Industrielle Entstaubungsanlagen für Leichtmetallstäube der Staubklasse St 3

Höchste Sicherheitsstandards

Aus der Sonderausgabe Fire-and-explosion der Schüttgut & Prozess 6/2023

Autor: Dipl. Ing. Peter Reitinger, REXOFIL GmbH

Staub der Klasse St 3 hat das höchste Explosionspotenzial unter den drei Klassen und stellt somit ein ernsthaftes Sicherheitsrisiko dar. Der Umgang mit solchen Stäuben erfordert besondere Schutzmaßnahmen und Kontrollsysteme, um die Risiken von Staubexplosionen zu minimieren. Zu den Leichtmetallen, die solche gefährlichen Stäube erzeugen können, gehören Aluminium, Magnesium und Titan, vor allem wenn sie in Form feiner Partikel vorliegen.

Wesentliche Komponenten bei dem Ex-Schutz sind die Entstaubungsanlagen. Mit dem „PRIMUS – all in one“ präsentiert REXOFIL GmbH die erste von einer benannten Stelle geprüfte Industriefilteranlage für Metallstäube der Staubexplosionsklasse St 3. Explosions-, Brand- und Schallschutz sind vollumfänglich in das kompakte Plug-and-play-System integriert, somit sind zusätzliche autonome Schutzsysteme nicht notwendig.

Der Einsatz autonomer Schutzsysteme an Filtergehäusen ist heute bekanntermaßen mit einem erheblichen Aufwand bei der Auslegung und Anlagenplanung verbunden. Das betrifft in erster Linie die Bestimmung der erforderlichen Entlastungsflächen von flammenlosen Explosionsdruckentlastungseinrichtungen und die Auswahl geeigneter Explosions-entkopplungssysteme. Dabei sind alle jeweils anwendbaren Richtlinien und Normen zu beachten, die u. a. Sicherheitsabstände unter der Berücksichtigung heißer Oberflächen vorgeben oder Abstandsvorschriften für Entkopplungseinrichtungen enthalten. Obligatorische Voraussetzung für eine sachgerechte Auslegung ist in jedem Fall die Bestimmung des tatsächlich geförderten Staubmaterials und seiner Explosions kennwerte und die genaue Kenntnis der Wechselwirkungen aller Parameter untereinander.

Die gesamte Auslegungsproblematik mit ihren sicherheitsrelevanten potenziellen Fehlerquellen ist beim Einsatz des „PRIMUS – all in one“ ohne Relevanz.

Das System wurde von REXOFIL auf der Grundlage von über 20 Jahren Erfahrung im Explosionsschutz und profunden Kenntnissen der Filtertechnologie entwickelt. Die interdisziplinäre Herangehensweise führte zu einer neuartigen technischen Lösung, die den Anforderungen der Betriebssicherheit genauso Rechnung trägt wie denen der Staubabscheidung.

Für Betreiber wie Anlagenbauer vereinfacht sich der Umgang mit dem Thema Explosionsschutz mit der neuen Entstaubungsanlage grundlegend – in diesem Sinne kann man wohl von einem neuen Stand der Technik sprechen. Der prinzipiell neue Ansatz des „PRIMUS – all in one“-Systems in Bezug auf den Explosionsschutz liegt in der konstruktionsbedingten Entspannung des Explosionsdrucks über das Reingasvolumen und die Rohgasleitung. Auch der Übertritt von Flammen oder Funken in angeschlossene Anlagen und deren Austritt in den Aufstellungsbereich werden durch die besondere Konstruktion der Entstaubungsanlage – ohne zusätzliche autonome Schutzsysteme – zuverlässig verhindert. In der Anlage können sowohl Metall- und Leichtmetallstäube als auch organische Stäube (außer Kohlenstaub) verarbeitet werden.

Als Ergebnis der Explosionsprüfungen wurde von der Prüfstelle bescheinigt:

Die Anlage ist für Leichtmetallstäube (Aluminium, Magnesium usw.), Metallstäube und organische Stäube bis zu einem KSt-Wert von ≤ 500 bar*m/s geeignet. Heiße Oberflächen wurden nirgends festgestellt. Die Entstaubungsanlage des Typs „PRIMUS – all in one“ darf daher ohne zusätzliche autonome Schutzsysteme zur Explosionsdruckentlastung im Sinne der DIN EN 14797 bzw. EN 14491 und zur Explosionsentkopplung im Sinne der EN 15089 bzw. EN 16447 in Innenräumen betrieben werden. Damit entfallen natürlich alle üblicherweise für solche Schutzsysteme aufzubringenden Anschaffungs- und Betriebskosten.

Filtertechnik

Herzstück der Entstaubungsanlage sind die von Grund auf neu entwickelten Filterelemente: Ihr Strömungswiderstand ist extrem niedrig, und aufgrund des konstruktiven Aufbaus ist ein Filterdurchbruch selbst bei abrasiven Stäuben ausgeschlossen. Zusammen mit der ausgeklügelten Strömungsführung durch die Anlage sorgen die Filterelemente für eine einzigartige Energieeffizienz.

Mithilfe des ebenfalls im Rahmen des „PRIMUS – all in one“-Projekts entwickelten EFC-Systems (EFC steht für efficient filter cleaning) werden Staubablagerungen bei jeder Abreinigung fast rückstandslos und ohne nennenswerte Geräuschentwicklung aus den Filterelementen entfernt. Die Abreinigungszyklen werden von der Anlage automatisch in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad der Filterelemente eingeleitet und durchgeführt. Für den Einsatz in Räumen ist optional eine Ausrüstung mit HEPA-Filter (H14) verfügbar.

Beispiellose Energie-Effizienz

Durch die Gesamtkonzeption der Anlage wurden die Strömungswege optimiert, die neu entwickelten Filterelemente bewirken eine Minimierung der Druckverluste. Bei einer Luftförderleistung von 3.000 m³/h liegt der Energiebedarf deshalb nur noch bei 2,2 kW. Die dadurch erzielbaren Kosteneinsparungen sind erheblich.

Stufenlos einstellbarer konstanter Volumenstrom

Jedes Modul einer „PRIMUS – all in one“-Anlage kann einzeln angesteuert und mit nach Bedarf stufenlos einstellbarer Luftvolumenleistung betrieben werden. Der eingestellte Volumenstrom wird anschließend konstant auf demselben Niveau gehalten, unabhängig vom Verschmutzungsgrad der Filterelemente und auch bei nachträglichem Umbau auf HEPA-Filter.

Patentierte Explosionsentkopplungseinrichtung mit Funkenvorabscheider

Die absolute Funktionssicherheit des leicht zugänglichen Systems überzeugte auch die Prüfstelle. Für spezielle Anwendungen (sehr heiße Gase oder Partikel) kann mit geringem Aufwand ein Funkenvorabscheider über der Entkopplungseinrichtung montiert werden.

Integrierter Absperrschieber mit Brandschutzfunktion

Alle Anlagen verfügen über einen oberhalb des Staubwagens angebrachten Absperrschieber. Er wird bei jedem Wechsel oder Entleeren betätigt und sorgt für einen luftdichten Abschluss der Öffnung zwischen Zuführung und Staubwagen. Damit wird einerseits verhindert, dass beim Herausziehen des Wagens Staub nachrieselt und auf den Boden fällt. Andererseits wird ggf. ein im Staubwagen entstehender Brand durch Sauerstoffabschluss erstickt.

Zellenradschleuse mit großem Sammelbehälter

Optional ist ein Austragsystem verfügbar, das insbesondere für das Handling von giftigen und sehr feinen Stäuben entwickelt wurde. Hier wird der Staub durch ein Gebläse über eine Zellenradschleuse in einen dicht verschließbaren Standard-Sammelbehälter (Fass) mit einem Volumen von ca. 220 Litern gefördert. Das volle Fass wird einfach gegen ein neues getauscht, dabei ist ein Austreten von Staub ausgeschlossen. Mit diesem System wird die Entsorgung von problematischen Stäuben bedeutend einfacher, und die Entleerungszyklen des Staubwagens verlängern sich erheblich.

Dank der neuartigen, nahezu geräuschlos arbeitenden Gebläse-Einheit liegt der Schalldruckpegel der Entstaubungsanlage sowohl bei 3.000 m³/h als auch bei 6.000 m³/h und 9.000 m³/h unter 60 dB(A) – ohne teure und platzraubende zusätzliche Schallschutzmaßnahmen. Diese Methode stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber der heute weit verbreiteten Jet-Pulse-Abreinigung dar. Deren Druckluft-Stöße erzeugen einen hohen Geräuschpegel, der in der
Regel durch externe Schallschutzvorrichtungen gedämpft werden muss.

Anlagenverfügbarkeit

Das „PRIMUS – all in one“-System ist so konstruiert, dass jedes Modul die volle Funktionalität besitzt (einschließlich Schaltschrank, Steuerung usw.). Das bedeutet, dass jedes Modul des PRIMUS 2 und 3 separat angesteuert und mit unterschiedlicher Luftvolumenleistung betrieben werden kann. Wenn ein Modul ausfällt, können die anderen die benötigte Luftvolumenleistung teilweise oder vollständig ersetzen. Damit bietet das System eine bisher nicht darstellbare Anlagenverfügbarkeit und vielfältige, flexible Einsatzmöglichkeiten.

Steuerung

Der Schaltschrank mit seiner neuartigen lüfterlosen Kühlung ist integrativer Bestandteil der Anlage. Übergeordnete Steuerung: Leittechnik über Netzwerk (Modbus TCP / Profinet / Profibus / MPI). Die Programmiersprache ist hundertprozentig kompatibel mit der S7-Programmiersprache. Durch Eingabe am Bildschirm lassen sich alle Betriebsparameter wie die stufenlos regelbare Luftförderleistung der einzelnen Module komfortabel einstellen. Die Regelung sorgt auch dafür, dass der eingestellte Luftvolumenstrom auch bei zunehmender Verschmutzung der Filterelemente permanent konstant bleibt.

Betriebskosten

Angesichts gestiegener Energiekosten haben die Betriebskosten einer Anlage heutzutage einen noch größeren Stellenwert in der Gesamtbilanz als früher. Neben dem direkten Energiebedarf für den Betrieb der Anlage spielen in dem Zusammenhang die Lebensdauer der Bauteile, die Anlagenverfügbarkeit sowie ggf. erforderliche Instandhaltungsmaßnahmen eine zentrale Rolle.

Hier setzt der „PRIMUS – all in one“ neue Maßstäbe:
• Für 3.000 m³/h Betriebsvolumenstrom werden nur 2,2 kW benötigt.
• Filterdurchbrüche sind nicht mehr möglich.
• Gehäuse schützen die Filterelemente vor Beschädigung und Verschleiß.
• Der Wegfall wartungsintensiver Komponenten und die leichte Zugänglichkeit aller relevanten
   Teile minimieren die Betriebs kosten, während die jährlichen Wartungen autonomer
   Schutzsysteme bei anderen Trockenabscheidern oder die obligatorischen
   Überwachungsmaßnahmen bei Nassabscheidern hohe Kosten verursachen können.

Der „PRIMUS – all in one“ bietet technisch und wirtschaftlich attraktive Lösungen für Aufgabenstellungen der industriellen Staubabscheidung, die bisher als äußerst problematisch galten. Dank seiner modularen Bauweise und der umfangreichen Möglichkeiten, die Entstaubungsanlagen an unterschiedliche Anforderungen optimal anzupassen, ist der „PRIMUS – all in one“ eine interessante Option für den Einsatz in Strahl- und Schweißanlagen oder bei Schleifund Laserprozessen.

Wenn es – beispielsweise in der Automobilindustrie – um das Handling hochexplosiver Strahlstäube aus Leichtmetall geht, eröffnet das für die Abscheidung von St 3-Stäuben geprüfte „PRIMUS – all in one“-System ganz neue Möglichkeiten und ist eine überzeugende Alternative zu Nassabscheidern.

Auch für die Entstaubung heißer Staub-Gas-Gemische, wie sie bei der zerstörenden Prüfung von Batteriezellen anfallen, ist der „PRIMUS – all in one“ hervorragend geeignet. Die mit HEPA-Filtern ausgestattete Version ist in Reinräumen einsetzbar.REXOFIL bietet Interessenten die Möglichkeit, die gesamte Baureihe des „PRIMUS – all in one“ nach Terminvereinbarung im firmeneigenen Technikum in Augenschein zu nehmen und sich selbst von den beschriebenen Leistungsmerkmalen zu überzeugen.

Über REXOFIL

REXOFIL GmbH gehört zur Unternehmensgruppe PR Management Holding GmbH. Aufgrund seiner interdisziplinären Kompetenz auf den Gebieten der industriellen Entstaubungstechnik und des konstruktiven Explosionsschutzes bietet das Unternehmen seinen Kunden umfassende Beratung und hochinnovative Anlagen zur Staubabscheidung, insbesondere für Stäube mit sehr hoher Explosionsgeschwindigkeit (bis KSt 500 bar*m/s). Es eröffnet damit völlig neue und gleichermaßen sichere, einfache und kostengünstige Gestaltungsmöglichkeiten für Anwendungen unter anderem im Bereich der Schleif-, Strahl- und Schweißtechnik und bietet eine echte Alternative zur Nassabscheidung.

Mit den Produkten von REXOFIL werden die Anwendungsgrenzen weit verschoben und Produktsicherheit, Planungssicherheit sowie Energieeffizienz auf ein neues Niveau gehoben. Gleichzeitig reduzieren sich die Kosten für Anschaffung und Betrieb der Anlagen erheblich.

Grundlage des profunden Wissens um die Funktionalität und damit der bahnbrechenden Neuentwicklungen ist die Untersuchung von verfahrenstechnischen Grundlagen im Technikum von REXOFIL. Dabei bleibt die Firma bodenständig und fertigt alle Produkte mit bewährten Partnern in Bayern.

Archiv