz, Ausbreitung, natürliche Austauscher, Eigenschaften der Wirtszelle, Spezifität des Wirtsspektrums für verwendete Transfermittel, Art der eingefügtes Gen und so weiter. Es ist wichtig, dies für alle möglichen betroffenen Umgebungen und Arten zu berücksichtigen, um Überraschungen zu minimieren, die die Natur oft bietet.

 

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Samstag, Februar 26 2011 18: 19

Pyrotechnik Industrie

Adaptiert aus der 3. Auflage, „Lexikon des Arbeits- und Gesundheitsschutzes“.

Die pyrotechnische Industrie kann definiert werden als die Herstellung von pyrotechnischen Gegenständen (Feuerwerk) zur Unterhaltung, für technische und militärische Zwecke in der Signalgebung und Beleuchtung, zur Verwendung als Pestizide und für verschiedene andere Zwecke. Diese Gegenstände enthalten pyrotechnische Stoffe aus Pulvern oder pastösen Massen, die je nach Bedarf geformt, kompaktiert oder verdichtet werden. Wenn sie gezündet werden, wird die in ihnen enthaltene Energie freigesetzt, um bestimmte Effekte zu erzielen, wie z. B. Aufleuchten, Detonation, Pfeifen, Schreien, Rauchbildung, Schwelen, Vortrieb, Zündung, Zündung, Schießen und Zerfall. Der wichtigste pyrotechnische Stoff ist nach wie vor Schwarzpulver (Schießpulver, bestehend aus Holzkohle, Schwefel und Kaliumnitrat), das lose zur Detonation, kompaktiert zum Antrieb oder Schießen oder gepuffert mit Holzkohle als Zündkapsel verwendet werden kann.

Prozesse

Rohstoffe für die Herstellung von Pyrotechnik müssen sehr rein, frei von allen mechanischen Verunreinigungen und (vor allem) frei von Säurebestandteilen sein. Dies gilt auch für Hilfsstoffe wie Papier, Pappe und Leim. Tabelle 1 listet gängige Rohstoffe auf, die bei der Herstellung von Pyrotechnik verwendet werden.

Tabelle 1. Rohstoffe, die bei der Herstellung von Pyrotechnik verwendet werden

Produkte

Rohstoffe

Sprengstoffe

Nitrozellulose (Kollodiumwolle), Silberfulminat, Schwarzpulver
(Kaliumnitrat, Schwefel und Holzkohle).

Brennbare Materialien

Akaroidharz, Dextrine, Gallussäure, Gummi Arabicum, Holz, Holzkohle,
Kolophonium, Laktose, Polyvinylchlorid (PVC), Schellack, Methylcellulose,
Antimonsulfid, Aluminium, Magnesium, Silizium, Zink,
Phosphor, Schwefel.

Oxidierende Materialien

Kaliumchlorat, Bariumchlorat, Kalium, Perchlorat, Barium
Nitrat, Kaliumnitrat, Natriumnitrat, Strontiumnitrat, Barium
Peroxid, Bleidioxid, Chromoxid.

Flammfärbende Materialien

Bariumcarbonat (grün), Kryolith (gelb), Kupfer, Ammonium
Sulfat (blau), Natriumoxalat (gelb), Kupfercarbonat (blau),
Kupferacetatarsenit (blau), Strontiumcarbonat (rot), Strontium
Oxalat (rot). Farbstoffe werden verwendet, um farbigen Rauch zu erzeugen,
und Ammoniumchlorid, um weißen Rauch zu erzeugen.

Inerte Materialien

Glyceryltristearat, Paraffin, Kieselgur, Kalk, Kreide.

 

Nach dem Trocknen, Mahlen und Sieben werden die Rohstoffe in einem speziellen Gebäude gewogen und gemischt. Früher wurden sie immer von Hand gemischt, aber in modernen Anlagen werden oft mechanische Mischer verwendet. Nach dem Mischen sollten die Stoffe in speziellen Lagergebäuden aufbewahrt werden, um Anreicherungen in Arbeitsräumen zu vermeiden. Aus diesen Gebäuden sollten nur die für die eigentlichen Verarbeitungsvorgänge erforderlichen Mengen in die Arbeitsräume gebracht werden.

Die Hüllen für pyrotechnische Gegenstände können aus Papier, Pappe, Kunststoff oder Metall bestehen. Die Art der Verpackung variiert. Beispielsweise wird die Zusammensetzung zur Detonation lose in ein Gehäuse gegossen und versiegelt, wohingegen sie zum Antrieb, zur Beleuchtung, zum Schreien oder Pfeifen lose in das Gehäuse gegossen und dann verdichtet oder komprimiert und versiegelt wird.

Das Verdichten oder Komprimieren erfolgte früher durch Schläge mit einem Hammer auf ein hölzernes „Absetzwerkzeug“, aber diese Methode wird in modernen Anlagen selten angewendet; stattdessen werden hydraulische Pressen oder Rotationspastillenpressen verwendet. Hydraulische Pressen ermöglichen in einer Reihe von Fällen das gleichzeitige Verdichten der Masse.

Leuchtstoffe werden oft im nassen Zustand zu Sternen geformt, die dann getrocknet und in Gehäuse für Raketen, Bomben und so weiter gesteckt werden. Stoffe, die durch ein Nassverfahren hergestellt werden, müssen gut getrocknet sein oder sie können sich spontan entzünden.

Da viele pyrotechnische Stoffe im komprimierten Zustand schwer zu zünden sind, werden die betreffenden pyrotechnischen Gegenstände mit einem Zwischen- oder Zündmittel versehen, um die Zündung sicherzustellen; Der Fall wird dann versiegelt. Der Artikel wird von außen durch ein Streichholz, eine Lunte, einen Schaber oder manchmal durch ein Zündhütchen gezündet.

Gefahren

Die wichtigsten Gefahren in der Pyrotechnik sind eindeutig Feuer und Explosion. Aufgrund der geringen Anzahl beteiligter Maschinen sind mechanische Gefährdungen weniger wichtig; Sie ähneln denen in anderen Branchen.

Die Empfindlichkeit der meisten pyrotechnischen Stoffe ist so groß, dass sie in loser Form leicht durch Schläge, Reibung, Funken und Hitze entzündet werden können. Sie stellen ein Brand- und Explosionsrisiko dar und gelten als Explosivstoffe. Viele pyrotechnische Substanzen haben die Explosionswirkung gewöhnlicher Sprengstoffe, und die Kleidung oder der Körper von Arbeitern kann durch Flammen verbrennen.

Bei der Verarbeitung von giftigen Stoffen, die in der Pyrotechnik verwendet werden (z. B. Blei- und Bariumverbindungen und Kupferacetatarsenit), kann eine Gesundheitsgefährdung durch Einatmen des Staubs beim Wiegen und Mischen bestehen.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Bei der Herstellung von pyrotechnischen Stoffen sollten nur zuverlässige Personen beschäftigt werden. Jugendliche unter 18 Jahren sollten nicht beschäftigt werden. Eine ordnungsgemäße Unterweisung und Beaufsichtigung der Arbeiter ist erforderlich.

Vor jedem Herstellungsprozess ist es wichtig, die Empfindlichkeit von pyrotechnischen Stoffen gegenüber Reibung, Schlag und Hitze sowie ihre explosive Wirkung zu ermitteln. Von diesen Eigenschaften hängen die Art des Herstellungsverfahrens und die zulässigen Mengen in den Arbeitsräumen sowie den Lager- und Trocknungsgebäuden ab.

Bei der Herstellung von pyrotechnischen Stoffen und Gegenständen sind folgende grundsätzliche Vorsichtsmaßnahmen zu treffen:

  • Die Gebäude im nicht explosionsgefährdeten Teil des Unternehmens (Büros, Werkstätten, Essensbereiche usw.) sollten weit entfernt von denen in den explosionsgefährdeten Bereichen liegen.
  • Für die unterschiedlichen Herstellungsprozesse in den explosionsgefährdeten Bereichen sollten getrennte Fertigungs-, Verarbeitungs- und Lagergebäude vorhanden sein, und diese Gebäude sollten weit auseinander liegen
  • Die Verarbeitungsgebäude sollten in separate Arbeitsräume aufgeteilt werden.
  • Die Mengen pyrotechnischer Stoffe in den Misch-, Verarbeitungs-, Lager- und Trocknungsgebäuden sind zu begrenzen.
  • Die Anzahl der Arbeiter in den verschiedenen Arbeitsräumen sollte begrenzt werden.

 

Folgende Abstände werden empfohlen:

  • zwischen Gebäuden in den explosionsgefährdeten Bereichen und denen in den nicht explosionsgefährdeten Bereichen mindestens 30 m
  • zwischen den verschiedenen Verarbeitungsgebäuden selbst, 15 m
  • zwischen Misch-, Trocknungs- und Lagergebäuden und anderen Gebäuden, 20 bis 40 m je nach Konstruktion und Anzahl der betroffenen Arbeitnehmer
  • zwischen verschiedenen Misch-, Trocknungs- und Lagergebäuden, 15 bis 20 m.

 

Die Abstände zwischen den Arbeitsräumen können unter günstigen Umständen verringert werden, wenn zwischen ihnen Schutzwände errichtet werden.

Gesonderte Gebäude sollten für folgende Zwecke vorgesehen werden: Lagern und Aufbereiten von Rohstoffen, Mischen, Lagern von Zusammensetzungen, Verarbeiten (Verpacken, Verdichten oder Komprimieren), Trocknen, Konfektionieren (Kleben, Lackieren, Verpacken, Paraffinieren usw.), Trocknen und Lagern der fertige Artikel und die Lagerung von Schwarzpulver.

Folgende Rohstoffe sollten in isolierten Räumen gelagert werden: Chlorate und Perchlorate, Ammoniumperchlorat; Nitrate, Peroxide und andere oxidierende Substanzen; Leichtmetalle; brennbare Stoffe; Entflammbare Flüssigkeiten; roter Phosphor; Nitrozellulose. Nitrozellulose muss feucht gehalten werden. Metallpulver müssen vor Feuchtigkeit, fetten Ölen und Fetten geschützt werden. Oxidationsmittel sollten getrennt von anderen Materialien gelagert werden.

Gebäudedesign

Für das Mischen sind Gebäude mit Explosionsdruckentlastung (drei widerstandsfähige Wände, widerstandsfähiges Dach und eine Explosionsschutzwand aus Kunststoffplatten) am besten geeignet. Empfehlenswert ist eine Schutzwand vor der Berstwand. Mischräume für chlorathaltige Stoffe sollten nicht für metall- oder antimonsulfidhaltige Stoffe verwendet werden.

Für die Trocknung haben sich Gebäude mit Explosionsraum und mit Erde bedeckte Gebäude mit einer Explosionswand bewährt. Sie sollten von einem Damm umgeben sein. In Trockenhäusern ist eine kontrollierte Raumtemperatur von 50 ºC empfehlenswert.

In den Verarbeitungsgebäuden sollten getrennte Räume vorhanden sein für: Abfüllung; Komprimieren oder Kompaktieren; Abschneiden, „Würgen“ und Verschließen der Etuis; Lackieren geformter und komprimierter pyrotechnischer Substanzen; Zünden pyrotechnischer Substanzen; Lagerung pyrotechnischer Stoffe und Zwischenprodukte; Verpackung; und Lagerung von verpackten Stoffen. Am besten hat sich eine Gebäudereihe mit Explosionsschutzzonen bewährt. Die Stärke der Zwischenwände sollte der Art und Menge der umgeschlagenen Stoffe angepasst sein.

Für Gebäude, in denen explosionsgefährliche Stoffe verwendet werden oder vorhanden sind, gelten folgende Grundregeln:

  • Die Gebäude sollen eingeschossig und nicht unterkellert sein.
  • Dachflächen sollten einen ausreichenden Schutz gegen Brandausbreitung bieten.
  • Die Wände der Räume müssen glatt und abwaschbar sein.
  • Böden sollten eine ebene, glatte Oberfläche ohne Fugen haben. Sie sollten aus weichem Material wie Xylolith, sandfreiem Asphalt und synthetischen Materialien bestehen. Gewöhnliche Holzböden sollten nicht verwendet werden. Die Böden gefährlicher Räume sollten elektrisch leitfähig sein, und die Arbeiter darin sollten Schuhe mit elektrisch leitfähigen Sohlen tragen.
  • Die Türen und Fenster aller Gebäude müssen nach außen öffnen. Während der Arbeitszeit sollten Türen nicht abgeschlossen werden.
  • Das Beheizen von Gebäuden durch offenes Feuer ist nicht zulässig. Zur Beheizung gefährlicher Gebäude sollten nur Heißwasser, Niederdruckdampf oder staubdichte elektrische Anlagen verwendet werden. Heizkörper sollten allseitig glatt und leicht zu reinigen sein: Heizkörper mit Lamellenrohren sollten nicht verwendet werden. Für die Erwärmung von Flächen und Rohren wird eine Temperatur von 115 ºC empfohlen.
  • Werkbänke und Regale sollten aus feuerfestem Material oder Hartholz sein.
  • Die Arbeits-, Lager- und Trockenräume und deren Ausstattung sind regelmäßig feucht zu reinigen.
  • Arbeitsplätze, Zugänge und Fluchtwege müssen so geplant werden, dass Räume schnell evakuiert werden können.
  • Soweit möglich, sind Arbeitsplätze durch Schutzwände abzutrennen.
  • Notwendige Vorräte sollten sicher aufbewahrt werden.
  • Alle Gebäude sollten mit Blitzableitern ausgestattet sein.
  • Rauchen, offenes Feuer und das Mitführen von Streichhölzern und Feuerzeugen innerhalb der Räumlichkeiten sind zu untersagen.

 

Ausrüstung

Mechanische Pressen sollten Schutzabschirmungen oder -wände haben, damit bei einem Brand die Arbeiter nicht gefährdet werden und das Feuer nicht auf benachbarte Arbeitsplätze übergreifen kann. Wenn große Materialmengen gehandhabt werden, sollten Pressen in isolierten Räumen stehen und von außen bedient werden. Niemand darf sich im Presseraum aufhalten.

Feuerlöschgeräte sind in ausreichender Menge vorzuhalten, auffällig zu kennzeichnen und in regelmäßigen Abständen zu überprüfen. Sie sollten an die Art der vorhandenen Materialien angepasst sein. Feuerlöscher der Klasse D sollten zum Verbrennen von Metallpulver verwendet werden, nicht für Wasser, Schaum, Trockenchemikalien oder Kohlendioxid. Zum Löschen brennender Kleidung werden Duschen, Wolldecken und feuerhemmende Decken empfohlen.

Personen, die mit pyrotechnischen Stoffen in Kontakt kommen oder durch Flammenbögen gefährdet werden können, sollten geeignete feuer- und hitzebeständige Schutzkleidung tragen. Die Kleidung sollte täglich an einer dafür bestimmten Stelle entstaubt werden, um Verunreinigungen zu entfernen.

Im Betrieb sollten Maßnahmen zur Ersten Hilfe bei Unfällen getroffen werden.

Materialien

Gefährliche Abfallstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften sollten getrennt gesammelt werden. Abfallbehälter müssen täglich geleert werden. Der gesammelte Abfall sollte bis zu seiner Vernichtung an einem geschützten Ort mindestens 15 m von jedem Gebäude entfernt aufbewahrt werden. Fehlerhafte Produkte und Zwischenprodukte sind grundsätzlich als Abfall zu behandeln. Sie sollten nur dann aufbereitet werden, wenn dadurch keine Risiken entstehen.

Bei der Verarbeitung gesundheitsgefährdender Materialien sollte der direkte Kontakt mit ihnen vermieden werden. Schädliche Gase, Dämpfe und Stäube sollen effektiv und sicher abgeführt werden. Bei unzureichender Absaugung ist Atemschutz zu tragen. Für geeignete Schutzkleidung ist zu sorgen.

 

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