Ausführungsplanung für Fluidmanagement-Systeme

In einem industriellen Fluidmanagement-System greifen viele Komponenten ineinander. Eine strukturierte Betrachtung der Teilbereiche erleichtert die Übersicht.

• Lagerung von Fluiden: Tanks, Behälter und zugehörige Einrichtungen

• Rohrleitungssysteme und Verteilung: Leitungen, Armaturen, Verteilernetze

• Pumpen und Fördertechnik: für den Fluidtransport

• Dosier- und Mischsysteme: kontrollierte Zugabe von Flüssigkeiten

• Rückführung und Kreislaufsysteme: Sammlung und Wiederverwendung von Fluiden

• Sicherheitseinrichtungen: Überfüllsicherung, Druckentlastung, Explosionsschutz, Leckageerkennung etc.

• Mess-, Steuer- und Regeltechnik (MSR): Sensoren, Aktoren, Automatisierung und Kontrolle

Jeder dieser Bereiche wird in Leistungsphase 5 detailliert geplant, einschließlich der Integration in das Gesamtsystem.

Die Lagerung bildet oft den Ausgangspunkt des Fluidmanagements: Flüssigkeiten werden in Tanks, Behältern oder Silos vorgehalten, bis sie im Prozess benötigt werden, oder sie werden dort gesammelt, nachdem sie aus dem Prozess zurückgeführt wurden. Ausführungsplanung in diesem Bereich bedeutet, die richtigen Tanktypen, -größen und -werkstoffe auszuwählen und alle Sicherheits- und Ausrüstungsdetails festzulegen.

• Behälterauslegung und Werkstoffe: Je nach Medium (z. B. Wasser, Säure, Lösungsmittel, Öl) müssen geeignete Werkstoffe (Stahl, Edelstahl, Kunststoff etc.) gewählt werden, die chemisch beständig und mechanisch geeignet sind. Für viele Lagerbehälter gilt die europäische Druckgeräterichtlinie (PED 2014/68/EU), sofern sie als Druckgeräte einzustufen sind (über 0,5 bar Überdruck). In Ausführungsplanung wird geprüft, ob ein Tank drucklos (atmosphärisch) oder druckbeaufschlagt betrieben wird. Atmosphärische Lagerbehälter können nach DIN EN 12285 (Werkstattgefertigte Tanks aus Stahl) ausgelegt sein, während druckbeaufschlagte Tanks nach AD 2000-Merkblättern oder EN 13445 auszulegen sind. In jedem Fall müssen Berechnungen für Wandstärken, Statik und ggf. Erdbebensicherheit geführt werden. Falls der Tank der PED unterliegt, wird er einer Kategorie (I bis IV) zugeordnet und entsprechende Konformitätsbewertung mit Notified Body in der Planung eingeplant.

• Aufstellung und Rückhaltung (WHG/AwSV): Tanks, die wassergefährdende Flüssigkeiten enthalten, sind so aufzustellen, dass ein Austritt des Mediums nicht zu Gewässerschäden führen kann. Dies wird in Deutschland in § 62 WHG gefordert. Praktisch bedeutet dies: Tanks müssen doppelwandig ausgeführt sein oder in einer dichten Auffangwanne stehen, die das Volumen des Mediums sicher zurückhalten kann (idR 100% des größten Behälters, plus Regenwasserzuschlag bei Außenaufstellung). Die Verordnung AwSV stuft je nach Gefährdungsstufe der Anlage bestimmte Sicherheitsvorkehrungen als Pflicht ein – z. B. müssen oberirdische Lageranlagen ab Gefährdungsstufe B und höher in prüfbaren Auffangräumen stehen. Auch Rohrleitungen zählen zu einer Anlage nach WHG; Durchdringungen durch Wände von Auffangräumen sind entsprechend abzudichten. In der Ausführungsplanung ist daher die Gestaltung von Auffangwannen, Leckagesonden und die Auswahl von zugelassenen Materialien (z. B. GFK-Wannen, Beschichtungen mit bauaufsichtlicher Zulassung) im Detail festgelegt.

• Überfüllsicherung: Jeder Lagerbehälter braucht eine Einrichtung, die ein Überfüllen verhindert. Gemäß AwSV und wasserrechtlichen Vorgaben müssen Überfüllsicherungen eingebaut sein, die rechtzeitig vor Erreichen des zulässigen Füllgrades den Füllvorgang automatisch stoppen oder Alarm auslösen. Diese sogenannten Grenzwertgeber oder Füllstandssensoren unterliegen ihrerseits Zulassungskriterien: Überfüllsicherungen für wassergefährdende Flüssigkeiten müssen bauartgeprüft (vom DIBt zugelassen) und regelmäßig durch Sachverständige geprüft werden. Für Kraftstoffe gibt es die Norm DIN EN 13616, die zwei Bauarten von Überfüllsicherungen standardisiert (mit Abschaltfunktion bzw. mit Alarmauslösung). Die Ausführungsplanung beinhaltet die Auswahl eines geeigneten Systems (z. B. optoelektronischer Sensor mit Schließventil) und die Integration in die Steuerung (Abschaltung der Pumpe oder der Zuflussleitung beim Erreichen des Grenzstandes).

• Ent- und Belüftung: Lagerbehälter benötigen Einrichtungen zur Belüftung und Entlüftung, um Druckschwankungen bei Befüllung oder Entleerung auszugleichen und ggf. explosive Dämpfe sicher abzuführen. Technische Regeln (wie TRGS 509 für die Lagerung von Gefahrstoffen) fordern, dass Dampf-Luft-Gemische brennbarer Flüssigkeiten ins Freie abgeleitet werden und geeignete Maßnahmen gegen Flammenrückschlag vorhanden sind. In der Praxis werden auf den Entlüftungsleitungen Flammendurchschlagsicherungen (Flame Arrestors) installiert, sofern entzündliche Gase/Dämpfe auftreten können. Die Bemessung der Ventilleitungen und deren Anordnung (z. B. witterungsgeschütztes Endrohr, Entfernung von Zündquellen) gehört zur Ausführungsplanung. Bei sehr flüchtigen oder toxischen Flüssigkeiten können auch Rückhaltesysteme wie Aktivkohlefilter an Entlüftungen erforderlich sein (zur Emissionsbegrenzung gemäß TA Luft bzw. VDI 2440).

• Zusatzarmaturen und Ausstattung: Tanks sind mit verschiedenen Armaturen auszustatten, die bereits in der Planungsphase festgelegt werden: Füllleitungen und -anschlüsse (ggf. mit Trockenentkupplungen), Absperrarmaturen, Bodenablass, Probenahmehähne, Füllstandsanzeigen (Peilrohre, Schaugläser) zur betrieblichen Kontrolle, ggf. Heizung oder Isolierung (für temperaturempfindliche Fluide). Auch Beschriftungen und Kennzeichnungen werden vorgegeben (z. B. Inhaltsstoffe, Gefahrenpiktogramme nach GHS, Messstellenkennzeichnungen nach KKS/PLT-Schlüssel).

• Brandschutz: Bei brennbaren Flüssigkeiten sind bauliche und technische Brandschutzmaßnahmen notwendig. Dies umfasst Feuerwiderstand der Auffangräume, Sicherheitsabstände oder Brandwände zwischen Lagertanks, Blitzschutz-Erdungen, Explosionsdruckentlastungen bei Tanks mit Lösemitteln und Einrichtungen wie Schaumlöschanlagen oder Kühlwassersprühanlagen für große Lagertanks. Die Planung solcher Maßnahmen richtet sich nach den Gefahrstoffklassen, beispielsweise fordern TRGS 509 und die VdS-Richtlinien entsprechende Brandschutzkonzepte. In vielen Fällen müssen Lager für entzündbare Flüssigkeiten behördlich genehmigt werden; im Genehmigungsbescheid werden Auflagen definiert, die die Ausführungsplanung umsetzt.

• Prüfkonzept: Bereits bei Planung der Anlage sollte das Konzept für wiederkehrende Prüfungen nach BetrSichV berücksichtigt werden. Überwachungsbedürftige Lagerbehälter sind in regelmäßigen Abständen durch zugelassene Überwachungsstellen (TÜV, DEKRA o. ä.) zu prüfen (innere/externe Prüfung, ggf. Dichtheitsprüfungen). Daher ist z. B. der Einbau von Mannlöchern/Inspektionsöffnungen, Kranbahnen für das Öffnen von Tanks oder Pegelrohren für Füllstandstest usw. einzuplanen.

Rohrleitungen verbinden die einzelnen Komponenten des Fluidmanagements und ermöglichen den Transport der Medien durch die Anlage. In der Ausführungsplanung wird das Rohrleitungsnetz in Form von R&I-Schemata und Rohrleitungsplänen vollständig festgelegt: Dimensionen, Materialien, Trassenführung, Armaturen und Kompensationsmaßnahmen sind definiert. Zudem müssen Rohre als Druckgeräte oft bestimmten Normen genügen.

• Definition und Klassifizierung: Gemäß Druckgeräterichtlinie sind Rohrleitungen definiert als Bauteile, die dem Transport von Fluiden dienen. Dazu zählen Rohre, Rohrbogen, Fittings, Kupplungen, Dichtungen, Kompensatoren, Armaturen und andere zum Rohrsystem gehörende Teile. In Ausführungsplanung wird häufig ein Rohrklassen-System genutzt: Aufgrund von Medium, Druck und Temperatur werden Rohrleitungen in Klassen eingeteilt (z. B. "Edelstahlrohr PN40 für Dampf", "Kunststoffrohr für Kühlwasser 6 bar"), denen jeweils spezifische Komponentenlisten und Montagevorschriften zugeordnet sind.

• Normgerechte Auslegung (DIN EN 13480): Für industrielle metallische Rohrleitungen ist die zentrale Norm die DIN EN 13480. Sie regelt Konstruktion, Fertigung, Prüfung und Konformität von Rohrleitungen in industriellen Anlagen. Die Planung muss z. B. Wanddickenberechnungen nach EN 13480-3 durchführen (abhängig von Druck, Durchmesser, Werkstoff und Berechnungsspannungen) und daraus den Nenndruck (PN) sowie die erforderliche Rohrschedule bestimmen. Auch Kategorien (nach Flüssigkeits-/Gasgruppe und DN/PS-Produkt) werden festgelegt, was die Anforderungen an Prüfungen beeinflusst. In der Ausführungsplanung wird weiterhin festgelegt, dass alle Rohrleitungen nach Fertigstellung einer Druckprüfung (hydrostatisch oder pneumatisch) zu unterziehen sind, wie EN 13480-5 es fordert.

• Material und Korrosionsschutz: Je nach Medium und Betriebsbedingungen werden geeignete Rohrmaterialien ausgewählt – z. B. unlegierter Stahl für ungefährliche Wasserlösungen, Edelstahl für korrosive Chemikalien oder Kunststoffe (PE, PVC, PP) für bestimmte aggressive Abwässer oder hochreines Wasser. Die Planung spezifiziert auch Korrosionsschutzmaßnahmen: Innenauskleidungen, Außenbeschichtungen, kathodischer Korrosionsschutz bei Erdrohrleitungen, Wärmeisolierung (die auch Korrosion unter Dämmung verhindern muss) usw.

• Armaturen und Ventile: Zur Verteilung und Steuerung des Flusses sind zahlreiche Armaturen vorgesehen – Absperrventile, Rückschlagventile, Regelventile, Sicherheitsventile, Entlüfter, Bodenablässe, Probenahmeventile usw. Jede Armatur wird nach Funktion und Eignung ausgesucht. Beispielsweise sollten Absperrarmaturen für größere Nennweiten i. d. R. als schnell zu bedienende Kugelhähne oder Absperrklappen (ggf. mit Getriebe oder Antrieb) ausgeführt werden, während für feinere Durchflussregelungen Nadelventile oder Regelventile mit Stellungsantrieb zum Einsatz kommen. Normen: Flansche und ihre Abmessungen richten sich nach DIN EN 1092-1 (Typ, Druckstufe, Dichtleiste), Dichtungen nach DIN EN 1514. Absperrarmaturen sind in vielen DIN-Standards typisiert (z. B. Schieber nach DIN 3352, Kugelhähne nach DIN EN 14432 bei Tankanlagen etc.). Wichtig ist auch die Werkstoff- und Druckstufenkompatibilität innerhalb einer Rohrklasse – das wird in Rohrklassenspezifikationen in der Planung definiert.

• Unterstützungen und Dehnungsmanagement: Rohrleitungen müssen mit geeigneten Halterungen, Gleitlagern, Festpunkten und Kompensatoren geplant werden. Temperatureinflüsse führen zu Längenänderungen; diese müssen entweder durch Kompensatoren (z. B. Faltenbalg nach EN 14917) oder durch Leitungsführungen (Schleifen) aufgenommen werden. In der Ausführungsplanung wird mittels Flexibilitätsberechnungen (Rohrstress-Analyse, z. B. nach EN 13480 oder mittels CAESAR-II Software) sichergestellt, dass die zulässigen Spannungen nicht überschritten werden und die Auflagerkräfte im Rahmen bleiben. Die Position jedes Festpunktes oder Gleitlagers, sowie die Auswahl handelsüblicher Rohrhalterungen (z. B. Bügelschellen, Konstanthänger für vertikale Leitungen, Federhänger bei Dampfleitungen etc.) wird im Plan dargestellt.

• Dichtheit und Prüfung: Fluid-Leitungen müssen leckagefrei sein, um Verluste, Gefährdungen und Umweltschäden zu vermeiden. Das schließt konstruktive Maßnahmen (möglichst wenig Flanschverbindungen – stattdessen Schweißen oder Schweißmuffen, hochwertige Dichtungen z. B. nach VDI 2290 bei toxischen Medien) sowie Prüfungen ein. Die abschließende Druckprobe ist Pflicht (meist 1,3-facher Betriebsdruck mit Wasser als Prüfflüssigkeit), und bei sensiblen Medien können zusätzliche Dichtheitsprüfungen oder sogar Helium-Lecktests vorgesehen sein. Für Wassergefährdende Leitungen schreibt die AwSV i. Allg. eine Dichtheitsprüfung vor Inbetriebnahme durch Sachkundige vor. Alle diese Anforderungen müssen im Plan und Ausschreibungstext verankert sein.

• Kennzeichnung: Jedes Rohrleitungssegment sollte gemäß DIN 2403 farblich bzw. durch Schilder gekennzeichnet werden, um das Medium (und die Fließrichtung) kenntlich zu machen. In Ausführungsunterlagen werden oft Rohrleitungslisten geführt, die den Tag-Namen (Kennzeichnung nach Anlagen-Kennzeichensystem), den Durchmesser, Werkstoff, Medium und die angeschlossenen Armaturen enthalten. Diese Listen und Markierungen helfen bei Montage, Abnahme und später im Betrieb.

• Sonderfälle: In speziellen Fällen müssen zusätzliche Anforderungen geplant werden: Beispielsweise doppelwandige Rohrleitungen mit Lecküberwachung (Leckagefühler) bei hochgefährlichen Medien, Heizmantelrohre (Doppelrohrsysteme) für viskose Fluide, Vakuumisolierte Kryogen-Leitungen für tiefkalte Flüssiggase, oder innenbeschichtete Rohre für hochreine Medien (Pharma-Wasser mit Elektropolitur). Derartige Besonderheiten gehören ebenfalls in die Ausführungsplanung, inklusive der entsprechenden Normen (z. B. DIN 11866 für hygienische Edelstahl-Rohrleitungen in Lebensmittel/Pharma, EN 12434 für Kryo-Armaturen etc.).

Pumpen sind zentrale Komponenten des Fluidmanagements, da sie den Transport von Flüssigkeiten zwischen Lagerung, Prozess und Rückführung ermöglichen. Die Auswahl und Auslegung der Pumpen in der Ausführungsplanung beeinflusst unmittelbar die Leistung und Sicherheit des Gesamtsystems.

• Pumpenauswahl und Dimensionierung: Auf Basis des Prozessschemas wird festgelegt, welche Förderaufgaben anstehen – z. B. Kühlwasserumwälzpumpen, Speisewasserpumpen, Dosierpumpen für Chemikalien, Transferpumpen vom Lagertank zum Reaktor etc. Jede Pumpe wird nach Förderstrom (Q) und Förderhöhe (H) dimensioniert. Die Kennfelder der in Frage kommenden Pumpentypen (Kreiselpumpe, Verdrängerpumpe, Membranpumpe usw.) müssen die Betriebspunkte effizient abdecken. In der Planung werden für jede Pumpe die auslegungsrelevanten Daten festgehalten: Fördermedium (Viskosität, Temperatur, ggf. Feststoffanteile), erforderlicher Volumenstrom, Druckdifferenz, zulässiger NPSH-Wert (Net Positive Suction Head) zur Vermeidung von Kavitation, Werkstoffanforderungen (z. B. Edelstahl bei Korrosion), Antriebsart (elektrisch, evtl. druckluft oder motorisch) und Steuerungsart (regelbar mit Frequenzumrichter oder einfach an/aus).

• Normen und Richtlinien für Pumpen: Die allgemeine Sicherheit und Beschaffenheit von Pumpen wird durch Normen wie DIN EN 809 gewährleistet, die sicherheitstechnische Anforderungen für Kreisel- und Verdrängerpumpen festlegt (z. B. Einhausungen bewegter Teile, Druckfestigkeit, Mindestanforderungen an Steuerorgane). Spezifische Pumpenarten haben eigene Normen: DIN EN ISO 5199 etwa für Chemienormpumpen, API 610 für schwere Ölpumpen, DIN 14420 für Feuerlöschpumpen etc. Die Planung sollte möglichst normkonforme Pumpen vorsehen, um Standardisierung zu fördern. Zudem existieren Richtlinien zur energieeffizienten Pumpenauswahl, da Pumpen oft Dauerläufer sind (z. B. die Ökodesign-Verordnung (EU) 547/2012 für Wasserpumpen, die Mindest-Wirkungsgrade vorschreibt).

• Einbindung ins System: In Ausführungszeichnungen wie R&I-Schemata wird dargestellt, wie Pumpen ins Rohrleitungssystem integriert sind. Üblicherweise gehören dazu: Absperrarmaturen an Saug- und Druckseite (um die Pumpe warten zu können), Rückschlagventile auf der Druckseite (gegen Rückfluss im Stillstand), eventuell ein Bypass mit Regelventil (bei Anforderungen an Mindestdurchfluss oder Parallelbetrieb), sowie Manometer und Durchflussmesser zur Überwachung. Falls die Pumpe nicht selbstansaugend ist, ist sicherzustellen, dass sie geflutet installiert wird (z. B. unter Tankniveau oder mit Fußventil). Bei mehreren parallel geschalteten Pumpen muss die Steuerung geplant werden, z. B. Wechselbetrieb oder Staffelsteuerung nach Bedarf.

• Schutz und Sicherheit: Pumpen können selbst eine Gefahrenquelle darstellen (z. B. Überhitzung bei Trockenlauf, Überdruck bei blockiertem Ausgang). Daher sind in der Planung Schutzmaßnahmen vorzusehen: Trockenlaufschutz durch Füllstandssensoren oder Leistungsmessung, Überdruckabsicherung etwa mittels Sicherheitsventil oder Umwälzleitung, Überstromschutz für den Motor (Thermische Überwachung, Motorschutzschalter) und ggf. Explosionsschutz (ATEX-Motor und Funkenvermeidung), falls das zu fördernde Medium entzündbar ist oder die Pumpe in einem Ex-Bereich steht. Sollte ein Gefährdungspotential bestehen, sind entsprechende Auslegungen in der Gefährdungsbeurteilung zu berücksichtigen – bspw. kann für brennbare Flüssigkeiten in Ex-Zone 1 eine magnetgekuppelte Pumpe sinnvoll sein, um Gleitringdichtungs-Leckagen zu vermeiden.

• Wartungsaspekte: Auch diese fließen in die Ausführungsplanung ein: Es sollte ausreichend Platz um die Pumpe vorgesehen sein (Wartungsgassen, eventuell ein Krananschlagpunkt für den Ausbau schwerer Pumpen). Entleerungsleitungen an der Pumpe erleichtern die Instandhaltung. Zudem wird in der Dokumentation (späterer Betriebsanleitung) von Anfang an ein Wartungsplan entworfen, z. B. regelmäßige Kontrolle von Dichtungen, Schmierelementen oder Filterwechsel bei Pumpen mit Gleitringdichtungssystemen.

• Schwingungen und Aufstellung: Leistungsstarke Pumpen erfordern ein Fundament oder eine Grundplatte, die Schwingungen dämpft. In der Planung werden Fundamentpläne mit Ankerbolzen erstellt. Gegebenenfalls kommen Schwingungsdämpfer (Gummipuffer) oder Kompensatoren am Rohr zum Einsatz, um Vibrationen nicht auf das Rohrsystem zu übertragen. Normen wie ISO 10816 geben Grenzwerte für zulässige Schwinggeschwindigkeiten, die als Abnahmekriterium herangezogen werden können.

• Dokumentation und Prüfung: Für jedes Pumpenaggregat werden in der Planung technische Datenblätter erstellt, die auch Bestandteil der Ausschreibungs- und Bestellunterlagen sind. Nach Einbau wird die Pumpe einem Probelauf unterzogen; hier ist vorab festzulegen, welche Parameter gemessen werden (Fördermenge, Druck, Stromaufnahme) und ob eine Abnahme durch Dritte (z. B. TÜV bei Feuerlöschpumpen) notwendig ist.

In vielen Anlagen müssen Flüssigkeiten in genauer Dosierung hinzugegeben oder gemischt werden – etwa Chemikalien für die Wasseraufbereitung, Additive in Mischprozessen, oder Katalysatorlösungen in Reaktoren. Dosiersysteme erfordern präzise Steuerung und spezielle Komponenten.

• Dosierpumpen und -einrichtungen: Meist kommen Dosierpumpen (Membran- oder Kolbenpumpen) zum Einsatz, die geringe Volumenströme exakt fördern können. Diese sind oft regelbar (manuell oder automatisch über Stellmotor/Frequenz). In der Ausführungsplanung wird festgelegt, welche Dosiergenauigkeit erforderlich ist und ob eine Volumenmessung (z. B. über Durchflussmesser oder Wägezellen am Vorratsbehälter) zur Rückmeldung vorgesehen ist. Für sicherheitskritische Dosierungen (z. B. Giftstoffe) plant man redundante Einrichtungen oder zumindest Alarmsysteme bei Über-/Unterdosierung.

• Mischeinrichtungen: Soll ein Fluidstrom mit einem anderen kontinuierlich gemischt werden (etwa Verdünnung von Säure mit Wasser), werden Mischer oder statische Mischelemente in die Leitung eingeplant. Hier ist sicherzustellen, dass genügend Mischstrecke vorhanden ist und ggf. In-Line-Analyse (z. B. pH-Sonde) das Ergebnis überwacht. Die Ausführungsplanung gibt an, wo Mischersiebe, Injektionspunkte etc. installiert werden.

• Vermeidung von Rückfluss: Insbesondere bei Dosierung von Chemikalien in ein Hauptmedium (z. B. Chlorbleichlauge in Wasserstrom) ist ein Rückflussschutz elementar, damit das Hauptmedium nicht in den Chemikalienbehälter gelangt. Planungsgemäß werden Rückflussverhinderer oder Rohrbruchventile direkt hinter der Einspeisestelle angebracht, oftmals sogar Doppelrückschlagventile gemäß DVGW-Vorschrift, wenn ins Trinkwasser dosiert wird. Bei sehr kritischen Chemikalien kommt eine Druckhaltung hinzu (damit kein Sog entsteht, der Rückfluss begünstigt).

• Lagerung der Dosierchemikalien: Kleinere Vorratstanks oder Gebinde für Dosiermittel müssen ebenfalls in die Planung einbezogen werden. Sie unterliegen den gleichen Lageranforderungen (Auffangwannen, ggf. Lüftung bei Lösemitteln). Oft werden sogenannte Chemikalien-Dosierstationen vorgesehen: Eine Einheit mit einem Vorratsbehälter (z. B. 200 L Fass oder IBC), einer Dosierpumpe, Armaturen und Steuerung – mit Spritzschutzwanne und allseitig zugänglich. Solche Stationen können modular vom Hersteller kommen; die Planung spezifiziert die nötigen Anschlüsse und Sicherheitsvorkehrungen (Not-Aus, Sensoren).

• Steuerung und Interlocks: Dosierprozesse müssen eng mit dem Hauptprozess verknüpft sein. Die Ausführungsplanung erstellt dafür Funktionspläne: Zum Beispiel darf eine Chemikalienpumpe nur laufen, wenn der Hauptströmung vorhanden ist (Interlock, sonst Gefahr der Anreicherung in stillstehender Leitung). Bei Batchprozessen (Chargenmischungen) ist das Dosierprofil (Menge, Zeitpunkt) in der Rezeptursteuerung festgelegt, was entsprechende Programmierung erfordert (SPS bzw. Prozessleitsystem). Normativ gibt es hier Schnittstellen zu Chargensteuerungs-Standards (IEC 61512 / ANSI/ISA-88), die für komplexere Prozesse relevant sein können – in einer Habilitation kann darauf hingewiesen werden, dass eine strukturierte Rezeptsteuerung Vorteile bringt.

• Kalibrierung und Wartung: Dosiergeräte müssen regelmäßig kalibriert werden, daher sollte in der Planung vorgesehen sein, wie dies praktisch erfolgen kann (z. B. Probenahmehahn hinter der Dosierstelle, um die Konzentration zu messen, oder eine Messeinrichtung an der Pumpe selbst). Mit Blick auf Lph5 wird im Wartungsplan festgehalten, dass Dosierpumpen-Durchflussmessungen in bestimmten Intervallen gegengeprüft werden sollen. Auch sollte die Zugänglichkeit für den Austausch von Membranen oder Ventilen gegeben sein (ausreichender Platz).

• Sicherheitsaspekte: Einige Dosierchemikalien sind gefährlich (toxisch, ätzend). Daher gehören in den Plan: Persönliche Schutzausrüstung in der Nähe (z. B. Augendusche, Notdusche, in Reichweite wenn mit Säuren/Basen hantiert wird), ggf. ein umlüfteter Sicherheitsschrank (nach DIN EN 14470-1) falls kleine Gebinde brennbarer Flüssigkeiten dosiert werden, automatische Abschaltung der Dosierung bei detektiertem Leck (Leckagesensor in Auffangwanne der Dosierstation) u. ä.

In vielen industriellen Prozessen werden Fluide nach Gebrauch wieder zurückgeführt – sei es zur Wiederverwendung (Recycling von Kühlwasser, Lösungsmitteln etc.) oder zur Behandlung/Entsorgung. Die Planung dieser Rückführ- und Kreislaufsysteme stellt sicher, dass das Fluidmanagement ganzheitlich funktioniert und Ressourcen geschont wie auch Emissionen vermieden werden.

• Kreislaufkonzepte: Beispiele für Kreisläufe sind Kühlwassersysteme (Wasser wird gekühlt und erneut verwendet), Dampfkondensat-Rückführung (gesammeltes Kondensat zurück zum Kessel), oder Umlaufsysteme für Schmier- und Hydrauliköle. In Lph5 wird ein detailliertes Schema dieser Kreisläufe erstellt, mit den erforderlichen Komponenten: Sammler, Pumpen, Filter, Wärmetauscher, Rückhalteeinrichtungen. Normative Vorgaben gibt es hier indirekt, z. B. VDI-Richtlinien zur Kühlwasseraufbereitung (VDI 2047 Blatt 2 zur Vermeidung von Legionellen in Rückkühlwerken) oder DIN EN 12952/12953 bei Kesselanlagen (Rückführung des Kondensats in Speisewasserbehälter mit Entgasern).

• Qualitätsüberwachung und Aufbereitung: Rückgeführte Fluide haben oft veränderte Eigenschaften (z. B. erwärmtes und evtl. verunreinigtes Kühlwasser, mit Schmutz belastetes Waschflüssigkeit usw.). Die Planung muss daher vorsehen, wie die Qualität im Kreislauf gehalten wird: Filter oder Abscheider zum Entfernen von Partikeln, Kühler oder Verdampfer, gegebenenfalls Wasseraufbereitung (Dosierung von Inhibitoren, pH-Stabilisierung). Sensorik (Leitfähigkeit, Trübung, Druckverlustmessung an Filtern) wird eingeplant, um zu erkennen, wann nachbehandelt oder Fluid ausgetauscht werden muss.

• Sicherheit bei Rückführung: Ist das rückgeführte Fluid gefährlich (z. B. Lösungsmittel), gelten dieselben Sicherheitsanforderungen wie im Zufuhrbereich. Zusätzlich muss bedacht werden, dass Rückführleitungen oft über lange Strecken oder aus weitläufigen Anlagenteilen kommen – hier sind z. B. Absperrmöglichkeiten vorzusehen, um bei Leckagen Teile des Systems isolieren zu können. BetrSichV verlangt, dass auch im laufenden Betrieb auftretende Leckagen oder Störungen schnell beherrscht werden können; daher werden Sensoren (etwa Leckagewannen mit Alarm) und Automatikventile in die Planung genommen, um ggf. den Rücklauf zu blockieren.

• Volumen und Puffer: Rücklaufsysteme brauchen häufig einen Pufferbehälter oder Sammelbehälter, um Differenzen zwischen Anfall und Wiederein-speisung auszugleichen. Lph5 legt die Größe und Ausführung solcher Behälter fest (inkl. Sensorik wie Überfüllsicherung, Rührwerk falls Sedimentation verhindert werden muss etc.). Ggf. wird der Puffertank wieder als WHG-Anlage betrachtet, wenn er wassergefährdende Flüssigkeit enthält (somit gelten analog die Lageranforderungen).

• Not- und Überlauf: Sollte ein Kreislauf überlastet oder kontaminiert sein, muss es Wege geben, Medien auszuschleusen. Die Planung enthält Notablass- oder Überlaufleitungen, die entweder ins Abwassersystem (bei Unbedenklichkeit und nach Neutralisation/Behandlung) oder in spezielle Abfalltanks führen. Diese Szenarien sind Teil des Sicherheitskonzeptes und sollten im R&I-Diagramm entsprechend kenntlich gemacht werden.

• Automatisierungsgrad: In modernen Anlagen werden Kreisläufe häufig automatisiert geregelt. Z. B. kann der Rückkühlkreislauf je nach Temperatur automatisiert mehr oder weniger durch den Kühlturm geschickt werden; oder Kondensatpumpen werden anhand des Pegels im Heißbrunnenbehälter ein- und ausgeschaltet. Solche Regelstrategien gehören bereits in der Ausführungsplanung erdacht und in Funktionsplänen beschrieben, damit die Programmierung konsistent erfolgen kann.

Ein zentrales Element der Fluidmanagement-Planung ist das Sicherheitskonzept. Es umfasst alle technischen Einrichtungen, die Personen, Umwelt und Anlage vor Schäden durch das Fluidmanagement-System schützen. Viele Punkte dazu wurden bereits bei Lagerung, Leitungen, Pumpen etc. angesprochen; hier werden sie nochmals zusammenhängend betrachtet.

• Druckentlastung und Berstschutz: Wo immer Fluide in geschlossenen Systemen geführt werden, kann Überdruck entstehen (z. B. durch Aufheizung, Reaktionen oder Pumpendruck gegen geschlossene Ventile). Die Ausführungsplanung muss an geeigneten Stellen Sicherheitsventile oder Berstscheiben vorsehen, die bei Überschreiten eines zulässigen Drucks öffnen und gefahrlos in Auffangsysteme abblasen. Beispiel: Ein Lagerbehälter mit Stickstoffpad oder mit möglicher Gasbildung erhält ein Sicherheitsventil nach AD 2000-Merkblatt A2 bzw. DIN EN ISO 4126. Dieses Ventil leitet im Ansprechfall das Medium ins Freie oder in einen Notbehälter (bei toxischen Gasen z. B. in einen Abgaswäscher). Rohrleitungssysteme unterliegen ebenso der Pflicht, gegen unzulässigen Überdruck geschützt zu sein (Pressure Relief Devices). In der Planungscheckliste wird jeder Teilkreis dahingehend geprüft ("Druckentlastung vorhanden? – Ja/Nein").

• Überfüllsicherung (siehe oben): Als Sicherheitseinrichtung verhindert sie Umweltschäden und Geräteschäden durch Überlaufen. Bereits separat behandelt.

• Leckageerkennung: Insbesondere bei gefährlichen Flüssigkeiten sollten Leckage-Überwachungssysteme eingeplant werden. Dazu zählen z. B. Doppelwandige Böden bei Tankbecken mit Leckageanzeigern (Vakuum-Leckanzeigesysteme nach DIN EN 13160 für doppelwandige Tanks/Leitungen), elektrische Leckagesensoren in Auffangwannen oder Flanschschutzsysteme mit Sensor. In der Ausführung werden die konkreten Sensorpunkte und Meldeschwellen definiert sowie das Auslösen von Alarmen oder automatischen Abschaltungen. Auch die Bodenkonstruktion kann Sicherheit bieten (gefälle Richtung einer Leckagesammelstelle).

• Explosionsschutzmaßnahmen: Falls mit entzündbaren Flüssigkeiten oder Gasen gearbeitet wird, ist die Planung gemäß ATEX entscheidend. Das heißt, Bereiche werden in Zonen eingeteilt (0, 1, 2 für Gase) auf Basis von TRGS 720 ff.. Für diese Zonen dürfen nur entsprechend EX-geschützte Betriebsmittel vorgesehen werden (ATEX-Konformität 2014/34/EU). Die Planer wählen also z. B. eine EX-d geschützt eMotor für die Pumpe in Zone 1, druckfeste Gehäuse für Messumformer, erdungs- und Potentialausgleichssysteme gegen statische Aufladung, EX-Leuchten etc. Zudem sind konstruktive Maßnahmen nötig: z. B. eine Inertisierung von Lagertanks mit Stickstoff, um zündfähige Atmosphäre zu vermeiden, oder Zündquellenabschaltung (Lüfter, die automatisch einschalten, Gaswarnanlagen, die bei Leck alarmieren und absperren). Die Ausführungsunterlagen sollten auch einen Explosionsschutzplan enthalten, der all diese Vorkehrungen auflistet.

• Brandschutz und Notfallsysteme: Über den Explosionsschutz hinaus muss bei bestimmten Flüssigkeiten Brandschutz beachtet werden. Planungstechnisch relevant: Installationen von Brandmeldern und Löschanlagen (z. B. Sprinkler oder CO₂-Löscher in Lösemittellagern), die bauliche Trennung von Brandabschnitten (Feuerschutzwände um Tanklager), sowie Notabschalteinrichtungen. Letztere sind essentielle Sicherheitskreise: Ein Not-Aus System ermöglicht es, im Gefahrenfall (manuell oder automatisch) alle relevanten Pumpen abzuschalten und ggf. Sicherheitsventile zu schließen/öffnen, um Leckagen zu stoppen. Oft wird ein zentrales EMERGENCY SHUTDOWN (ESD)-System geplant, das mit Abschaltventilen (sogenannten ESD-Valves, meist schnellschließend, federkraftbasiert) an kritischen Stellen verbunden ist.

• Personenschutz: Bei allen technischen Schutzmaßnahmen darf der Schutz der Mitarbeiter nicht vergessen werden. Die Planung sieht daher auch Sicherheitsausrüstung vor Ort vor: Augenduschen, Notduschen in Reichweite gefährlicher Chemikalien, gut markierte Fluchtwege, Absperrposten (im Ventilplan festgelegt), Warntafeln ("Achtung ätzende Flüssigkeit" etc.). Auch sollten Arbeitsanweisungen und Schulungsbedarf aus den Planungserkenntnissen abgeleitet werden (gehört zwar nicht zur Lph5-Dokumentation, kann aber in einer Habilitation thematisiert werden, dass Planung und Betriebskonzepte verzahnt sein müssen).

• Prüf- und Alarmmanagement: Alle Sicherheitseinrichtungen nützen wenig ohne regelmäßige Prüfung und ein funktionierendes Alarmmanagement. Bereits in der Planungsphase wird festgelegt, welche Prüffristen gelten (z. B. jährliche Funktionsprobe der Überfüllsicherung durch Sachkundigen, halbjährliche Prüfung der Gaswarner, turnusmäßige Inspektion der Sicherheitsventile gemäß BetrSichV und Herstellervorgaben). Die Automatisierungstechnik muss so ausgelegt sein, dass Warnmeldungen aus dem Fluidmanagement-System an geeigneter Stelle auflaufen (z. B. im Leitsystem oder einer ständig besetzten Stelle) und es klare Verantwortlichkeiten zur Reaktion gibt.

Ein modernes Fluidmanagement ist ohne umfassende MSR-Technik (Mess-, Steuer- und Regelungstechnik) nicht denkbar. Diese sorgt dafür, dass alle zuvor genannten Komponenten zusammenwirken und der Prozess stabil und sicher läuft. Die Ausführungsplanung muss daher auch ein Automatisierungskonzept für das Fluidmanagement vorlegen.

• Sensorik (Messstellen): Für alle relevanten Prozessgrößen sind Messinstrumente einzuplanen. Typische Messstellen im Fluidmanagement:

• Füllstandsmessung in Tanks (z. B. Radarsensor oder Druckmessumformer zur kontinuierlichen Messung sowie Grenzstandschalter zur Überfüllsicherung).

• Druckmessung in Rohrleitungen und an Pumpenausgängen (zur Überwachung des Betriebsdrucks, Detektion von Pumpenausfall oder verstopften Filtern).

• Durchflussmessung in Zuleitungen, Dosierstrecken, und wichtigen Verbrauchern (Korrekte Dosierung, Bilanzierung, Leckagemonitoring – z. B. wenn Pumpe läuft aber kein Durchfluss -> Alarm).

• Temperaturmessung, falls Fluidtemperaturen kritisch sind (z. B. Kühlwasseraustritt, Lagerbedingungen).

• Analysatoren, falls erforderlich (z. B. pH-Wert- oder Leitfähigkeitsmessung in Rücklauf, um Qualität zu überwachen; Gasdetektoren in Auffangräumen für lösemittelhaltige Flüssigkeiten; Füllstandsüberwachung von Auffangwannen via Leckagesonde etc.).

• Aktoren (Steuerorgane): Wo manuell nicht praktikabel oder sicherheitskritisch, werden automatische Ventile eingeplant: Regelventile mit Stellungsantrieb (um Durchflüsse oder Drücke konstant zu halten), Magnetventile (für schnelle Sicherheitsabschaltung etwa bei Leckageerkennung), frequenzgesteuerte Pumpenantriebe (zur Durchflussregelung) etc. Die Ausführungsplanung bestimmt den Typ der Antriebe (pneumatisch, elektrisch), deren Stellzeit (bei ESD-Ventilen z. B. <2 Sekunden) und Ausfallsicherheit (soll das Ventil bei Energieausfall öffnen oder schließen? i.d.R. "Fail Safe"-Stellung).

• Steuerlogik und Regelkreise: Alle Signale von Sensoren und Befehle an Aktoren laufen in einem Steuerungssystem zusammen. In modernen Anlagen ist das typischerweise eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder ein verteiltes Prozessleitsystem (PLS). Die Ausführungsplanung liefert dafür die funktionalen Beschreibungen: Regelbeschreibungen (PID-Regler für Druck, Füllstand etc.), Ablaufsteuerungen (z. B. Sequenz zum Starten einer Pumpe: Ventile auf, dann Pumpe an, etc.), Interlock-Matrizen (wenn Pegel niedrig, Pumpe aus etc.).

• Eine besondere Rolle spielt hier die Funktionale Sicherheit: Sollte das Fluidmanagement sicherheitsgerichtete Funktionen haben (z. B. Not-Abschaltung im Störfall), müssen diese gemäß IEC 61511 / 61508 geplant werden. Das bedeutet SIL-Einstufungen (Safety Integrity Level) der Sicherheitsfunktionen, Redundanzen in Sensor-Aktor-Ketten, regelmäßige Prüfintervalle. Beispielsweise könnte eine Überfüllsicherung mit einem SIL2 zertifizierten Niveauschalter, zweikanaliger Auswertung und einem Sicherheitsventil umgesetzt werden. In der Praxis wird für viele Standardanlagen die Komplexität überschaubar bleiben, aber in der Habilitationsschrift sollte das Bewusstsein für solche Anforderungen gezeigt werden.

• Visualisierung und Leitstand: Oft werden in Lph5 schon Grundzüge der Mensch-Maschine-Schnittstelle festgelegt, z. B. Leitsystembilder oder Schemazeichnungen, die dem Bediener später anzeigen, was im Fluidmanagement passiert. Aspekte wie Alarmgruppierung, Trendaufzeichnung (z. B. Verläufe von Tankfüllständen oder Pumpendrücke) sind Teil der Planung, die dem Betreiber ermöglicht, den Prozess zu überwachen und zu optimieren.

• Fernüberwachung und Industrie 4.0: Mit fortschreitender Digitalisierung fließen mehr Daten aus dem Fluidmanagement ins Unternehmensnetzwerk. Moderne Sensoren können z. B. Fluidzustände in Echtzeit erfassen (pH, Leitfähigkeit, Konzentration etc.) und an IoT-Plattformen melden. Die Planung kann daher Schnittstellen vorsehen (bspw. OPC UA Server), um Fluidmanagement-Daten in übergeordnete Systeme (MES, cloudbasierte Monitoringlösungen) einzuspeisen. Der Nutzen: predictive maintenance – etwa kann ein SmartControl-System permanent die Qualität eines Kühlschmierstoffs überwachen und meldet, wann ein Wechsel nötig wird. Solche Ausblicke zeigen, dass das Fluidmanagement zunehmend integraler Bestandteil der Smart Factory wird.

• Integration mit anderen Systemen: Fluidmanagement bleibt selten ein Insel-System; es hängt mit anderen Gewerken zusammen. Beispielsweise koppelt das Feuerlöschsystem (Sprinkler) ans Wassernetz (Trinkwasser, was wieder Vorgaben der DIN/DVGW für Entnahmestellen und Rückflusssicherung hat). Oder das Abwassersystem: Hier müssen Signale von Pumpensümpfen (Hebeanlagen) ans Gebäudemanagement gemeldet werden. Die Ausführungsplanung muss solche Schnittstellen erkennen und gemeinsam mit anderen Fachplanern abstimmen (womit sich der Kreis zur HOAI-Grundleistung schließt, Beiträge anderer an der Planung fachlich Beteiligter zu integrieren).

• Dokumentation der EMSR-Technik: Am Ende der Planungsphase sollen für die MSR-Ausrüstung Unterlagen vorliegen wie Instrumentenlisten, Schaltpläne, Kabelzuglisten, Ex-Schutzdokumentation für elektrische Geräte in Ex-Zonen, Steuerungs-Funktionsbeschreibungen und Software-Lastenhefte. Diese dienen dem Anlagenbauer (bzw. dem EMSR-Gewerk) zur Umsetzung und dem späteren Betreiber zur Orientierung in der komplexen Automatisierung.

Nach Durchlaufen all dieser Aspekte zeigt sich die hohe Komplexität der Ausführungsplanung für Fluidmanagement-Systeme. Es gilt, ganzheitlich zu denken: Mechanische Ausrüstung, Sicherheitstechnik, Automation und Vorschriften greifen ineinander. Um sicherzustellen, dass nichts übersehen wird, folgt nun eine ausführliche Checkliste. Diese ist als Tabelle organisiert und kann in der Praxis als Abhakliste dienen, wenn man die Planung finalisiert oder wenn man ein Fluidmanagement-System in Betrieb nimmt.