Auswahl von Ex-zertifizierten und SIL2-Punktfüllstands-Schaltern für Pulversilos in explosionsgefährdeten Bereichen

Das Auswahl-Dilemma: Doppelte Einschränkungen von Explosionsschutz und funktionaler Sicherheit

In chemischen, pharmazeutischen, lebensmittelverarbeitenden und Bergbauanwendungen stellt die Füllstandsüberwachung in Pulversilos oft ein schwieriges Auswahlproblem dar: Das Gerät muss gleichzeitig eine Explosionsschutz-Zertifizierung für explosionsgefährdete Bereiche und die Integration in sicherheitsgerichtete Systeme (SIS) für Überfüllsicherung oder Trockenlaufschutz erfüllen.

Explosionsschutz befasst sich mit „Nichtentzündung der Atmosphäre“; SIL-Zertifizierung befasst sich mit „zuverlässigem Handeln, wenn erforderlich“. Beides ist unerlässlich, aber wenn beides in einem einzigen Gerät kombiniert wird, nimmt die Komplexität der Auswahl erheblich zu.

Am Beispiel von Staubexplosionsrisiken klassifiziert die IEC 60079 explosionsgefährdete Bereiche in Zonen (Zone 20/21/22 für Staub, Zone 0/1/2 für Gas). Unterschiedliche Zonen erfordern unterschiedliche Schutzarten (z. B. Ex d flammgeschützt, Ex ia eigensicher, Ex t Gehäuseschutz). Gleichzeitig verlangt die funktionale Sicherheit nach IEC 61508, dass das Gerät bei Bedarf Sicherheitsfunktionen (z. B. Auslösen von Alarmen oder Abschalten der Zufuhr) zuverlässig ausführt, wobei die SIL-Stufe direkt die Ausfallwahrscheinlichkeit bei Anforderung (PFD) des Geräts bestimmt.

Soliphant M FTM50 bietet einen Weg, beide Zertifizierungsrahmen zu erfüllen.

Koexistenz von Ex-Zertifizierung und SIL2: Technische Machbarkeit und Konfigurationsvoraussetzungen

Nicht alle Ex-zertifizierten Versionen des FTM50 unterstützen die funktionale Sicherheit nach SIL2. Um beides zu erreichen, muss eine spezifische Konfigurationskombination festgelegt werden.

Laut dem Datenblatt für funktionale Sicherheit von Endress+Hauser ist die SIL2-Fähigkeit für FTM50 nur unter den folgenden Bedingungen gültig:

• Elektronischer Einsatz: FEM58 (NAMUR-Ausgang gemäß IEC 60947-5-6)

• Bestellcode: Spezifische Varianten (FTM50-xxxxx8xxxRx / xxxxx8xxxSx)

• Sicherheitsmodus: MAX (Überfüllsicherung) oder MIN (Trockenlaufschutz)

• Architektur: 1oo1D (einkanalig mit interner Diagnose und Störausgang)

In der SIL2-Konfiguration umfassen die wichtigsten Zuverlässigkeitskennzahlen für FTM50:

• Ausfallwahrscheinlichkeit bei Anforderung (PFD_av): 2,09 × 10⁻⁴ (T₁ = 1 Jahr)

• Anteil sicherer Ausfälle (SFF): 91%

• Mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF_tot): 184 Jahre

Dies zeigt, dass unter Bedingungen geringer Anforderung, die eine jährliche Funktionsprüfung erfordern, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Sicherheitsfunktion auf einem extrem niedrigen Niveau gehalten wird, was die quantitativen Anforderungen für die meisten SIL2-Anwendungen erfüllt.

Abgleich und Einschränkungen von Explosionsschutzarten

FTM50 unterstützt mehrere Explosionsschutzarten, aber unterschiedliche Arten haben unterschiedliche Prozessgrenzen:

Eine bemerkenswerte Einschränkung: Bei Auswahl von FEM58 (obligatorisch für SIL2) mit Ex de flammgeschütztem Gehäuse ist die obere Umgebungstemperaturgrenze +60°C statt der üblichen +70°C. Für Standorte mit hoher Umgebungstemperatur (z. B. Sommer im Nahen Osten oder in der Nähe von Wärmequellen) muss diese Temperaturabsenkung bei den Auswahlberechnungen berücksichtigt werden.

Zusätzlich unterstützen bestimmte Ex-Versionen nur eine obere Prozesstemperaturgrenze von 150°C. Für Anwendungen, die sowohl eine Mediumtemperatur von 280°C als auch einen spezifischen Ex-Schutz erfordern, müssen die entsprechenden Sicherheitshinweise (XA-Dokument) zur Überprüfung konsultiert werden.

Wert der Diagnosefunktionen in der SIL2-Konfiguration

Der elektronische Einsatz FEM58 verfügt über eine Testtaste, die die Gabelabdeckung simuliert, um die Kommunikation und Signalintegrität zwischen Sensor und Trennverstärker zu überprüfen, ohne den tatsächlichen Füllstand zu ändern. Dies ist besonders wertvoll für die periodische Funktionsprüfung in SIL2-Sicherheitskreisen.

Aus Sicht der Prozesssicherheit reduziert diese Selbsttestfunktion die Kosten für die Prüfung und verbessert die Machbarkeit der Prüffrequenz, wodurch der kumulative PFD-Wert gesenkt wird.

Konstruktionsempfehlungen und Checkliste

Bei der Auswahl von FTM50 unter den doppelten Ex+SIL2-Einschränkungen sollten die folgenden Punkte überprüft werden:

1. Einstufung des explosionsgefährdeten Bereichs: Bestätigen Sie Staubzone (Zone 20/21/22) vs. Gaszone (Zone 0/1/2) oder gemischte Einstufung

2. Prozesstemperatur vs. Kompatibilität mit Ex-Version: Überprüfen Sie, ob die Hochtemperaturversion (280°C) mit der ausgewählten Ex-Schutzart kompatibel ist

3. Umgebungstemperatur vs. Gehäusetyp: Mit FEM58 ist die obere Grenze der Ex de-Version 60°C

4. Genauigkeit des Bestellcodes: SIL2-Fähigkeit ist codabhängig; über den Produktkonfigurator bestätigen

5. Erwerb und Einhaltung des Sicherheitsdatenblatts (SD206F): Installation, Inbetriebnahme und Funktionsprüfung müssen dem Sicherheitsdatenblatt folgen

Schlussfolgerung

Soliphant M FTM50 adressiert sowohl den Ex-Schutz (Gas/Staub Mehrzonen) als auch die funktionale Sicherheit nach SIL2 in einem einzigen Gerät, wodurch die Schnittstellenanzahl und die Systemkomplexität reduziert werden. Eine präzise Abstimmung von Prozessparametern, Ex-Schutzart, elektronischem Einsatz (FEM58) und Bestellcode ist jedoch bei der Auswahl unerlässlich, um das doppelte Ziel des „nicht-entzündenden Schutzes und der zuverlässigen Sicherheitsaktion“ am Installationsort zu erreichen.