Modulare HAZOP für flexible Anlagen der Prozessindustrie

Produktbeschreibung

Die vorliegende Arbeit stelle eine neue Methode für die Sicherheitsanalyse von flexiblen, modularen Prozessanlagen vor. Sie richtet sich damit an Ingenieur:innen und Wissenschaftler:innen aus der Prozessindustrie. Die vorgestellte Methode nutzt eine Schnittstellenbeschreibung für einzelne HAZOP Analysen und macht sie damit vernetzbar miteinander. Über diese Vernetzung werden Wechselwirkungen zwischen verschiedenen HAZOPs ersichtlich und bewertbar. Für eine Erhöhung der Flexibilität wird die HAZOP in Equipment-spezifische und Prozess-spezifische Analysen unterschieden. Durch diese Unterteilung und die damit verbundene Kombination der einzelnen Teil-Analysen können modulare Systeme auch in der Sicherheitsanalyse flexibel abgebildet werden und es lässt sich eine Beurteilung der Sicherheit dieser Systeme treffen.

Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis VIII
Kurzfassung X
Abstract XI
1. Einleitung 1
1.1. Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1. Zielstellung und Lösungsansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2. Thesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2. Struktur der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Grundlagen und Stand der Wissenschaft und Technik 4
2.1. Sicherheit in der Prozessindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2. Flexibilisierung der Prozessindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3. Flexibilisierung und Modularisierung der Sicherheitsanalyse . . . . . . . . . . . 8
2.4. Zusammenfassung der Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5. Methoden der Sicherheitsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5.1. Identifikation von Gefahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.6. Die HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.6.1. Phasen der HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.6.2. Das HAZOP-Team . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.6.3. Formalisierung der HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6.4. Unterstützung der HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.6.5. Wiederverwendung der HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6.6. Einordnung der Forschung zur HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6.7. Zusammenfassung der HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6.8. Diskussion der HAZOP Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.7. Weiterführende Forschung zur Flexibilisierung der Sicherheitsanalyse . . . . . . 23
2.7.1. Generelle Einordnung der Forschung zur Sicherheitsanalyse . . . . . . . 24
2.7.2. Weitere Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.8. Diskussion der angrenzenden Forschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.9. Zusammenfassung des Stands der Forschung und Wissenschaft . . . . . . . . 31
2.10. Lösungsansätze und Abgrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.10.1. Anlagen HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.10.2. Automatisierung der HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
V2.10.3. Modulare HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.10.4. Ableitung des eigenen Lösungsansatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3. Methodik 35
3.1. Methodik zur Herleitung des Konzepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4. Anforderungen und angrenzende Arbeiten 36
4.1. Anforderungen an die Sicherheitsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5. Konzept modulare HAZOP und HAZOP-Kombination 39
5.1. Erstellung der mHAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.1.1. Equipment-spezifische mHAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1.2. Prozess-spezifische mHAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.1.3. mHAZOP Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2. mHAZOP Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3. mHAZOP Kombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.3.1. Equipment-spezifische Kombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.3.2. Prozess-spezifische Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.3.3. Integration und Kombination mit angrenzenden Systemen . . . . . . . 53
5.4. mHAZOP Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6. Implementierung 56
6.1. Implementierung der HAZOP Erstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.1.1. HAZOP-Tabellen Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.1.2. Tabellen Konfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7. Verifikation und Fallstudie 61
7.1. CaseStudy – Teil I – Erstellung modularer HAZOPs . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.1.1. Equipment-spezifische modulare HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.1.2. Prozess-spezifische modulare HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
7.1.3. Kombination modularer HAZOPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
7.2. CaseStudy – Teil II – Mathematische Beurteilung der modularen HAZOP . . . 68
7.3. CaseStudy – Teil III – Aufwandsabschätzung der modularen HAZOP . . . . . . 69
7.4. Ergebnisse der CaseStudy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.5. Evaluation der Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
8. Diskussion 75
8.1. Diskussion der Thesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
8.2. Limitierung des vorgestellten Konzepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
8.2.1. Diskussion mit Ansätzen aus der Literatur . . . . . . . . . . . . . . . 77
8.2.2. Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
9. Zusammenfassung 79
VIA. Beispiel HAZOPs 81
B. CaseStudy – Ergänzende Materialien 92
B.1. HAZOPNode Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
C. Überblick zur Forschung zur Sicherheitsanalyse 97
C.1. Forschung zur FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
C.2. Forschung zur LOPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
C.3. Forschung zur FTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
C.4. Bow Tie Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
C.5. Forschung zur HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
C.6. Weiterführende Forschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
C.6.1. Safety Assurance und Safety Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
C.6.2. Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Literatur 110
D. Liste eigener Veröffentlichungen 134

Keywords: Modularisierung – Sicherheitsanalyse – HAZOP Analyse – Modulare HAZOP – Modulare Prozessanlagen – Flexible Sicherheitsanalyse, Modularization – safety analysis – HAZOP analysis – modular HAZOP – modular process plants – flexible safety analysis