Gefahrenpotenziale erkennen und beseitigen
Achtung, Explosionsgefahr!
Durch Schüttgüter verursachter Schwebestaub ist für Mitarbeiter in vielfältiger Weise gefährlich. Einerseits kann er eingeatmet u. a. zu Herz- und Atemwegserkrankungen führen oder auf Wegen, Treppen, Leitersprossen Unfälle bewirken. Andererseits hat er, falls er gasähnliche Eigenschaften aufweist, ein hohes Explosionspotenzial.
Schüttgüter besitzen faszinierende Eigenschaften. Sie sind per definitionem Feststoffe, verhalten sich aber in großen Mengen auch wie Flüssigkeiten. Beim Fördern, Austragen, Dosieren und Mischen besonders feiner Schüttgüter kann ein Schwebstaub entstehen, der gasähnliche Eigenschaften aufweist. Auch Anhaftungen von Partikeln oder Abrieb gröberer Schüttgüter kennt man als Ursache für Schwebstaub. Er stellt für die Arbeitssicherheit in vielerlei Hinsicht ein beträchtliches Risiko dar.
Verbleibt der Staub in der Luft, entsteht ein hochexplosives Staub-Gas-Gemisch. Trifft nun dieses Gemisch auf eine Zündquelle, hat dies mindestens eine Verpuffung zur Folge und im schlimmsten Fall eine Explosion, die Mitarbeiter verletzen, wenn nicht sogar töten und eine komplette Anlage zerstören kann.
Ob ein Material als Staub-Gas-Gemisch zündfähig ist, hängt von vielen Faktoren ab. Dabei ist es gar nicht entscheidend, ob es sich bei dem Staub um organische Stoffe wie Mehle, Holz, Kaffee, Zucker etc. handelt. Auch aus anorganischen Stoffen wie Magnesium, Aluminium, Eisen oder Stahl können sich bei entsprechend kleiner Partikelgröße explosive Staubwolken bilden. Die Zündfähigkeit steigt mit einem hohen Sauerstoffanteil und der Staubkonzentration in der Luft.
Eliminierung von Zündquellen
Wenn sich explosionsfähige Atmosphären nicht verhindern lassen (primärer Explosionsschutz), sollten zumindest mögliche Zündquellen in der Anlage eliminiert werden (sekundärer Explosionsschutz). Schon heiße Oberflächen von Motoren- und Getriebegehäusen sind in der Lage, ein Staub-Gas-Gemisch zu entzünden. Im Störungsfall, bei Überlastungen oder schwergängigen Lagern, kann die Temperatur sogar noch weiter ansteigen. Für diese Fälle sind Maßnahmen zu ergreifen, mit denen sich ungewollte Temperaturanstiege kontrollieren lassen z. B. durch verbesserte Isolierung oder Wärmeableitung. Ein Temperaturfühler könnte zudem rechtzeitig warnen,falls ein Anstieg auf eine kritische Temperatur in Reichweite rückt.
Funkenflug ist einer der größten Zündgefahren
Die Ursachen dafür sind vielfältig. So können z. B. elektrische Bahnen und andere geerdete Spannungsquellen elektrische Ausgleichsströme in der Erde hervorrufen, die zwischen verschiedenen Erdungspunkten Spannungsdifferenzen zur Folge haben. Die großen Potenzialdifferenzen zwischen den Komponenten erzeugen dann Spannungsdurchschläge, die sich in Form von Funken zeigen. Aber auch ohne elektrische Spannungsquelle können Entladungsfunken entstehen, wenn sich durch Reibung z. B. aufgrund von Transmissionsriemen aus Kunststoff oder synthetischer Kleidung statische Elektrizität aufbaut, die sich bei Potenzialausgleich entlädt. Auch sind Brüche an rotierenden Teilen oder schlecht geschmierte Komponenten als Ursache für Funken bekannt. Die Grundnorm EN 1127-1:2019 listet zusätzlich noch Blitzschlag, elektromagnetische und ionisierende Strahlung, Ultraschall, adiabatische Kompression und Stoßwellen, Flammen, heiße Gase und Partikel sowie exotherme Reaktionen als mögliche Zündquellen auf.
Bewertung des Gefahrenpotenzials
Mit diesem Wissen kommt auf Anlagenbauer und -betreiber die Aufgabe zu, das Gefahrenpotenzial der verwendeten Schüttgüter in den jeweiligen Anlagenbereichen zu bewerten. Einen detaillierten Überblick über die verschiedenen Materialien gibt z.B. der BIA-Report. Er listet auf, bei welcher Partikelgröße, Staubkonzentration, Temperatur etc. diese explosionsfähig sein können und ordnet sie Explosionsklassen zu. Zu den bekanntesten Materialien zählen verschiedene Arten von Mehlen, Getreide, Zucker, Hackschnitzel aus Holz, Sande, Metallpulver, Fasern und Additive für Trockenbaustoffe. Werden solche Materialien verarbeitet, ist in der Europäischen Union die Richtlinie zu Bauforderungen an Geräten zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (Richtlinie 94/9/EG, ersetzt durch 2014/34/EU) und die Mindestforderungen an den Arbeitsschutz (Richtlinie 1999/92/EG) zu erfüllen. Bei beiden Richtlinien werden explosionsgefährdete Bereiche in einer Anlage entsprechend ihres Gefahrenpotenzials in Zonen eingeteilt.
Bei Schüttgütern erfolgt die Einteilung nach Zone 20, 21 und 22. Sie befassen sich mit dem Entstehen von industriellen Stäuben, die bei deren Handling auftreten können. Hierbei wird unterscheiden, wie lange sich eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke brennbaren Staubes in der Luft befindet. Zone 20 umfasst solche Bereiche, in denen diese Atmosphäre ständig, langzeitig oder häufig vorhanden ist, während sie in Zone 21 nur gelegentlich auftritt. In Zone 22 ist nicht damit zu rechnen, dass eine derartige Atmosphäre entsteht. Sollte diese Situation doch eintreten, dann ist diese Atmosphäre nur von kurzer Dauer. Unter welchen Bedingungen und für welche ATEX-Zonen ein Produkt geeignet und zertifiziert ist, weisen Hersteller von Anlagenkomponenten wie WAM in der produktzugehörigen Konformitätserklärung aus. Das Produkt selbst ist mit ATEX-Logo „EX“ inklusive Informationen zu Gerätegruppe und -kategorie, Oberflächentemperatur etc. auf dem Typenschild gekennzeichnet. WAM fokussiert sich bei der Entwicklung seiner ATEX-Produkte auf die Entwicklung von Maßnahmen zum sekundären und tertiären Explosionsschutz. Das umfasst die Verhinderung von Zündung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre (sekundärer Explosionsschutz) und Schutzmaßnahmen, mit denen die Auswirkungen einer Explosion durch explosionsfeste Bauweisen begrenzt werden sollen (tertiärer Explosionsschutz).
Zündquelle Elektromotoren
Häufigste Antriebsart für Anlagenkomponenten und zugleich eine potenzielle Zündquelle sind Elektromotoren. Ein explosionsfähiges Staub-Gas-Gemisch kann sich sowohl am warmen Gehäuse als auch bei einem Funkenflug, der im Inneren der Spule entsteht, entzünden. WAM verwendet aus diesem Grund eigens entwickelte explosionsgeschützte Motoren mit einer Wicklung, in der der Funkenaustritt in die staubhaltige Luft unterbunden wird. Die Kapselung der Motoren reduziert zusätzlich die Weitergabe des Druckes bei einer möglichen Explosion im Inneren des Gehäuses. Um elektrische Aufladung als mögliche Zündquelle auszuschließen, werden alle Komponenten in den ATEX-Varianten so konfiguriert, dass sie durchgehend ladungsleitend sind.
Nichtleitende Teile werden ersetzt (z. B. durch metallische Klappenteller bei Drehklappen) oder modifiziert (leitende Lackierung der Elementehalteplatte bei Entstaubungsfiltern). Zusätzlich angebrachte Massebänder oder -leitungen sorgen dafür, dass elektrische Ladung abgeleitet wird. Obwohl WAM-Komponenten von Haus aus besonders robust konstruiert sind, legt der Hersteller Wert darauf, bei den ATEX-Versionen eine so hohe Druckstoßfestigkeit sicherzustellen, dass nachfolgende Anlagenteile wie Förderleitungen möglichst nicht beschädigt werden.
Mikrodosierer
Eine der beliebtesten Komponenten zur volumetrischen Dosierung feiner Schüttgüter ist der Mikrodosierer. Die beiden Mikrodosierer MBF und MBH von WAM können Mengen zwischen 3 – 4.000 dm3/h auflockern, homogenisieren und dosieren. Der neue, seit diesem Jahr erhältliche MBH steigert nochmals den Komfort für den Betreiber. Mit der neuen ölfreien Untersetzungseinheit entfällt die Schmiermittelwartung und Materialverunreinigungen und Verschmutzungen in der Arbeitsumgebung werden vermieden. Durch das nahtlose Dosierergehäuse und einem Trog mit seitlich platziertem Dosierrohr reduzieren sich Materialrückstände auf ein Minimum. Muss die Dosierwendel getauscht werden, ist das mit der magnetischen Schnellkupplung in wenigen Sekunden erledigt.
Die leistungsstarken Motoren sind explosionsgeschützt und können mit Frequenzumformer auf eine Geschwindigkeit von 1 m/s gedrosselt werden. Bei dieser Geschwindigkeit ist sichergestellt, dass ein Funkenschlag durch Metallberührungen innerhalb des Gehäuses verhindert wird. Dank der durchgehenden Erdung des Gehäuses wird eine mögliche elektrostatische Aufladung abgeleitet. MBH und MBF sind zum Einsatz in Zone 22 zertifiziert.
Zellenradschleusen
Da pulverige Schüttgüter in vielen Fällen aus Silos und Zwischenbehältern in pneumatische Förderleitungen eingeschleust werden, kommen auch Zellenradschleusen zum Einsatz. Sie sind eine kostengünstige Alternative zu Schneckenpumpen, Sendegefäßen und Injektoren und punkten mit ihrer Robustheit und einem vergleichsweise niedrigen Energieverbrauch. Selbst wenn in explosionsgefährdeten Bereichen durchgehend mechanisch gefördert wird, können Zellenradschleusen verwendet werden. WAM stattet seine Durchblasschleuse RVS für die pneumatische Förderung als auch die Dosier-Zellenradschleusenmodelle RV, RVR und RVC für die mechanische Förderung mit ihren explosionsgeschützten Motoren aus.
Um nachfolgende Anlagenteile zu schützen, ist der Spalt zwischen Rotor und Gehäuse minimal gewählt. Zusammen mit dem robusten Gehäuse erhöht das die Druckstoßfestigkeit und verhindert das Durchschlagen von Flammen. Einsetzbar sind alle Zellenradschleusen für Zone 20 (innerhalb des Gehäuses) bzw. 22 (außerhalb des Gehäuses).
Absperrorgane
Absperrorgane wie Absperrklappen und Flachschieber werden an jenen Stellen installiert, wo die Unterbrechung eines gravimetrischen oder pneumatischen Materialflusses notwendig ist. Die Komponenten können unter Behälter, Trichter, Schnecken oder andere Förderorgane montiert, aber auch zur Unterbrechung von pneumatischen Förderleitungen eingesetzt werden. Sie unterbinden im Explosionsfall die Druckweitergabe an weiterführende Anlagenteile und das Durchschlagen von Flammen. Flachschieber besitzen gegenüber Drehklappen den Vorteil, dass das absperrende Schieberblech vollständig im Gehäuse verschwinden kann und somit den gesamten Leitungsbereich freigibt. Bei den ATEX-Ausführungen ihrer Flachschieber VL und VIB verwendet WAM leitfähige Schiebebleche und ein Masseband zur Ableitung statischer Aufladung. Eingesetzt werden kann der explosionsgeschützte Flachschieber VL in Bereichen, die als Zone 22 eingestuft werden.
Die Kompaktversion VIB hingegen ist für Zone 20 (innen) und Zone 21 (außerhalb) zertifiziert. Bauartbedingt verbleiben innerhalb von Absperr- bzw. Drehklappen kaum Materialrückstände. Auch nach außen kann kein Material gelangen und sich festsetzen. Aus diesem Grund sind Drehklappen besonders geeignet, wenn der Materialfluss zwischen Lagerbehälter und Austragschnecke sowie Schneckenauslauf und Behälterwaage unterbrochen werden soll. Bei einer elektrischen Aufladung stellt das leitende Gehäuse mit Drehteller aus Edelstahl, Grau- oder Stahlguss und leitendem Fett in den Wellendichtungen die Ableitung sicher. Werden für die Absperrorgane elektromotorische Antriebe verwendet, sind diese in der ATEX-Version ausgeführt.
Vibrationsaustragsboden
Der Vibrationsaustragsboden BA von WAM wird in seinen verschiedenen Versionen bei schwer fließenden, abrasiven und anbackenden Materialien eingesetzt und ist auch mit Lebensmittelzertifizierung erhältlich.
Alle Vibrationsmotoren sind in der ATEX-Version ausgeführt. Ein Erdungsband am Gehäuse sorgt dafür, dass elektrische Ladung abgeleitet wird. Um im Explosionsfall ein unkontrolliertes Wegschleudern bzw. Auseinanderfliegen ihrer Einzelteile zu verhindern, ist die Dichtmanschette des Gehäuses mit einem Sicherungsband verbunden. Der BA ist extern zum Einsatz in Zone 22 und intern für Zone 20 zugelassen.
Entstaubungssysteme
Überall dort, wo Stäube entstehen können, gehören Entstaubungssysteme zwingend zur Ausstattung dazu. Für die effiziente Aufnahme großer Luftmengen hat WAM ein Nanofasermaterial entwickelt, mit dem eine um durchschnittlich 25% höhere Luftdurchlässigkeit und ein Reststaubgehalt von bis zu 1 mg/Nm³ Luft erreicht wird.
Zudem steigt die Wirtschaftlichkeit durch einen niedrigeren Energieverbrauch. Um die Druckstoßfestigkeit im Inneren zu erhöhen, sind die Filter von WAM wie WAMFLO und WAMAIR mit einer dickeren Wandstärke ausgeführt. Mit einem Edelstahlgehäuse und einer leitenden Lackierung der Elementehalteplatte ist zudem eine durchgehende Erdung sichergestellt. Damit vom Filtervlies keine elektrostatische Aufladung ausgeht, enthalten die Filter antistatische Filterelemente. Alle weiteren elektrischen Bauteile wie Motor, Steuerung, Spulen und ggf. ein Ventilator sind in den entsprechenden ATEX-Versionen ausgeführt.
Becherwerke
Auch wenn Becherwerke heutzutage nicht mehr die erste Wahl bei sehr feinen Materialien sind, gibt es viele Granulate und grobkörnige Medien, die selbst oder durch ihren Abrieb eine explosionsfähige Atmosphäre bilden können. Um Zündquellen zu minimieren, rüstet WAM die geerdeten Becherwerke mit antistatischen, ölabweisenden und nicht brennbaren Gurten sowie Bechern aus hoch verdichtetem Polyäthylen (HDPE) aus. Neben Motor und Getriebe sind auch Schieflauf- und Drehzahlwächter in einer ATEX-Version erhältlich. Beide Wächter werden zwecks gegenseitiger Kontrolle doppelt ausgeführt.
Teleskopverlader
Vor allem wenn große Mengen in kurzer Zeit verladen werden sollen, kommen Teleskopverlader zum Einsatz. Sie eignen sich konstruktionsbedingt ideal zum Verladen staubender Schüttgüter.
Ausgestattet mit doppelwandigem Verladebalg und Verschlusskegel verhindern sie, dass Material in die Umwelt gelangt. Über einen integrierten Filter oder den Anschluss an eine zentrale Entstaubungsanlage wird der Staub abgeschieden und nach der Abreinigung der Filterelemente dem Verladeprozess wieder zugeführt. Auch hier sind alle elektrischen Bauteile wie Schalter, Steuerung, Handbedienflasche und Motor in einer ATEX-Version verfügbar. Zur sicheren Ableitung elektrischer Ausgleichsströme sind auch die Bälge aus leitfähigem Material gefertigt.
Chargenmischer und Kontimischer
Turbulentmischer wie die Chargenmischer WBH oder Kontimischer WAH von MAP Mischsysteme GmbH erreichen mittels mechanischem Wirbelschichtverfahren sehr kurze Mischzeiten. Dabei rotieren die Mischwerkzeuge um eine zentral angeordnete Welle nahe der Mischtrommel entlang und schleudern die Mischkomponenten aus dem Produktbett heraus in die offene Mischzone. Bei diesem Verfahren können bei sehr feinen Partikeln explosionsgefährdete Staub-Luft-Gemische entstehen.
Um Funkenflug von der Antriebsseite zu verhindern, werden die bewährten ATEX-Motoren von WAM eingesetzt. Den Funkenflug durch verklemmtes Material zwischen Mischwerkzeugen und Mischtrommel unterbindet MAP durch einen größeren Abstand zwischen diesen. Da auch eine erhöhte Temperatur das Gemisch entzünden kann, empfiehlt MAP, bei möglichen explosionsfähigen Atmosphären einen Frequenzumformer samt Drehzahlwächter einzusetzen, der die Geschwindigkeit auf 1m/s. drosselt. Die niedrige Drehzahl minimiert zusätzlich die Gefahr von Funkenflug durch verklemmtes Material. Trotz dieser Sicherheitsmaßnahmen ist es möglich, dass bei zu heißem Mischgut, einer schlecht gelagerten Welle oder aus anderen Gründen hohe Temperaturen auftreten. Ein Temperaturfühler in unmittelbarer Nähe zu den Wellendichtungen, an denen durch Reibung sehr hohe Temperaturen auftreten können, warnt rechtzeitig vor gefährlichen Temperaturanstiegen. Damit sich die Dichtungen bei überhöhten Temperaturen nicht entzünden können, setzt MAP schwer entflammbares Material ein. Selbstverständlich sind bei den Mischern nicht nur der Antrieb der Mischerwelle, sondern auch die Messerkopfmotoren explosionsgeschützt ausgeführt. Eingesetzt werden können sie in Zone 21 und 22.
Darüber hinaus werden auch Förderschnecken, Sackschütten, Big-Bag-Entleerstationen, Drehflügelmelder und Rohrweichen von WAM in ATEX-Versionen angeboten. Anlagenbauer und -betreiber sind also in der komfortablen Situation, bei der Anlagenplanung auf eine breite Palette an zertifizierten Komponenten zurückgreifen zu können. Auch wenn Staubexplosionen oder Brände glücklicherweise die Ausnahme darstellen und die Richtlinien den Anlagenbetreiber einen Spielraum bei der Bewertung des Gefahrenpotenzial einräumen, ist eine ATEX-Variante immer die sichere Wahl. Im Gefahrenfall ist sie auch die günstigere.
Über WAMGROUP
Die italienische WAMGROUP ist weltweit führend in der Entwicklung und Herstellung von Komponenten für die Schüttguttechnik. Die deutsche Niederlassung WAM GmbH ist seit 1986 für den Vertrieb des WAMGROUP-Lieferprogramms in Deutschland und Österreich verantwortlich. WAM verfügt über rund 60 Produktions- und Handelsniederlassungen und beschäftigt mehr als 2.000 Mitarbeiter. Neben Förder- und Dosierschnecken zählen vor allem Filter, Becherwerke, Klappen, Schieber, Silo-Equipment, Schüttgutaustragskomponenten, Zellenradschleusen, Rohrweichen, Mischer, Fest-Flüssigseparatoren, aber auch Komponenten für die mechanische Abwasser- und Schlammbehandlung zum umfassenden Lieferprogramm. Mit diesem Equipment beliefert WAM Kunden aus dem Baustoffsektor, der Kunststoffindustrie, der Chemie und Nahrungsmittelindustrie, dem Mühlenbau und aus der kommunalen und industriellen Abwassertechnik.
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