Angepasster Explosionsschutz für Mischanlagen
Sicherer Dreh
Aus der Sonderausgabe Fire-and-explosion der Schüttgut & Prozess 6/2023
Autor: Karl-Hendrik Schluckebier, Zeppelin-Systems
Ist in Mischanlagen neben feinsten Partikeln auch noch Sauerstoff in ausreichender Konzentration vorhanden – je nach Schüttgut gelten hierfür unterschiedliche Grenzwerte – genügt der sprichwörtliche Funke, damit es zu einer Explosion kommt. Um dies zu vermeiden, sind umfassende Schutzmaßnahmen vorzunehmen.
Die Verantwortung für das Explosionsschutzkonzept und die Gefährdungsbeurteilung liegt immer beim Betreiber der Maschine oder Anlage. Der Maschinenlieferant kann allerdings bei der Auswahl des Sicherheitskonzeptes und der Schutzmaßnahmen hilfreich zur Seite stehen. Und genau hierfür bietet Zeppelin Systems ausgefeilte Lösungen!
Welche Schutzmaßnahmen getroffen werden, wird auf Basis einer Gefährdungsbeurteilung und dem Explosionsschutzkonzept entschieden. Das Schutzkonzept für Mischanlagen startet mit der Einteilung der ATEXZonen für Staub (oder Gas). Zunächst werden die explosionsgefährdeten Bereiche (Zonen) gemäß der Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Verwendung von Arbeitsmitteln (BetrSichV) beurteilt, indem die Zonen abhängig von Häufigkeit und Dauer des Auftretens einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre eingeteilt werden. Zone 20 ist ein Bereich, in dem eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub ständig, über lange Zeiträume oder häufig (das sind meist über 1000 Stunden pro Jahr) vorhanden ist. Zone 21 gilt, wenn sich im Normalbetrieb gelegentlich (damit ist ein Zeitraum zwischen 10 und 1000 Stunden pro Jahr gemeint) eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub bilden kann.
In der Zone 22 tritt bei Normalbetrieb eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub normalerweise nicht oder aber nur kurzzeitig (weniger als 10 Stunden pro Jahr) auf
Kenngrößen der Produkte
Mindestens ebenso entscheidend sind die Kenngrößen der Produkte (insbesondere ihre Zündfähigkeit). Diese wirken sich unmittelbar auf das Explosionsschutzkonzept und somit auf die erforderlichen Maßnahmen aus. Explosionsfähige Stoffe zeigen ihre physikalischen Eigenschaften nicht immer auf den ersten Blick. So können selbst alltägliche Produkte wie Kunststoffe, Additive oder Mehl beim Mischen zu einer Staubexplosion führen, wenn sie in einer bestimmten Konzentration als Staub-Luft-Gemisch in Kontakt mit einer Zündquelle kommen. Auch die Korngröße ist entscheidend. So ist ab einer Korngröße von weniger als 0,5 mm grundsätzlich Staubexplosionsfähigkeit anzunehmen.
Auch die Auslösefaktoren sind höchst unterschiedlich, dies kann z. B. eine statische Entladung, eine heiße Oberfläche oder auch ein Fremdkörper sein. Ebenfalls wichtig ist die Zündtemperatur. Damit ist die niedrigste Temperatur einer heißen Oberfläche gemeint, bei der sich das zündwillige Staub-Luft-Gemisch entzündet. Nach der DIN EN 61241-14 (VDE 0165) ist die Oberflächentemperatur daher auf zwei Drittel der Zündtemperatur in °C zu beschränken. Bei Anwesenheit von Staubablagerungen (bei Schichtdicken ≤ 5 mm) ist die maximale Oberflächentemperatur auf 75 °C unterhalb der Glimmtemperatur zu beschränken.
Wirkungsvolle Schutzmaßnahmen
Es ist natürlich besser, jede Explosion im vorherein zu vermeiden, als später mit eventuellen Auswirkungen einer Explosion zurecht zu kommen. Dies gilt umso mehr, weil solche Maßnahmen für den vorbeugenden Ex-Schutz mitunter sehr einfach sein können. Bereits ein Besen, mit dem nach vorgeschriebenem Plan das Umfeld der Maschine sauber gehalten wird, kann eine wirkungsvolle (organisatorische) Maßnahme sein.
Was ist zu tun? Dazu gehören in jedem Fall der Einsatz von zertifizierten Geräten, Motoren und Klemmenkästen entsprechend der vorangegangenen Bewertung, wenn diese in einer ATEXZone liegen, sowie ein vollständiger und überprüfter Potenzialausgleich zur Verhinderung von statischer Aufladung. Beim Containermischer CMQ von Zeppelin Systems ist zum Beispiel eine automatisch überwachte Erdung des Mischcontainers integriert.
Weitere Maßnahmen zur Vermeidung wirksamer Zündquellen können die Überwachung von Produkt- und Lagertemperaturen, eine luftgespülte und damit gekühlte Wellenabdichtung und eine Schwingungsüberwachung zur Detektion von Lagerschäden sein. Die notwendigen Maßnahmen richten sich immer nach den zu verarbeitenden Schüttgütern, dem Mischprozess und den daraus resultierenden notwendigen Maßnahmen.
Bei normal zündempfindlichen Stoffen (Mindestzündenergie MZE > 10 mJ), wie sie in einer Heiz-/Kühlmischer-Kombination für die PVC-Aufbereitung mit integrierter Aspiration zur sicheren Mischgutentfeuchtung verarbeitet werden, können Maßnahmen ausreichend sein, um eine Zündung eines Staub-Luft-Gemisches zu vermeiden. Dies können eine luftgespülte Wellen-abdichtung mit Strömungsüberwachung, eine Werkstoffprüfung und eine Schwingungs-überwachung beim Ventilator in der Aspiration (neben den oben genannten Maßnahmen) sein.
Bei extrem zündempfindlichen Stoffen (MZE ≤ 3 mJ) ist häufig eine sichere Stickstoffinertisierung notwendig, bei der die explosionsfähige Atmosphäre sicher durch die Verminderung des Sauerstoffgehaltes vermieden wird. Der Sauerstoffanteil sollte dabei mit einer Sauerstoffrestmengenmessung kontinuierlich überwacht werden.
Heiße Oberflächen an Betriebsmitteln, wie Motoren, müssen sicher unterhalb der ermittelten Oberflächentemperatur liegen. Nicht zuletzt zählen Wartungsintervalle, Ordnung und Sauberkeit ebenfalls zu einem vorbeugenden Schutzkonzept. Neben dem bereits zitierten Besen sollte auch der Eintrag von Fremdkörpern verhindert werden, da diese einen Schlagfunken auslösen können. Dies gelingt mit Sieben oder Metallabscheidern.
Begrenzung der Auswirkungen einer Explosion
Wenn eine Vermeidung aller wirksamen Zündquellen oder eine Vermeidung der explosionsfähigen Atmosphäre nicht möglich sind, muss eine Begrenzung der Auswirkungen durch konstruktiven Ex-Schutz erfolgen.
Neben der Explosionsunterdrückung spielt die Druckentlastung eine große Rolle. So können die Mischer von Zeppelin Systems mit einer Druckentlastung, zum Beispiel in Form eines Q-Rohrs®, ergänzt werden. Auch kann,
wenn notwendig, die Druckstoßfestigkeit des Behälters erhöht werden. Für eine explosionssichere Auslegung der Maschinen und Anlagen sind viele genau geplante und überdachte Schritte notwendig. Die Experten von Zeppelin beraten bei der Erstellung des Schutzkonzeptes – sei es bei der Vermeidung von Zündquellen oder bei der Auslegung eines konstruktiven Explosionsschutzes. Je nach Anforderung und individuellen Gegebenheiten, bietet Zeppelin Systems unterschiedlichste Lösungen für seine Mischer, so dass die Anwender jederzeit auf der sicheren Seite sind.
Über Zeppelin Systems
Zeppelin Systems ist spezialisiert auf die Konzeption, den Bau und die technologische Weiterentwicklung von Industrieanlagen zum Lagern, Fördern, Mischen, Dosieren und Verwiegen hochwertiger Schüttgüter und Rohstoffe. Mit weltweit rund 1.700 Mitarbeitenden schafft Zeppelin Systems täglich Lösungen für Kunden aus den Industriebereichen Kunststoff, Chemie, Gummi und Reifen. Auch die Lebens- und Nahrungsmittelindustrie schätzt die langjährige Turn-Key-Erfahrung und das technologische Know-how von Zeppelin Systems. Von der Anlagenplanung über die Projektrealisierung bis hin zum After-Sales-Service inklusive Prozessoptimierung – Zeppelin Systems als integrierter Lösungsanbieter liefert Komplettlösungen aus einer Hand.
Kontakt
- Zeppelin GmbH
-
Konzernkommunikation Graf-Zeppelin-Platz 1
85748 Garching bei München
Deutschland - zeppelin.com.
