Ein Tank, den man nicht retten muss: vier Schutzschichten statt endloser Reparaturen

Ein Tanklager ist der teuerste und der verwundbarste Vermögenswert eines Öldepots oder Terminals. Zugleich ist es aus Sicht der Anlagensicherheit der am meisten unterschätzte. An Tanks denkt man zweimal: wenn das Budget für den Anstrich geplant wird und wenn auf der Nachbaranlage etwas gebrannt hat. Zwischen diesen beiden Momenten lebt das Tanklager sein eigenes Leben: es rostet von innen, atmet Dämpfe nach außen, sammelt Wasser auf dem Schwimmdach und statische Ladung an den Stutzen.

In diesem Beitrag möchte ich nicht erörtern, „wie man einen Tank löscht“, sondern wie man erreicht, dass er aufhört, eine Quelle ständiger Kosten und ständiger Risiken zu sein. In den letzten Jahren sind Technologien auf den Markt gekommen, die die Logik des Betriebs selbst verändern: nicht die Folgen der Konstruktion bekämpfen, sondern die Ursache beseitigen. Einen Teil davon haben wir für das eigene Tanklager geprüft, einen Teil bei Kollegen in der Branche gesehen. Hier lege ich dar, was ich für die Leitung einer Abteilung für Anlagensicherheit und Arbeitsschutz für wichtig halte, nicht für einen Planer.

Drei Gegner, gegen die wir jedes Jahr kämpfen

Ein Stahltank mit äußerem Schwimmdach hat drei chronische Gegner, und alle drei sind in der Konstruktion angelegt.

Die Atmosphäre. Schnee, Regen und Ultraviolettstrahlung wirken unmittelbar auf das Schwimmdach. Das Dach muss sich bewegen, und darauf liegen Wasser und Eis. Dichtungen und Hüllen der Führungsrohre altern in der Sonne innerhalb weniger Saisons.

Innere Korrosion und Verluste. Über dem Produkt steht immer ein Gas-Luft-Gemisch. Es entweicht bei der „großen und kleinen Atmung“ in die Atmosphäre, schlägt Feuchtigkeit am Metall nieder, erzeugt eine explosionsfähige Atmosphäre und nährt pyrophore Ablagerungen.

Statische Elektrizität und Blitz. Beim Befüllen sammelt das Produkt Ladung an. Ein Tanklager auf freier Fläche ist ein natürliches Ziel für Blitze. Beide Faktoren sind mit dem Auge nicht sichtbar und zeigen sich erst, wenn es zu spät ist.

Gegen jeden von ihnen haben wir eine operative Antwort: Anstrich, Reinigung, Reparatur der Abdichtungen, Widerstandsmessungen, planmäßige Inspektionen. All das ist OPEX, der niemals endet, weil die Ursache bestehen bleibt.

Anatomie der Schwimmdachausfälle

Als wir die Mängellisten mehrerer Tanks mit äußerem Schwimmdach durchgingen, wiederholten sich vier Punkte immer wieder.

Abb. 1. Vier typische Ausfallstellen des äußeren Schwimmdachs: Rolltreppe, Randabdichtungen, flexible Wasserablaufleitungen, Hüllen der Führungsrohre

Eine klemmende Rolltreppe blockiert die Bewegung des Dachs. Die Folge ist entweder ein Überlauf oder ein Verkanten des Pontons. Die Verformung der Randabdichtungen ist die wichtigste Austrittszone für Dämpfe und damit die wichtigste Brandzone bei einem Blitzeinschlag. Verstopfte flexible Wasserablaufleitungen bedeuten bei anhaltendem Niederschlag ein geflutetes Dach. Die Zerstörung der Hüllen der Führungsrohre durch UV-Strahlung ist eine Kleinigkeit, die Wasser und Dämpfen den Weg öffnet.

Keiner dieser Punkte ist ein Montage- oder Betriebsfehler. Es ist die Folge davon, dass eine einzige Konstruktion zwei unvereinbare Aufgaben erfüllen soll: vor dem Wetter schützen und Dämpfe zurückhalten. Solange diese Funktionen nicht getrennt sind, wird sich die Mängelliste wiederholen.

Die Funktionen trennen: Kuppel oben, Ponton innen

Die Lösung, die ich für grundlegend halte, klingt einfach: das Wetter übernimmt das eine Element, die Dämpfe das andere.

Abb. 2. Die geodätische Aluminiumkuppel nimmt Niederschlag, UV-Strahlung und Wind auf. Der innere Ponton isoliert die Produktoberfläche

Eine geodätische Aluminiumkuppel ist eine leichte, selbsttragende Konstruktion, die auf Schrauben ohne Schweißen und ohne schwere Krane montiert wird. Aluminium korrodiert unter unseren Bedingungen nicht und braucht keinen Anstrich. Die Kuppel hält Niederschlag, Ultraviolettstrahlung und Windlast ab. Der innere Ponton unter der Kuppel arbeitet unter trockenen Bedingungen: Er braucht keine Wasserabläufe, keine Hüllen und keinen Schneeschutz. Er tut genau eines — er deckt die Produktoberfläche ab und senkt die Verdunstung radikal.

Was das in Zahlen und organisatorisch bringt, lässt sich bequem in einer Tabelle zusammenfassen.

Nach Einschätzung der Lieferanten beseitigt die Trennung der Funktionen etwa 90 % der in Abb. 1 genannten Ausfallursachen. Ich würde diese Zahl eher als Orientierung denn als Garantie verstehen, aber das Prinzip stimmt: Was in der Konstruktion nicht vorhanden ist, kann auch nicht kaputtgehen.

Die Zeile zu den Heißarbeiten möchte ich gesondert hervorheben. Für ein in Betrieb befindliches Tanklager ist das oft das entscheidende Argument. Montage ohne Schweißen bedeutet, dass benachbarte Tanks nicht außer Betrieb genommen und gespült werden müssen. Für ein Terminal mit durchgehendem Güterstrom ist das der Unterschied zwischen einem Projekt von einem Monat und einem Projekt über eine ganze Saison.

Wenn der Tank bereits alt ist: ein Liner statt einer Generalinstandsetzung

Nicht jeder Tank erlebt eine Modernisierung des Dachs. Eine typische Situation: Die Prüfung der Anlagensicherheit hat ein negatives Gutachten zum Boden oder zu den unteren Mantelschüssen erteilt, Heißarbeiten auf dem Gelände sind untersagt, und der Tank wird in wenigen Tagen im Betrieb gebraucht. Die klassische Antwort lautet: monatelange Außerbetriebnahme, Schweißen, Anstrich, neues Gutachten.

Abb. 3. Welche Lösung für einen konkreten Tank: drei Zweige je nach Zustand des Mantels und verfügbarem Zeitfenster für die Arbeiten

Die Alternative, die in der Branche aufgekommen ist, ist ein Polymer-Liner. Das ist eine dichte Hülle aus PVC oder thermoplastischem Polyurethan, individuell nach der Form des jeweiligen Tanks gefertigt, von 1 bis 5000 Kubikmetern. Sie wird eingebracht und übernimmt die gesamte Dichtheitsfunktion. Der alte Stahlmantel wird zur tragenden Konstruktion und nicht mehr zum Behälter. Die Montage dauert ab drei Tagen, ohne Schweißen. Die angegebene Lebensdauer beträgt zwanzig Jahre und mehr.

Für uns sind zwei Dinge wichtig. Das erste ist rechtlicher Natur. Nach Erfahrung der Lieferanten besteht ein Tank mit Liner die Prüfung der Anlagensicherheit mit positivem Gutachten, ohne dass ein neuer Satz Genehmigungsunterlagen erforderlich wäre. Das ist für die eigene Anlage vorab mit einer Prüforganisation zu klären, nicht erst nach der Montage. Das zweite ist physikalischer Natur, und aus meiner Sicht ist es interessanter.

Abb. 4. Links: das Gas-Luft-Gemisch über dem Produkt, Verluste durch „Atmung“ und Kondensation von Feuchtigkeit. Rechts: der flexible Liner liegt am Produkt an, es gibt keinen Gasraum

Der flexible Liner liegt an der Produktoberfläche an und sinkt mit dem Füllstand ab. Es gibt keinen Gasraum. Das Produkt ist faktisch vakuumverpackt. Daraus folgen sofort drei Dinge: Es gibt keine Gas-Luft-Phase, also keine explosionsfähige Atmosphäre im Inneren; es gibt keine Kondensation, also kein Bodenwasser; es gibt keine „Atmung“, also keine Verluste und keine Emissionen. Für die Abteilung Anlagensicherheit bedeutet das, dass eine ganze Klasse von Szenarien aus dem Notfallplan im Tank schlicht verschwindet.

Das Festdach: warum es schneller altert als der Mantel

Es gibt noch einen Beteiligten, an den seltener gedacht wird als an Dach und Boden. Das ist das Festdach und seine tragenden Elemente. Sie tragen die größte Last und erwärmen sich im Sommer in der Sonne auf bis zu 60 °C.

Abb. 5. Die Geschwindigkeit der Metalloxidation und der Bildung pyrophorer Ablagerungen wächst exponentiell mit der Temperatur. Eine Dämmschicht hält das Dachblech nahe an der Produkttemperatur

Die Chemie ist hier einfach. Die Geschwindigkeit der Oxidation und der Bildung pyrophorer Ablagerungen hängt exponentiell von der Temperatur ab: Jede Erhöhung um zehn Grad verdoppelt sie ungefähr. Dachblech bei 60 °C altert um eine Größenordnung schneller als der Mantel bei 20 °C. Gewöhnliche Farbe hält diesen Wärmestrom nicht auf: Sie schützt vor Feuchtigkeit, aber nicht vor Temperatur.

Die Lösung, die mir richtig erscheint, ist ein Verbundschutz des Daches.

Abb. 6. Der Verbundschild des Daches: Stahl, 50 mm Polyurethanschaum, Polyurethanmembran mit Eisenglimmer

Auf den Stahl wird eine 50 mm dicke Schicht aus hartem Polyurethanschaum aufgebracht, darüber eine Polyurethanmembran mit Zusatz von Eisenglimmer. Die Schaumschicht ersetzt wärmetechnisch 100 mm Mineralwolle und erhöht durch ihre Steifigkeit die Tragfähigkeit des Daches um etwa die Hälfte. Die Membran bildet einen dichten, verschleißfesten Film, der in Öl unlöslich ist, und wird in einem weiten Bereich von Bedingungen aufgetragen: von minus 5 bis plus 50 °C bei einer Luftfeuchte bis 98 %. Das bedeutet, dass die Arbeiten nicht an ein kurzes Sommerfenster gebunden sind.

Ein technisches Detail, auf das man bei der Auswahl des Auftragnehmers achten sollte, ist die Dichte des Schaums. Bei einer Grunddichte von 50-60 kg/m³ nimmt Polyurethanschaum Mineralölprodukte auf. Um das Eindringen vollständig zu blockieren, braucht es entweder eine obere Schicht mit einer Dichte über 80 kg/m³ oder einen Schutzlack darüber. Fehlt dieser Punkt im Angebot, fragen Sie selbst danach. Ein Bonus für nördliche Standorte: Bei sinkender Temperatur zieht sich das Gas in den geschlossenen Zellen zusammen, und die Dämmwirkung wird sogar besser.

Die unsichtbare Gefahr: Statik und Blitz

Alles bisher Gesagte betrifft Werkstoffe. Erdung ist eine Frage der Vorschriften, und hier gibt es zwei Punkte, die ich auf die Ebene des Abteilungsleiters heben würde.

Abb. 7. Zwei Schutzebenen: Blitzschutz des Tanklagers und Ableitung statischer Elektrizität. Die Anforderungen setzt der Sicherheitsleitfaden für Tanklager

Der erste Punkt ist eine Verschiebung der Normen. Viele Inspektionsvorschriften auf den Anlagen verweisen bis heute auf RD 153-39.4-078-01. Die geltenden Anforderungen setzt der Sicherheitsleitfaden für Tanklager und Lager von Mineralölprodukten. Verweist Ihre Vorschrift auf die RD, ist sie veraltet, und bei einer Prüfung wird das die erste Beanstandung sein. Aus dem Leitfaden ergibt sich ein konkreter Prüfauftrag: Erder sind bei einer Korrosion von mehr als 25 % der Querschnittsfläche zu ersetzen, die Prüfung von Ableitungen und Erdern erfolgt mindestens einmal in fünf Jahren. Die Praxis zeigt, dass ein Erder im Boden sein eigenes Leben führt: oben sieht alles gut aus, unter der Erde ist der Querschnitt längst weg.

Der zweite Punkt sind unterschiedliche Ebenen für unterschiedliche Gefahren. Blitzschutz ist die Makroebene. Für Tanklager ab 100 000 Kubikmetern braucht es freistehende Blitzableiter und keine Fangeinrichtungen auf dem Tank selbst. Der Widerstand geschweißter Verbindungen der Ableitungen darf höchstens 0,05 Ohm betragen. Statik ist die Mikroebene. Ein einheitlicher Erdungsring der Anlage mit einem Widerstand zur Ableitung der Statik unter 10 Ohm, Erdung von Tankwagen und Kesselwagen vor Beginn der Operation, Begrenzung der Befüllgeschwindigkeit, solange der Stutzen nicht unter der Produktschicht liegt.

Ein kritisches Detail für alle, die mit Flugturbinenkraftstoff arbeiten: Beim Befüllen sind gelenkig verbundene Rohre aus Aluminium zwingend. Ein Stahlgelenk kann in der Verbindung einen Funken erzeugen, ein Aluminiumgelenk nicht. Eine Kleinigkeit, die fast nichts kostet und eines der unangenehmsten Szenarien ausschließt.

Wie sich das zu einem System fügt

Jede der genannten Technologien wirkt für sich. Der eigentliche Effekt entsteht aber, wenn sie einander absichern.

Abb. 8. Der integrierte Tank: Kuppel, Verbunddach, innerer Ponton oder Liner, zweistufige Erdung

Die Logik der Kette sieht so aus. Die Kuppel schützt die Dachbeschichtung vor Niederschlag und Ultraviolettstrahlung, und diese hält länger. Die Beschichtung hält die Metalltemperatur und verstärkt die Tragfähigkeit. Der Ponton oder der Liner beseitigt den Gasraum, und der Blitz hat nichts mehr zu entzünden. Die Erdung sichert das gesamte System für den Fall ab, dass etwas Vorheriges nicht funktioniert hat. Kein Element ersetzt ein anderes, aber jedes verringert die Last für das nächste.

Für die Abteilung Anlagensicherheit und Arbeitsschutz ändert das den Inhalt der Arbeit. Statt des jährlichen Zyklus „gestrichen, gereinigt, Abdichtung getauscht, Widerstand gemessen“ entsteht der Zyklus „inspiziert, dokumentiert, geplant“. Das ist eine andere Belastung für das Personal und eine andere Risikostruktur im Notfallplan.

Wirtschaftlichkeit: einmalige Investition gegen endlose Ausgaben

Die Frage, die zuerst gestellt wird: Was kostet das und wozu, wenn der Tank ohnehin funktioniert. Ich antworte über die Kostenstruktur und nicht über konkrete Beträge, denn die Beträge sind in jedem Tanklager anders.

Abb. 9. Ein konventioneller Tank erfordert über die gesamte Lebensdauer steigende Betriebskosten. Ein modernisierter erfordert eine einmalige Investition und planmäßige Inspektionen

Bei einem konventionellen Tank mit Schwimmdach wachsen die Betriebskosten mit dem Altern des Stahls: häufiger Anstrich, häufigere Reparatur der Abdichtungen, mehr Stillstand, und die ganze Zeit verdunstet das Produkt. Bei einem modernisierten Tank konzentrieren sich die Kosten am Anfang, danach folgen planmäßige Inspektionen. Der Punkt, an dem sich die kumulierten Kosten angleichen, hängt von Klima, Produkt und Zustand des Tanklagers ab, aber es gibt ihn immer, und danach arbeitet jedes Jahr für die Modernisierung.

Drei Zahlen, die man im Gespräch mit den Finanzen verwenden kann. Die garantierte Lebensdauer eines modernisierten Tanks mit Verbundschutz beträgt 25 Jahre und mehr. Der Umfang der Schweißarbeiten bei der Montage von Kuppeln und Linern ist gleich null, benachbarte Anlagen werden nicht angehalten. Die Emissionen des Gas-Luft-Gemischs und die Atmungsverluste liegen nahe null. Die erste Zahl betrifft CAPEX, die zweite den entgangenen Umsatz des Terminals, die dritte die Umweltabgaben und den Umstand, dass jeder verdunstete Kubikmeter Produkt ebenfalls von jemandem bezahlt wurde.

Ich rate, nicht mit dem vollen Paket zu beginnen. Nehmen Sie einen Tank mit der längsten Mängelliste, rechnen Sie für ihn den jährlichen OPEX über drei Jahre und vergleichen Sie ihn mit einem Angebot für Kuppel und Ponton. Das reicht in der Regel, damit das Budgetgespräch von der Frage „wozu“ zur Frage „in welcher Reihenfolge“ übergeht.

Prüfen Sie sich selbst

• Auf welches Dokument verweist Ihre Vorschrift zur Prüfung der Erdungsanlagen: auf den Sicherheitsleitfaden für Tanklager, auf die föderalen Sicherheitsregeln oder auf RD 153-39.4-078-01?
• Wann wurde der Erder im Boden zuletzt freigelegt und nicht nur der Widerstand von oben gemessen?
• Wie oft stand in den letzten drei Jahren nach Niederschlägen Wasser auf dem Schwimmdach, und ist das im Journal vermerkt?
• Wie hoch ist die Temperatur des Dachblechs an einem Julimittag? Wenn das niemand gemessen hat, rechnen Sie mit etwa 60 °C.
• Gibt es im Notfallplan das Szenario „geflutetes Schwimmdach“, und wer handelt danach in der Nacht?
• Wenn die Prüfung morgen ein negatives Gutachten zum Boden erteilt: Wie viele Tage ist der Tank außer Betrieb, und gibt es einen Plan B?
• Werden beim Befüllen von Flugturbinenkraftstoff Gelenkrohre aus Aluminium oder aus Stahl verwendet?
• Welcher Anteil des Jahresbudgets für das Tanklager geht in wiederkehrende Arbeiten, die die Folge und nicht die Ursache beseitigen?

Fazit

Ein Tanklager ist kein Urteil zu ewiger Instandsetzung. Die Technologien, die ich aufgezählt habe, sind keine Exotik: Kuppeln und innere Pontons stehen seit vielen Jahren auf Anlagen, Liner und Verbundbeschichtungen werden an aktiven Terminals eingesetzt, die Anforderungen an die Erdung stehen im Leitfaden, der für alle verbindlich ist. Neu ist hier nur eines — der Blick auf den Tank als System, in dem jede Schutzschicht die nächste entlastet.

Die Aufgabe der Anlagensicherheit besteht nicht nur darin, auf einen Vorfall zu reagieren, sondern auch darin, die Ursachen aus der Anlage zu entfernen, durch die ein Vorfall überhaupt möglich wird. Ein Tank ohne Gasraum, ohne Wasser auf dem Dach und mit intakter Erdung ist ein Tank, der schlicht weniger Möglichkeiten hat, in Brand zu geraten. Genau das nenne ich Risikomanagement.

Die technischen Daten der Lösungen (Kuppel nach API 650 Annex G / AWWA D108, Polymer-Liner, Verbundbeschichtungen des Daches, Anforderungen an die Erdung) sind nach Herstellerangaben und dem geltenden Sicherheitsleitfaden für Tanklager und Lager von Mineralölprodukten angeführt. Die Wahl einer konkreten Lösung für eine Anlage erfordert eine Prüfung der Anlagensicherheit.