Zündquellenvermeidung

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1 Untersuchungen zur Vermeidung von zündwirksamen Vorgängen in Silos / Bunkern durch Gewitterblitzähnliche Entladungen Schüttkegelentladungen Büschelentladungen Nr / 1 Erstellt von Tage Jacobsen / 1-1 Von der Industrie- und Handelskammer für Niederbayern in Passau öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für maschinelle Einrichtungen der Getreide be- und verarbeitenden Industrie Vom Bayerischen Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen als Sachverständiger für sicherheitstechnische Prüfungen sowie Prüfungen von sicherheitstechnischen Unterlagen im Sinne des 29a Abs. (1) Bundesimmissionsschutzgesetz bekanntgegeben. Auftraggeber: Wirtschaftskammer Österreich Bundesinnung der Müller Vertreten durch Herrn Dr. Kainz Wiedner Hauptstraße 63 A-1045 Wien Geltungsbereich: Schüttgüter aus der Agrarwirtschaftlichen Erzeugung Landshut Tel.: Fax.: Stand 11 / 2007 Ersatz für Fassung 07/2007 Blatt 1

2 1 EINLEITUNG AUFGABENSTELLUNG GRUNDSÄTZLICHES SCHUTZANFORDERUNGEN NACH 14 VEXAT GEGENÜBERSTELLUNG ZONENDEFINITION UND SCHUTZANFORDERUNG ERGEBNIS DER UNTERSUCHUNG STAUBVORKOMMEN STAUBGEHALT IM PRODUKT PRODUKTKENNWERTE Produktkennwerte nach der BIA Liste Ausgabe 12/ DEFINITIONEN NACH BGR MINDESTZÜNDENERGIE LEITFÄHIG UND ABLEITFÄHIG Leitfähig Ableitfähig ABLEITFÄHIGKEIT VON SCHÜTTGÜTERN ERDUNG/POTENTIALAUSGLEICH ERGEBNIS DER UNTERSUCHUNG MAßGEBLICHE PRODUKTKENNWERTE VERMEIDUNG VON GEWITTERBLITZÄHNLICHEN ENTLADUNGEN VERMEIDUNG VON ZÜNDWIRKSAMEN SCHÜTTKEGELENTLADUNGEN VERMEIDUNG VON ZÜNDWIRKSAMEN BÜSCHELENTLADUNGEN Sonderfall Elevatorgurte Ableitfähigkeit von Fördergurten ZUSAMMENFASSUNG NACHTRAG PER 11/2007 ELEVATORGURTE NACHWEISFÜHRUNG DER ABLEITFÄHIGKEIT Messungen an Gurten Messungen an vorhandenen Gurten Herstellernachweise QUELLENLISTE...19 Blatt 2

3 1 Einleitung Die hier erstellte Unterlage dient als Entscheidungsgrundlage für die Bewertung der erforderlichen Maßnahmen bei dem Anlagenbestand an Silos/ Bunkern, errichtet vor dem , der den Anforderungen aus der VEXAT 20 Abs.(2) (konstruktiver Schutz) nicht entsprechen kann. Anlagen, die nach dem errichtet wurden, müssen den Anforderungen aus der ExSV 1996 und der VEXAT entsprechen. Da die Ergebnisse der Untersuchungen jedoch als allgemeingültig einzustufen sind, steht es der jeweilig zuständigen Instanz frei, diese Erkenntnisse bei der Genehmigung von Anlagen zu berücksichtigen. 2 Aufgabenstellung Aufgabenstellung für Technisch und organisatorisch sichere Beseitigung von Gefahren durch folgende Zündquellen in Silos von Müllereianlagen unter Berücksichtigung der Voraussetzung beigelegter Verfahrensabläufe: Silos für Getreide und Futtermittelausgangsstoffe: Allenfalls falls nicht durch Literatur oder andere Untersuchungsergebnisse bestätigt Nachweis, dass gewitterblitzähnliche Entladungen auch für Silos > 100 m³ ausgeschlossen werden können, Schüttelkegelentladungen für Getreide- und Futtermittelausgangsstoffe ausgeschlossen werden können, Büschelentladungen für Stäube von Getreide oder Futtermittelausgangsstoffen ausgeschlossen werden können, für den Fall, dass es Stäube gibt, deren Mindestzündenergie 4 mj beträgt, 3 Grundsätzliches In bestimmten Fällen kann der Explosionsschutz für eine gefährdete Anlage oder einen Anlagenabschnitt durch die sichere Vermeidung von Zündquellen gewährleistet werden. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die Brenn-und Explosionskenngrößen des betreffenden Staubes und die Verfahrens- und Maschinentechnik umfassend bekannt sind und dies zulassen. Blatt 3

4 Das Schutzziel Vermeiden von wirksamen Zündquellen läßt sich nur erreichen, wenn eine explosionsgefährdete Anlage systematisch bezüglich aller möglichen Zündquellen untersucht wird, die aufgrund ihrer Eigenschaften, wie z.b. Energie, Temperatur und Einwirkdauer in der Lage sind, Staub/Luft - Gemische zu zünden. Hierbei ist es unabdingbar, nicht nur den normalen Betriebsablauf zu betrachten, sondern neben An- und Abfahrvorgängen auch mögliche Betriebsstörungen mit einzubeziehen. Dies ist um so schwieriger, je komplexer eine Anlage in ihrer Maschinen- und Verfahrenstechnik aufgebaut ist. Diese vorbeugende Maßnahme kann in der Regel nur bei normal zündempfindlichen Produkten mit MindestZündenErgien (MZE) über 10 mj nach eingehender Analyse der Betriebsbedingungen als alleiniger Schutz dienen. Stäube mit MZE unterhalb 3 mj und Staub/Luft-Gemische in Verbindung mit Lösemitteln oder Gasen (sog. hybride Gemische) erfordern in der Regel weitere Schutzmaßnahmen. Auch bei dieser Vorgehensweise kann bezüglich einer Zündung ein Restrisiko bestehen bleiben. Es ist jeweils im Einzelfall anlagenspezifisch zu entscheiden, ob die Eintrittswahrscheinlichkeit für eine Zündung vertretbar gering ist, um auf weitere Explosionsschutzmaßnahmen verzichten zu können. 3.1 Schutzanforderungen nach 14 Vexat 14. (1) In explosionsgefährdeten Bereichen dürfen keine wirksamen Zündquellen vorhanden sein. Potentielle Zündquellen sind zu vermeiden oder auf das unbedingt notwendige Ausmaß zu beschränken. Es dürfen nur die für den Betrieb unbedingt erforderlichen Arbeitsmittel verwendet werden. Elektrische Anlagen müssen, soweit es möglich ist, außerhalb explosionsgefährdeter Bereiche angeordnet werden.... (3) Weisen Arbeitsmittel eigene potentielle Zündquellen auf, ist die Vermeidung von wirksamen Zündquellen dann technisch sicher, wenn 1. keine wirksamen Zündquellen vorhanden sind: a. in Zone 0, 20, G aa. bei Normalbetrieb des betreffenden Arbeitsmittels, bb. bei vorhersehbaren Störungen und cc. bei selten auftretenden Störungen; b. in Zone 1 oder 21 aa. bei Normalbetrieb des betreffenden Arbeitsmittels, bb. bei vorhersehbaren Störungen; c. in Zone 2, 22 oder M Blatt 4

5 bei Normalbetrieb des betreffenden Arbeitsmittels und 2. in Zone 0, 20, G zudem, für den Fall des Auftretens von zwei unabhängigen Fehlern oder des Versagens einer apparativen Schutzmaßnahme, die erforderliche Sicherheit durch mindestens eine zweite unabhängige apparative Schutzmaßnahme gewährleistet ist, und 3. in Zone 20, 21 und 22 zusätzlich eine mögliche Selbstentzündung vermieden ist. (4) In explosionsgefährdeten Bereichen gilt weiters: 1. Es müssen Maßnahmen getroffen sein, die die Entzündung von Ablagerungen von Staub, Pulver oder Spänen verhindern. 1. verhindern Wenn Arbeitsvorgänge Funken erzeugen oder elektrostatische Auf- und Entladungen verursachen können, die wirksame Zündquellen darstellen können, müssen Vorkehrungen getroffen sein, die a. das Entstehen solcher Funken verhindern bzw. b. das Entstehen solcher Aufladungen verhindern oder die Aufladungen im Rahmen der betrieblichen Möglichkeiten gefahrlos ableiten, wie Erdung oder Erhöhung der Luftfeuchtigkeit 3.2 Gegenüberstellung Zonendefinition und Schutzanforderung Zone 22 Zonendefinition nach 12 VEXAT Bereich, in dem bei Normalbetrieb *) explosionsfähige Atmosphären in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub normalerweise nicht oder aber nur kurzzeitig auftreten. Schutzanforderung zur Vermeidung von zündwirksamen Vorgängen Bei Normalbetrieb des betreffenden Arbeitsmittels Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich explosionsfähige Atmosphären in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub bilden können. Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphären in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden sind. *)Definition Normalbetrieb nach 2 Abs.(1) Ziff. 2 VEXAT Bei Normalbetrieb des betreffenden Arbeitsmittels, und bei vorhersehbaren Störungen; Bei Normalbetrieb des betreffenden Arbeitsmittels, und bei vorhersehbaren Störungen und bei selten auftretenden Störungen Normalbetrieb: Zustand, bei dem Arbeitsmittel, elektrische Anlagen oder persönliche Schutzausrüstung innerhalb ihrer Auslegungsparameter benutzt werden, einschließlich dem Ingang- und Stillsetzen; Definition Normalbetrieb nach EN : Normalbetrieb ist der Zustand, in dem die Geräte, Schutzsysteme und Komponenten ihre vorgesehene Funktion innerhalb ihrer Auslegungsparameter erfüllen. Störungen (z. B. Versagen von Dichtungen, von Pumpen oder Flanschen oder die Freisetzung von Stoffen infolge von Unfällen), die Instandsetzung oder Abschaltung erfordern, werden nicht als Normalbetrieb angesehen. Blatt 5

6 3.3 Ergebnis der Untersuchung Zündquelle Gewitterblitzähnliche Entladungen Schüttkegelentladungen Büschelentladungen Zu berücksichtigende Zündquellenwahrscheinlichkeit nach VEXAT 14 Abs. (4) Ziff. 3 In Zone 22 bei Normalbetrieb In Zone 21 bei Vorhersehbaren Störungen Bei allen Zonen zu beachten Bei allen Zonen zu beachten Bei allen Zonen zu beachten In Zone 20 bei Selten auftretenden Störungen Lösungsmöglichkeit/ Anforderungen Keine besonderen Anforderungen, da diese Zündquelle nach dem derzeitigen Wissensstand selbst bei selten auftretenden Störungen nicht zu erwarten ist. Nach der BGR 132 Abschnit A 3.6 Beispiel 16 sind unabhängig von der Silogröße bei Stäuben mit MZE > 3mJ und einer Ableitfähigkeit von < Ω keine besonderen Maßnahmen erforderlich. Stäube aus der Agrarproduktion halten diese Rahmenbedingungen ein. Mit Ausnahme von Fördergurten keine besonderen Maßnahmen. Nach der BGR 132 A 3.3 werden durch Büschelentladungen nach derzeitigem Kenntnisstand brennbare Schüttgüter mit MZE-Werten von mehr als 4 mj nicht entzündet. Fördergurte (Band-/Elevatorgurte) müssen im Sinne der BGR 132 Nr Oberflächenwiderstände der Ober- und Unterseite des Bandes von weniger als Ω, gemessen nach der EN ISO 284, aufweisen. Besteht der Gurt aus Schichten unterschiedlicher Materialien, wird er nur als ableitfähig betrachtet, solange sein Durchgangswiderstand 10 9 Ω nicht überschreitet. 4 Staubvorkommen Staub, hier im Sinne der VDI 2263, ist ein fein zerteilter Feststoff beliebiger Form, Struktur und Dichte unterhalb einer Korngröße von ca. 500 µm. Diese Korngröße wird auch beiläufig in der EN unter Punkt 3.19 als Staub definiert. Stäube, die das Brenn- und Zündprüfverfahren nach der EN positiv bestanden haben, können gefährliche explosionsfähige Atmosphäre (gea) bilden. Ein Volumen an explosionsfähiger Atmosphäre > 10 l ist im allgemeinen als gefährlich anzusehen, da es bei gleichzeitigem Vorhandensein einer wirksamen Zündquelle durch den Verbrennungsvorgang (Explosion/Verpuffung) einen Flammenball von etwa 100 l entstehen läßt! Blatt 6

7 4.1 Staubgehalt im Produkt Die vorzufindende Staubmenge in der Rohware unterliegt einer großen Schwankungsbreite, die Bindung an das Hauptprodukt ist unterschiedlich. Bedingt durch die stets besser werdende Erntetechnik sind Staubgehalte über 1 % (Masse) in den direkten Getreideanlieferungen aus agrarwirtschaftlichen Betrieben sehr selten anzutreffen. Erfahrungsgemäß ist bei Schüttgütern aus dem Legimunosen- und Ölsaatenanbau in unbearbeitetem Zustand ein so geringer Staubgehalt zu erwarten, daß bei Rohwarenumschlag und lagerung keine explosionsfähigen Atmosphären vorhanden sind. In Abhängigkeit von Reinigungsvorgängen in den der Agrarwirtschaft nachgeschalteten Erfassungsanlagen kann der Staubgehalt so weit reduziert werden, daß nicht mit dem Entstehen von explosionsfähigen Atmosphären zu rechnen ist. Während Transportvorgängen kann durch Produktreibungen wiederum eine Erhöhung des Staubvorkommens eintreten, welches, wenn nicht entfernt, in den nachfolgenden Geräten und Silos ein explosionsfähiges Staub-/Luft-Gemisch entstehen lassen kann. Im allgemeinen ist davon auszugehen, daß bei Produkten mit einem Gehalt an Feinteilen (< 500 µm) unterhalb 1 % eine explosionsfähige Atmosphäre nicht oder nur kurzzeitig auftritt. Bei Schüttgütern mit höherem %-Anteil an Feinstaub ist während der Förderund Befüllvorgänge gelegentlich mit einer gea zu rechnen. Bei einigen Schüttgütern, z.b. Mehl oder Mehlfutter mit einer Körnungsgröße überwiegend unterhalb 500µm, die somit in diesem Zusammenhang als Staub anzusehen sind, kann je nach Verfahrensweise eine explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich oder häufig/ langzeitig entstehen. 4.2 Produktkennwerte Produktkennwerte nach der BIA Liste Ausgabe 12/97. Die nachfolgende Auflistung stellt eine Auswahl der am häufigsten vorkommenden Agrarerzeugnisse im Ursprungszustand dar. Abhängig vom Einzelfall und Einsatzprodukten muß ggf. eine produktspezifische Recherche erfolgen. Hierbei kann die Datenbank der Gestis in der Regel hilfreich sein. Blatt 7

8 Produkt pmax bar Kst bar x m/s Mindest- Zünd- Energie mj Zündtemp. C Glimmtemp. C Brennzahl 1 bis 6 Getreidekörner (Sammelbegriff) > Getreidestaub/ -abrieb 8,7-9, > Ölsaaten (Raps, Sonnenblumen) Sonnenblumenabrieb 6, Leguminosen Weizen-/Roggenmehl 6,9 8, > k.g.b Kleie (> 500µm) 8,4 94 > Kleiepellets 4 mm Sojaschrot entölt > pmax : Maximaler Explosionsdruck Kst : Maximaler zeitlicher Druckanstieg einer Explosion Zündtemp.: Mindestzündtemperatur einer Staubwolke Glimmtemp.: Mindestzündtemperatur bei Staubschicht t= 5mm --: Keine Werte vorhanden bzw. nicht relevant *) Kein Staubexplosionsgefahr da > 0,5 mm Brennzahl: BZ 2 = Kurzes Anbrennen u. rasches Auslöschen. BZ 3 = Örtliches Brennen oder Glimmen ohne Ausbreitung BZ 4 = Ausbreitung eines Glimmbrandes BZ 5 = Ausbreitung eines offenen Brandes k.g.b. = kein Glimmen bis xx C Die Explosionsfähigkeit der Stäube ist im Bereich von etwa 30 g/m³ bis etwa g/m³ gegeben. (Abrieb-)Stäube aus handelsüblichen Agrarerzeugnissen sind desweiteren durch eine MindestZündEnergie (MZE) von > 10 mj überwiegend > 100 mj gekennzeichnet. Der spezifische Schüttgutwiderstand beträgt weniger als 10 9 Ω m. Diese Kenndaten zeigen, daß die hier in Frage kommenden Stäube nicht sehr reaktionsbereit, jedoch prinzipiell als explosionsfähig (St.1) einzustufen sind. Für die Auswahl der Schutzmaßnahmen sind die voran stehenden brenn- und explosionstechnischen Kennwerte der Produkte heranzuziehen. Hinweis: In der obigen Liste sind auch bei den Ölsaaten Kennwerte der Abriebstäube aufgeführt. Hier handelt es sich um Kennwerte, die für die Produktionsprozesse in den weiterverarbeitenden Betrieben von Relevanz sind. Blatt 8

9 In den Anlieferungen an Ölsaaten aus der Agrarwirtschaft ist nicht mit einem Staubvorkommen zu rechnen, das zur Bildung eines explosionsfähigen Staub-/Luft-Gemisches führen kann. 5 Definitionen nach BGR Mindestzündenergie Mindestzündenergie (MZE) ist die kleinste in einem Kondensator gespeicherte elektrische Energie, die bei Entladung über eine Funkenstrecke eine Mischung aus einem brennbaren Stoff und Luft entzünden kann. Die MZE wird für Stäube nach der IEC und EN bestimmt und in mj angegeben. Als normal zündempfindlich werden Stäube mit einer MZE >10 mj eingestuft. Bei Zündenergien in dem Bereich zwischen 3 und 10 mj handelt es sich um besonders zündempfindliche Produkte. Stäube mit einer MZE < 3mJ werden als extrem zündempfindlich eingestuft und erfordern in der Regel besondere Schutzmaßnahmen, wie z.b. Auswahl von Kleidungsstücken und Schuhen. 5.2 Leitfähig und Ableitfähig Es ist grundsätzlich zwischen LEITFÄHIG und ABLEITFÄHIG zu unterscheiden Leitfähig Als leitfähig werden auch Gegenstände und Einrichtungen bezeichnet, wenn sie aus leitfähigem Material (z.b. Metall) bestehen. Leitfähige Materialien können nicht gefährlich aufgeladen werden, wenn sie geerdet sind. Leitfähig ist ein Stoff oder Material mit einem spezifischen Widerstand < 10 3 Ω m (EN Nr. 3.9). Leitfähig ist ein Stoff oder Material auch, wenn sein Oberflächenwiderstand < 10 4 Ω beträgt. Blatt 9

10 5.2.2 Ableitfähig Ableitfähig ist ein Stoff oder ein Material mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 10 4 Ωm und weniger als 10 9 Ωm oder ein Gegenstand oder eine Einrichtung mit einem Oberflächenwiderstand zwischen 10 4 Ω und 10 9 Ω gemessen bei 23 C und 50% relativer Luftfeuchte oder mit einem Oberflächenwiderstand zwischen 10 4 Ω und Ω gemessen bei 23 C und 30% relativer Luftfeuchte. Ableitfähige Stoffe oder Gegenstände und Einrichtungen aus ableitfähigen Materialien speichern keine gefährliche elektrische Ladung, wenn sie mit Erde in Kontakt stehen. Die Eigenschaft ableitfähig zu sein wird umgangssprachlich auch antistatisch genannt. 5.3 Ableitfähigkeit von Schüttgütern Schüttgüter werden nach ihrem spezifischen Widerstand ρ [Ωm] in 3 Gruppen eingeteilt: Schüttgüter mit niedrigem spezifischen Widerstand: ρ <10 6 Ωm Schüttgüter mit mittlerem spezifischen Widerstand: 10 6 Ωm < ρ < Ωm Schüttgüter mit hohem spezifischen Widerstand: Ωm < ρ 5.4 Erdung/Potentialausgleich Nach der (alten) ÖVE-EX 65/ Nr (betrifft nur bestehende Anlagen) sind alle leitenden Konstruktionsteile in explosionsgefährdeten Bereichen in einen Potentialausgleich einzubinden. Im Sinne der BGR 132 sind nach Maßgabe der Zündwahrscheinlichkeit alle Gegenstände oder Einrichtungen aus leitfähigen Materialien zu erden und solche aus ableitfähigen Materialien mit Erdkontakt zu versehen. Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen an leitfähigen Gegenständen, wie z.b. Metallkonstruktionen, sollten auf Grundlage EN Ausgabe Blatt 10

11 konzipiert sein. Bei einem Ableitwiderstand (zur Erde) leitfähiger Gegenstände < 4 bis 10 Ω ist von einem sicheren Zustand auszugehen. Geerdet im Sinne sind Gegenstände, Flüssigkeiten und Schüttgüter mit einem Ableitwiderstand < 10 6 Ω und Personen mit einem Ableitwiderstand < 10 8 Ω. Personen und kleine Gegenstände sind auch geerdet, wenn ihre Relaxationszeit < 10-2 s ist. Hinweis: Die Anforderung an Personen sind erst ab einer MZE < 3mJ zu beachten. Die Erdung einer Anlage kann durch isolierende Komponenten, z. B. Dichtungen, oder durch isolierende Betriebsstoffe, z. B. Schmierfette, beeinträchtigt werden. Erfahrungsgemäß zeigen Öle und Fette in normaler Schmierfilmdicke, z. B. an rotierenden Wellen, jedoch Übergangswiderstände von weniger als 10 3 Ω und sind somit als geerdet anzusehen. 6 Ergebnis der Untersuchung Grundsätzliche Anforderung für die nachstehenden Ausführungen sind die fachgerecht ausgeführten Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen an allen Geräten und Einrichtungen, ggf. mit Ausnahme von Komponenten, die eigensicheren Stromkreisen angeschlossen sind. Für Komponenten, die eigensicheren Stromkreisen angehören ist im Einzelfall über die erforderlichen Erdungsmaßnahmen zu entscheiden. 6.1 Maßgebliche Produktkennwerte Als Grundlage für die Betrachtung wird bei den hier vorkommenden Schüttgütern von folgenden, im Sinne maßgeblichen, Eckwerten, wie im BIA Report 12/97 dokumentiert, ausgegangen: Mindestzündenergie [MZE] > 10 mj und in der Regel > 100mJ. Spezifischer Widerstand unterhalb von 10 9 Ωm. Explosionsfähiger Bereich von etwa 30 g/m³ bis etwa g/m³. 7 Vermeidung von gewitterblitzähnlichen Entladungen Bezüglich des Auftretens zündwirksamer Quellen aus gewitterblitzählichen Entladungsvorgängen ist aufgrund der derzeitigen Aktenlage die Wahrscheinlichkeit des Auftretens noch geringer als eine selten auftretende Zündquelle einzuordnen (Anforderung für Zone 20). Blatt 11

12 Prinzipiell können gewitterblitzähnliche Entladungen in großen Staubwolken auftreten; sie wurden in Aschewolken bei Vulkanausbrüchen beobachtet, bei industriellen Prozessen jedoch nicht. Bei experimentellen Untersuchungen konnten solche Entladungen in Silos mit einem Volumen < 100 m³ oder in beliebig hohen Behältern mit Durchmesser < 3 m nicht festgestellt werden. Theoretische Überlegungen lassen vermuten, dass in größeren Silos oder Behältern gewitterblitzähnliche Entladungen bei Feldstärken > 500 kv/m auftreten können. Die genannten Grenzen sind nicht dahingehend zu interpretieren, dass außerhalb dieser Grenzen stets entsprechende Entladungen zu erwarten sind sondern beziehen sich auf die Abmessungen der zur Verfügung stehenden Versuchssilos. Bei welchen Siloabmessungen ein Grenzvolumen zu finden ist, ab dem mit gewitterblitzähnlichen Entladungen gerechnet werden muss, ist nach heutigem Stand der Kenntnisse nicht auszusagen. Die Beobachtungen von gewitterblitzähnlichen Entladungen bei Vulkanausbrüchen sind auf den Betrieb von Silos nicht übertragbar, da die geometrischen Abmessungen der herkömmlichen Silos, die Strömungsgeschwindigkeiten und die Temperaturen innerhalb der möglichen Staubwolke eines Silos signifikant abweichen. Insbesondere vor dem Hintergrund, daß diese Entladungsform bei industriellen Prozessen noch nicht nachgewiesen bzw. beobachtet wurde, erscheint es vertretbar, diese Zündquellenvariante als vermieden anzusehen. Schadensereignisse als Folge gewitterblitzähnlicher Entladungsvorgänge sind nicht in der BIA Schadensstatistik aufgeführt. Zündwirksame Vorgänge aus gewitterblitzähnlichen Entladungsvorgängen sind auf Grundlage des heutigen Wissensstandes im Normalbetrieb, bei vorhersehbaren Störungen und bei seltenen Störungen als vermieden einzustufen. 8 Vermeidung von zündwirksamen Schüttkegelentladungen Für die Bewertung zündwirksamer Vorgänge aus Schüttkegelentladungen liegen lediglich bedingt anwendbare Berechnungsgrundlagen vor [VDI Berichte 1601 Seite 298]. Zwischen der Ableitung der Ladungsansammlung und dem spezifischen Schüttgutwiderstand besteht außerdem ein wichtiger Zusammenhang. Blatt 12

13 Die obere Grenze der erzeugten Äquivalentenergie kann bei Produkten mit einer Partikelgröße von 0,1 mm bis 3 mm und Silos mit einem Durchmesser von 0,5 m bis 3 m mit folgender Zahlenwertgleichung abgeschätzt werden: WÄe = 5,22 x D 3,36 x d 1,462. Dabei ist WÄe : Obere Grenze der Äquivalentenergie einer Schüttkegelentladung in mj D: Durchmesser des leitfähigen geerdeten Silos in m. d: Medianwert der Partikelgrößenverteilung des Produktes in mm. Charakterisierend für diese Entladungsform ist also, daß die Aufladungsenergie mit der zunehmenden Körnungsgröße und dem Silodurchmesser ansteigt. Wie bei den Untersuchungen zu gewitterblitzähnlichen Entladungsvorgängen werden die Versuchsergebnisse auch hier durch die Abmessungen der zur Verfügung stehenden Versuchsbehälter mit 3 m Durchmesser abgegrenzt. Da in der Praxis Silos und Bunker mit Durchmessern bis etwa 25 m durchaus vorkommen und diese im Regelfall deutlich über 3 m Durchmesser liegen, ist diese Berechnungshilfe nicht zielführend. Abhilfe schaffen in dieser Frage Forschungsergebnisse durch Glor und Schwenzfeuer. In der Veröffentlichung in den VDI Berichten 1601 (2001) Seite 299 wird die untere Grenze der Ableitfähigkeit eines Produktes ab welcher eine Schüttkegelentladung stattfinden kann mit Ω m angegeben und gleich hinzugefügt, daß möglicherweise dieser Wert um zwei Größenordnungen höher liegen kann. Die hier gehandhabten Produkte aus der Agrarwirtschaft weisen einen spezifischen Widerstand auf, der um 1 bis 3 Größenordnungen unterhalb des hier genannten Wertes von Ω m liegt und sind somit im Sinne der BGR 132 als ableitfähig anzusehen. Nach der BGR 132 können zündempfindliche Staub/Luft-Gemische durch Schüttkegelentladungen entzündet werden. Bezüglich der Mindestzündenergie sind die Stäube aus Produkten der Agrarwirtschaft durch eine MZE deutlich > 10 mj und in der Regel > 100mJ gekennzeichnet und somit nicht als zündempfindlich einzustufen. Nach der BGR 132 Abschnit A 3.6 Beispiel 16, ist bei einem spezifischen Widerstand unterhalb von Ωm nicht mit Schüttkegelentladungen zu rechnen. Schadensereignisse als Folge von Schüttkegelentladungsvorgängen bei Rohwaren aus der Agrarproduktion sind in der BIA Schadensstatistik nicht aufgeführt. Blatt 13

14 Auf Grundlage dieser in der aktuellen Literatur vorliegenden Erkenntnisse sind bei der Handhabung landwirtschaftlicher Schüttgüter zündwirksame Schüttkegelentladungen im Normalbetrieb und bei vorhersehbaren Störungen als vermieden einzustufen. Das Datenmaterial bezüglich der Ableitfähigkeit körniger Schüttgüter aus der Agrarwirtschaft ist jedoch recht spärlich, weswegen weitergehende Untersuchungen angeraten werden. Bei Produkten, wie z.b. Mehlen und Kleie, die aus o.g. Rohwaren hergestellt sind, sind wegen der geringen Körnungsgröße auf Grundlage der dokumentierten Ableitfähigkeit mit < 10 9 Ωm ( OFI Nr vom ) auch bei seltenen Störungen Schüttkegelentladungen als vermieden einzustufen. 9 Vermeidung von zündwirksamen Büschelentladungen Nach der BGR 132 A 3.3 werden nach derzeitigem Kenntnisstand brennbare Schüttgüter mit MZE-Werten von mehr als 4 mj und selbst zündempfindliche Stäube durch Büschelentladungen nicht entzündet, solange keine brennbaren Gase oder Dämpfe vorliegen. Bei den hier zu betrachtenden Produkten ist von einer MZE > 10 mj auszugehen. Brennbare Gase und Dämpfe sind nicht zu erwarten Sonderfall Elevatorgurte Obwohl die BGR 132 nicht direkt Entladungsvorgänge an Fördergurten/Elevatorgurten in Zusammenhang mit brennbaren Stäuben aufnimmt, sind zündwirksame Vorgänge durch den Trennvorgang zwischen den Antriebs- und Umlenkrollen als vorhersehbare Störung grundsätzlich mit zu betrachten. Nach der BGR 132 können sich durch den kontinuierlichen Trennvorgang zwischen den Trommeln und dem Fördergurt beträchtliche Ladungsmengen auf den bewegten Oberflächen ansammeln und dabei gefährliche Entladungsvorgänge erzeugen. In durch brennbare Stäube explosionsgefährdeten Bereichen sollten deswegen nur ableitfähige Fördergurte eingesetzt werden deren Entladungen über leitfähige, geerdete Rollen und Trommeln abzuführen sind Ableitfähigkeit von Fördergurten Ein Fördergurt wird im Sinne der BGR 132 als ableitfähig eingestuft, wenn die Oberflächenwiderstände der Ober- und Unterseite des Bandes weniger als Ω, gemessen nach der EN 1637, betragen. Blatt 14

15 Besteht der Gurt aus Schichten unterschiedlicher Materialien, wird er nur als ableitfähig betrachtet, solange sein Durchgangswiderstand 10 9 Ω nicht überschreitet. Die vom Gurt aufgenommene Ladung kann über geerdete ableitfähige Rollen oder Trommeln sicher abgeleitet werden, wenn der Fördergurt ausreichend ableitfähig ist. Die Erdung der Rollen und Trommeln aus Stahl ist bei herkömmlicher Lagertechnik gegeben. Die in den Lagern der Antriebs- und Umlenkrollen verwendeten Öle und Fette in normaler Schmierfilmdicke, weisen i.d.r. Übergangswiderstände von nicht mehr als 10 3 Ω auf und ermöglichen somit eine wirksame Abführung eventueller Aufladungen. Zündwirksame Vorgänge aus Büschelentladungen an Elevatoren sind bei Einhaltung dieser Merkmale im Normalbetrieb, bei vorhersehbaren Störungen und bei seltenen Störungen als vermieden einzustufen. Blatt 15

16 10 Zusammenfassung Es wurde auf die Fragestellung des BMWA, inwieweit eine Auswahl von Zündquellen herrührend aus Entladungsvorgängen in Verbindung mit dem Betrieb bestehender Siloanlagen für die Erfassung, Lagerung und den Umschlag von landwirtschaftlichen Schüttgütern als vermieden angesehen werden kann, eingegangen. Es wird in diesem auf Grundlage einer Zusammenstellung bereits vorliegender Erkenntnisse in der Literatur, aus den technischen Regelwerken und harmonisierten Normen der Sachverhalt dargelegt. Unter Berücksichtigung der für diese Zündquellenarten relevanten Eckdaten: Mindestzündenergie [MZE] deutlich > 10 mj und in der Regel > 100mJ. Spezifischer Widerstand unterhalb von 10 9 Ωm. Explosionsfähiger Bereich von etwa 30 g/m³ bis etwa g/m³. können zündwirksame Vorgängen aus den Entladungsvorgängen Büschelentladungen, gewitterblitzsähnliche Entladungsvorgänge und Schüttkegelentladungen als VERMIEDEN eingestuft werden. In diesem Zusammenhang muß sich jeder Beteiligte, der Betreiber einer Anlage ebenso wie die für die Aufsicht zuständigen Instanzen klar darüber sein, daß bei realistischer Betrachtungsweise auch durch Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen ein Restrisiko besteht. Landshut am T.Jacobsen Blatt 16

17 11 per 11/2007 Elevatorgurte Wie unter Abschnitt 9 erläutert, ist bei Elevatorgurten in Elevatoren, in denen explosionsfähige Staub-/Luft-Gemische entstehen können, die Ableitfähigkeit sicherzustellen. Bei Elevatorgurten, die einen Oberflächenwiderstand von weniger als Ω (300MΩ) aufweisen, ist dies im Sinne der BGR 132 gegeben. Die vom Gurt aufgenommene Ladung kann über geerdete ableitfähige Rollen oder Trommeln sicher abgeleitet werden, da die Erdung der Rollen und Trommeln aus Stahl bei herkömmlicher Lagertechnik und Schmierfilmdicke mit einem Übergangswiderstand von < 10 3 Ω als gegeben anzusehen ist (BGR 132 Punkt ) Nachweisführung der Ableitfähigkeit Die Nachweisführung wird vorwiegend durch entsprechende Herstellerbescheinigungen erbracht und in der Regel bei den (wenigen) Gummifabriken im Rahmen des Herstellungsprozesses geprüft. Nachträgliche Messungen an bereits installierten Gurten sind nur in wenigen Ausnahmefällen möglich Messungen an Gurten Bei leichten Gurten ist das Meßverfahren nach der EN 1637 anzuwenden. Elevatorgurte sind in den meisten Fällen jedoch als schwere Gurte einzustufen. Hier ist die Meßmethode nach der EN ISO 284 anzuwenden. In diesem Verfahren wird an einem quadratischen Prüfling mit einer Kantenlänge von mindestens 300 mm unter einer nach ISO festgelegten Norm- Laboratmosphäre der Oberflächenwiderstand an beiden Seiten des Prüflings gemessen. Hinweis: Wegen der festgeschriebenen Rahmenbedingungen für dieses Prüfverfahren wird eine Prüfung am Einsatzort des Gurtes in der Regel nicht möglich sein Messungen an vorhandenen Gurten Sollte ein Nachweis der Ableitfähigkeit an bereits installierten Gurten geführt werden müssen, sind die nachfolgend beschriebenen Umstände zu beachten. Blatt 17

18 Elevatorgurte sind in der Regel so ausgeführt, daß sie ohne nennenswerte Reservelängen auf den Einsatzfall zugeschnitten und entsprechend der Becherbestükkung gelocht sind. Ein Ausschneiden eines Prüflings mit einer Kantenlänge von 300 mm würde aus diesem Grund zu einer Totalzerstörung des Gurtes führen. Des weiteren ist zu beachten, daß die überwiegende Anzahl der Elevatorgurte keine Breite von 300 mm aufweisen. Ein Prüfling, im Sinne der EN ISO 284, kann aus den vorgenannten Gründen aus dem überwiegenden Teil der im Anlagenbestand vorhandenen Gurte nicht erstellt werden Herstellernachweise Eine telefonische Anfrage bei führenden Inverkehrbringern von Elevatoren ergab, daß zumindest seit Anfang der 1990 iger Jahre von einer antistatischen Ausführung der Elevatorgurte, die für die Förderung brennbarer Stäube vorgesehen waren, auszugehen ist. Zu diesen Inverkehrbringern zählen unter anderem: Schmidt-Seeger AG (früher Gebr. Schmidt AG) M.A.H. Maschinen- und Anlagenbau Holzinger GmbH Bühler GmbH Daxner GmbH D Beilngries A-4070 Eferding A-5020 Salzburg A-4600 Wels Im Einzelfall wäre ggf. der zutreffende Inverkehrbringer vom Anlagenbetreiber zu ermitteln und zu befragen. Landshut am T.Jacobsen Blatt 18

19 12 Quellenliste Bezeichnung Titel Stand Anmerkungen VEXAT ExSV 1996 EN BGR 132 EN ISO 284 (DIN ) EN 1637 VDI 2263 EN Verordnung: Verordnung explosionsfähige Atmosphären Explosionsschutzverordnung 1996 Explosionsfähige Atmosphären Explosionsschutz Teil 1: Grundlagen und Methodik Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen Fördergurte Elektrische Leitfähigkeit Spezifikation und Prüfverfahren Fördergurte - Elektrische Leitfähigkeit - Spezifikation und Prüfverfahren Staubbrände und Staubexplosionen Gefahren Beurteilung Schutzmaßnahmen, Explosionsgefährdete Bereiche Begriffe für Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen 26. Juli Juli 2004 April Mai Blatt 19

20 Bezeichnung Titel Stand Anmerkungen EN BIA Liste Gestis EN ÖVE-EX 65/1981 ÖVE-EX 65a1985 EN BIA Schadensstatistik VDI Berichte 1601 OFI Nr vom Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbarem Staub Teil 2-1: Untersuchungsverfahren Verfahren zur Bestimmung der Mindestzündtemperatur von Staub Brenn- und Explosionskenngrößen von Stäuben Datenbank Explosionsfähige Atmosphären; Explosionsschutz; Bestimmung der Mindestzündenergie von Staub/Luft-Gemischen, Errichtung elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen Blitzschutz: Schutz von baulichen Anlagen und Personen Dokumentation Staubexplosionen Sichere Handhabung brennbarer Stäube Spezifischer Durchgangswiderstand verschiedenen Mehlsorten 1998 Ausgabe 12/97 ISBN Wird laufend aktualisiert Ausgabe { gestis/expl/index.html} Erdung und Potentialausgleich ISBN ISBN X /2007 Blatt 20