Betriebserfahrungen mit dem Explosionsschutz

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1 Ringvorlesung Betriebserfahrungen mit dem Explosionsschutz Dr.-Ing. Joachim Neumann BG Chemie, Bereich Prävention, TAD Köln, Kurzportrait der BG Chemie (1/2) Aufgabe der BG Chemie Grundlage ist SGB VII (Aufgaben, Leistungsrahmen, Befugnisse, Finanzierung) Mit allen geeigneten Mitteln Verhütung von Arbeitsunfällen, Berufskrankheiten, arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren Sorge für wirksame Erste Hilfe Wiederherstellung der Erwerbstätigkeit Entschädigung durch Geldleistungen 2 1

2 Kurzportrait der BG Chemie (2/2) Was leistet der Bereich Prävention? Fachliche Beratung (Sicherheit und Gesundheitsschutz) - Betriebsbesichtigungen - Messung von Gefahrstoffen und physik. Kenngrößen Aus- und Fortbildungsmaßnahmen Sicherheitsfachkräfte, Fachseminare Explosionsschutz Erstellen von Lehrmitteln, Broschüren und Publikationen - Merkblatt zu Sicherheitstechnischen Kenngrößen - Ratgeber Anlagensicherheit, - Kompendium Explosionsschutz 3 Definition Abgrenzung der Begriffe Brand und Explosion Brand - ungewollte Verbrennung - mischbare Reaktionspartner räumlich getrennt - Reaktion diffusionsbestimmt - Zündenergien mehrere Joule Explosion - Reaktionspartner sind vorgemischt (Explosionsgrenzen) - deutlich kleinere Zündenergien notwendig (Elektrostatik) - starke und kurzzeitige Energiefreisetzung - Druckwelle (hörbar) 4 2

3 Das Explosionsschutzdokument (ED) Wann kommt es gehäuft zu Ereignissen / Unfällen? nicht-bestimmungsgemäßer Betrieb Störungen und deren Behebung, Öffnen von Systemen, Leckagen, Reinigungsvorgänge, (Aufwirbeln abgelagerten Staubs) Gewollte / bewusste Änderungen im Produktionsablauf Prozessbedingungen, Spezifikation der (Zwischen-)Produkte bei gleichzeitig unveränderter Daten-/Beurteilungsbasis! Gefährdungsbeurteilung und Explosionsschutzdokument! 5 Das Explosionsschutzdokument (ED) Möglicher Aufbau siehe auch Tischvorlage 1. Angabe des Betriebes/Betriebsteils/Arbeitsbereichs 2. Verantwortlicher 3. Kurzbeschreibung 4. Verfahrensbeschreibung (V, T, p) 5. Stoffdaten 6. Gefährdungsbeurteilung 7. Schutzkonzept 6 3

4 Das Explosionsschutzdokument (ED) Stoffdaten / Sicherheitstechnische Kenngrößen Flüssigkeiten / Gase z.b.: Flammpunkt Dampfdruck UEG / OEG Dichteverhältnis zu Luft Zündtemperatur Grenzspaltweite Flammengeschwindigkeit Mindestzündenergie 7 Das Explosionsschutzdokument (ED) Stoffdaten / Sicherheitstechnische Kenngrößen Flüssigkeiten / Gase z.b.: Flammpunkt Dampfdruck UEG / OEG Dichteverhältnis zu Luft Zündtemperatur Grenzspaltweite Flammengeschwindigkeit Mindestzündenergie Stäube z.b.: Korngrößenverteilung UEG Sauerstoffgrenzkonzentr. Mindestzündenergie Mindestzündtemperatur K St -Wert Max. Explosionsdruck 8 4

5 Das Explosionsschutzdokument (ED) Wie kommt man an diese Kenngrößen? Nachschlagen Sicherheitsdatenblatt GESTIS-Stoffdatenbank GESTIS-STAUB-EX BIA-Handbuch 87 BIA-Report 12/97... Messen Externe Dienstleister BAM, PTB, EXAM, WJI,... Selber messen L BG Chemie ansprechen TAB veranlasst Messung bei BG oder BGIA J 9 Explosionsschutz Brennbare Stäube Beispiel aus der Kunststoffindustrie Produktionserweiterung Neue und unterschiedliche Produktpulver Lagerung in mehreren Silos Besondere Kundenwünsche Beimischen von festen Zuschlagstoffen gewollt Keine zusätzlichen Apparate verwendbar Frage: Kann das Pulver im Silo vermischt werden? 5

6 Explosionsschutz Brennbare Stäube Systematische Ermittlung von Kenngrößen Grundprüfung Brennprüfung (abgelagerter Staub) Explosionsprüfung (aufgewirbelter Staub) Explosionsschutz Brennbare Stäube MZE ist abhängig vom Medianwert Aluminium Kunststoff MZE = k 1 d p 3 Mindestzündenergie (MZE) der feinsten auftretenden Partikelfraktion ist Beurteilungsmaßstab. Medianwert: 50 Gew.-% des Staubes sind gröber als dieser Partikeldurchmesser. 12 6

7 Explosionsschutz Brennbare Stäube MZE Messung im modifizierten Hartmann-Rohr Quelle: Wilhelm-Jost-Institut, Hamm Explosionsschutz Brennbare Stäube Beispiel aus der Kunststoffindustrie Ermittelte Kenngrößen könnten sein: Medianwert Kunststoffpulvers: 60 µm MZE bei Prüfbedingungen: 20 mj Prozesstemperatur T P : 40 C MZE bei T P : 9 mj Produkt ist besonders zündempfindlich 7

8 Explosionsschutz Brennbare Stäube Beispiel aus der Kunststoffindustrie Typische Fragestellung: Darf ein mit solchem Pulver (teil-)gefülltes Silo durch Einblasen von Luft (!) als Wirbelbett betrieben werden? Was folgt für die Absackung daraus? Gefährdungsbeurteilung Explosionsschutz Gefährdungsbeurteilung als Basis kann helfen bei 1. Ermittlung der Explosionsfähigkeit 2. Zoneneinteilung 3. Ermittlung wirksamer Zündquellen 4. Abschätzung der Auswirkungen einer Explosion 5. Festlegung konstruktiver Explosionsschutzmaßnahmen 16 8

9 Explosionsschutz Brennbare Stäube Maßnahmen nach BGR 104 (TRBS2152) E1 E2 E3 Maßnahmen, welche eine Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre verhindern oder einschränken (Vermeiden explosionsfähiger Atmosphäre) Maßnahmen, welche die Entzündung gefährlicher Atmosphäre verhindern (Vermeiden wirksamer Zündquellen) Konstruktive Maßnahmen, welche die Auswirkung einer Explosion auf ein unbedenkliches Maß beschränken (Konstruktiver Explosionsschutz) 17 Explosionsschutz Brennbare Stäube Maßnahmen und relevante Kenngrößen 9

10 Explosionsschutz - Inertisieren Fragestellungen von technischem Interesse - maximaler Anteil an Sauerstoff im Gesamtgemisch (LOC), bis zu dem unabhängig von der sonstigen Zusammensetzung des Gemisches keine explosionsfähigen Gemische entstehen - maximaler Anteil an Brenngas in einem Gemisch aus Brenngas und Inertgas (MXC), bis zu dem dieses Gemisch bei beliebiger Vermischung mit Luft keine explosionsfähigen Gemische bildet - minimaler Anteil von Inertgas in einem Gemisch aus Inertgas und Luft (MAI), ab dem dieses Gemisch bei beliebiger Vermischung mit Brenngas keine explosionsfähigen Gemische mehr bildet 19 Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion im Dreiecksdiagramm Brennstoff Sauerstoff 20 Luft Stickstoff 10

11 Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion im Dreiecksdiagramm Brennstoff OEG UEG Sauerstoff 21 Luft Stickstoff Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion im Dreiecksdiagramm Brennstoff Sauerstoff 22 Luft Stickstoff 11

12 Explosionsschutz - Inertisieren Fragestellungen von technischem Interesse - maximaler Anteil an Sauerstoff im Gesamtgemisch (LOC), bis zu dem unabhängig von der sonstigen Zusammensetzung des Gemisches keine explosionsfähigen Gemische entstehen Tangente an den Explosionsbereich parallel zur Achse 0 Mol-% Sauerstoff LOC entspricht der Sauerstoffgrenzkonzentration 23 Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion im Dreiecksdiagramm Brennstoff Sauerstoff 24 Luft LOC Stickstoff 12

13 Explosionsschutz - Inertisieren Fragestellungen von technischem Interesse - maximaler Anteil an Brenngas in einem Gemisch aus Brenngas und Inertgas (MXC), bis zu dem dieses Gemisch bei beliebiger Vermischung mit Luft keine explosionsfähigen Gemische bildet Tangente vom Punkt 100 Mol-% Luft an den Explosionsbereich 25 Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion im Dreiecksdiagramm Brennstoff MXC Sauerstoff 26 Luft Stickstoff 13

14 Explosionsschutz - Inertisieren Fragestellungen von technischem Interesse - minimaler Anteil von Inertgas in einem Gemisch aus Inertgas und Luft (MAI), ab dem dieses Gemisch bei beliebiger Vermischung mit Brenngas keine explosionsfähigen Gemische mehr bildet Tangente vom Punkt 100 Mol-% Brenngas an den Explosionsbereich 27 Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion im Dreiecksdiagramm Brennstoff Sauerstoff 28 MAI Luft Stickstoff 14

15 Explosionsschutz Maßnahmen nach BGR 104 Ł Schutzkonzept (ED) primär sekundär konstruktiv 29 Explosionsschutz Gase und Dämpfe Alltag in vielen Betrieben 15

16 Pasadena, Texas, USA, Explosion in Polyethylenanlage 22 Tote Ein Ereignis ist ein Ereignis zuviel 31 Explosionsschutz weitere Informationen