Explosionsschutzkonzepte mit Flammendurchschlagsicherungen

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1 Explosionsschutzkonzepte mit Flammendurchschlagsicherungen Konzeptentwicklung unter Berücksichtigung von ISO und TRGS 509 Thomas Methfessel (Vortragender) Dr. Michael Davies, Thomas Anderssohn Braunschweiger Flammenfilter GmbH PROTEGO DIAM München, 14. / 15. September

2 Absicherung Dämpfe-Rückgewinnungssystem 2

3 Sicherheitstechnische Grundlagen Verbrennungsvorgänge Deflagration - Detonation Unterschallgeschwindigkeit Überschallgeschwindigkeit v p 3

4 Sicherheitstechnische Grundlagen Wirkungsweise der trockenen Flammensperre Wo bleibt die Wärme? Prinzip des Flammenlöschens 4

5 Sicherheitstechnische Grundlagen Wirkungsweise der trockenen Flammensperre Wo bleibt die Wärme? Prinzip des Flammenlöschens 5

6 Sicherheitstechnische Grundlagen Wirkungsweise der trockenen Flammensperre Wo bleibt die Wärme? Prinzip des Flammenlöschens 6

7 Sicherheitstechnische Grundlagen Wirkungsweise der trockenen Flammensperre Wo bleibt die Wärme? Löschlänge L Löschabstand D = 2 x s Spaltweite = Löschabstand Spaltlänge = Löschlänge Prinzip des Flammenlöschens 7

8 Wirkungsweise einer Flammendurchschlagsicherung 8

9 Flammendurchschlagsicherungen: Wann - Warum - Welche Bei der Auswahl der geeigneten Flammendurchschlagsicherung ist zu berücksichtigen: Was ist das zu schützende Objekt? Wo ist die Zündquelle? Ist die Zündquelle ständig, selten, nur bei Störungen wirksam? (Zonenkonzept) Ist die Explosionsfähige Atmosphäre (explosionsfähiges Gemisch) ständig, selten, nur bei Störungen vorhanden? (Zoneneinteilung) Welche Verbrennungsvorgänge sind zu erwarten? Welche Anlagenkonfiguration wird gewählt? Wo wird das Schutzsystem installiert? Welche Stoffe/Produkte bilden die explosionsfähige Atmosphäre? (Explosions-Gruppe) Bei welchen Betriebsparametern (Druck/Temperatur) wird die Anlage betrieben? Wie aggressiv sind die Gase/Dämpfe/Kondensate oder Flüssigkeiten? (Korrosionsbeständigkeit) Ist eine betriebsmäßige Verschmutzungsmöglichkeit oder die Gefahr einer Verstopfung gegeben? 9

10 Sicherheitstechnische Grundlagen Rohr-Deflagration Flammengeschwindigkeit: Unterschallgeschwindigkeit (v<500 m/s) Flamme ist nicht an Stoßwelle gekoppelt Maximaler Abstand zur potentiellen Zündquelle: geprüfter Abstand entsprechend Betriebsanleitung, abhängig von der Explosionsgruppe und in der Regel bei atmosphärischen Bedingungen Ex-Gr. IIA,IIB3 L < 50 x D Ex-Gr. IIB, IIC L < 30 x D Rohrdurchmesser auf der geschützten Seite (Anlage) darf nicht kleiner sein als auf der ungeschützten Seite (Zündquelle) Rohrdurchmesser auf der ungeschützten Seite (Zündquelle) darf nicht größer sein als die Anschlussnennweite der Flammendurchschlagsicherung Rohr-Detonation Flammengeschwindigkeit: Überschallgeschwindigkeit (v > 1600 m/s) Flamme ist an Stoßwelle gekoppelt Stabile oder instabile Detonation - mit oder ohne Strömungshindernis Restriktion: Keine Absperreinrichtungen auf der geschützten Seite (Anlage) bis L < 50 x D, die während des Betriebes betätigt werden 10

11 Typen von Flammendurchschlagsicherungen nach ISO FLAMMENDURCH- SCHLAGSICHERUNGEN STABILISIERTES BRENNEN DETONATION DEFLAGRATION Dauerbrand Class a kurzzeitiges Brennen Class b in-line Detonation end-of-line stabile Detonation Atmosph. Deflagration in-line Deflagration Volumendeflagration ohne restriction Typ 4 stabile Detonation mit restriction Typ 3 instabile Detonation ohne restriction Typ 2 mit restriction Typ 1 Änderungen zu EN keine gering signifikant neu 11

12 Vorgehensweise zur Absicherung I Absicherung von explosionsgefährdeten Bereichen in überwachungsbedürftigen Anlagen entspr. BetrSiV 1. Verbrennungsvorgang ISO16852, TRGS 509 Deflagration Detonation atmosphärisch, Volumen-, Rohr- stabil, instabil Stabilisiertes Brennen Kurzzeitbrand, Dauerbrand 2. Stoffklassifizierung GefStoffV, BetrSichV, ISO16852, TRGS 509 Flüssigkeiten Dämpfe/Gase Konzentration entzündbar, leicht entzündbar, extrem entzündbar (Flammpunkt, Siedepunkt) ExGr IIA1, IIA, IIB1-IIB3, IIB, IIC (entspr. MESG) UEG, OEG, Sauerstoffgrenzkonzentration Betriebsparameter Betriebs-Temperatur, Betriebs-Druck etc. 12

13 Vorgehensweise zur Absicherung II 3. Anlagenbeurteilung BetrSiV, TRBS, TRGS 509 Innerer Bereich = Förderbereich Zone 0 ständig oder häufig explosionsfähige Atmosphäre Zone 1 gelegentlich explosionsfähige Atmosphäre Zone 2 keine oder selten explosionsfähige Atmosphäre Zündquellen (Gefährdungsbeurteilung nach BetrSichV/TRBS) wirksam ständig und langzeitig selten, aber betriebsmäßig zu erwarten selten, nur bei Störungen 13

14 Vorgehensweise zur Absicherung III 4. Auswahl von Geräten und Schutzsystemen nach 99/92/EG und 94/9/EG Zone 0,1,2 Zone 0 Geräte Gruppe II Kategorie 1 Zone 1 Geräte Gruppe II Kategorie 2 Zone 2 Geräte Gruppe II Kategorie 3 autonome Schutzsysteme mit CE-Kennzeichnung Ergebnis: Auswahl, Anzahl und Lage der passenden (richtigen) Geräte, Schutzsysteme und Komponenten z.b. Ventilatoren, Vakuumpumpen, Berstscheiben, Flammendurchschlagsicherungen, Temperaturfühler, Konzentrationsmessgeräte, Durchflußmeßgeräte Dokumentation der Vorgehensweise und der Ergebnisse im Explosionsschutz-Dokument 14

15 Anzahl Schutzmaßnahmen zur Absicherung der Anlage nach ISO Abhängig von der Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphäre wirksamer Zündquellen Anzahl der von einander unabhängigen Schutzmassnahmen Explosionsfähige Atmosphäre Zündquelle ständig manchmal selten nie (keine Ex- Atmosphäre) Zone 0 Zone 1 Zone 2 keine Zone ständig manchmal selten nie

16 Auslegung von Flammendurchschlagsicherungen Zulässige Betriebsdaten in Abh. der Prüfparameter EN12874 Zul. Betriebstemperatur Atmosphärisch (-20 C bis +60 C) > 60 C bis <150 C Sonderprüfungen (>150 C in Anlehnung an EN 12874) ISO16852 Atmosphärisch (-20 C bis +60 C) Sonst T 0 <T TB bis T TB =150 C Zul. Betriebsdruck bis 1,1 bar (absolut) > 1,1 bar bis < 1,6 bar Sonderprüfungen (>1,6 bar in Anlehnung an EN 12874) Zul. Heizmitteltemperatur 25 C über der zugelassenen Betriebstemperatur jedoch max. 80% der Zündtemperatur (in C!!) 0,8 bar bis 1,1 bar für Endsicherungen p o < p TB bis p TB <1,6 bar für Rohrsicherungen wie EN

17 Geräte und Schutzsysteme in explosionsgefährdeten Bereichen Entsorgung der Abluft aus Tanklager Druck- Vakuumventil z.b. Benzol Detonationssicherung mit Rückströmsicherungs-Ventil Deflagrationsrohrsicherung Strömungsüberwachte Eindüsung 17

18 Redundanzkonzept für die Anlagensicherheit nach ISO

19 Explosionsschutzkonzept Druckentlastung Vapour collection line 19

20 Versuch Entlastungsschlot 20

21 Falscher Ansatz bedeutet Gefahr!! 21

22 Besser: Detonationssicherer Anschluss Gaspendelleitung DN

23 Tanklager für KW Lager-Tank Be- und Entlüftung Anbindung an Gaspendelsystem 23

24 Stabilisiertes Brennen Dauerbrand: Prüfung entsprechend ISO erforderlich. Klassifizierung (BC): a Dauerbrand (kein Zeitlimit) b kurzzeitiges Brennen (BT = 1-30 min) c nicht sicher gegen stabilisiertes Brennen 24

25 Aufbau Dauerbrandtest vertikale Testposition horizontale Testposition 25

26 26

27 Dauerbrandergebnisse verschiedener Hersteller: Flame arrester type Vapor Group Test gas Position Time to flash back A IIA Propane Vertical Horizontal B IIA Propane Vertical Horizontal + 5 m pipe Horizontal 12 min 48 sec 9 min 45 sec 7 min 37 sec 2 min 57 sec 1 min 55 sec C IIA Propane Vertical 26 min 54 sec D IIA Propane Vertical 23 min 15 sec 27

28 Geräte und Schutzsysteme in explosionsgefährdeten Bereichen Detonationssicherungen mit Temperatursensoren 28

29 Absicherungskonzept der Ent- und Belüftung von Lagertanks Freie Ent- und Belüftung Ent- und Belüftung über Ventil mit Druckhaltung Not-Ent- und Belüftung über Ventile und betriebsmäßige Ent- und Belüftung durch Gaspendelung Not-Ent- und Belüftung über Ventile und betriebsmäßige Belüftung über detonationssicheres Ventil Not-Ent- und Belüftung über Ventile und betriebsmäßige Entlüftung in Abgassystem und Belüftung aus Deckgassystem Die Aufgabenstellungen zur Absicherung von Tanklagern sind abhängig von den betrieblichen Erfordernissen! 29

30 Abstand der Armaturen 5 x D Anforderung: Abstand=5-facher Durchmesser der Flammensicherung 30

31 Einsatzbeispiel: Beheizung nur für 1 Ventil? Freies Abfackeln bei Dauerbrand nicht möglich Wärmestau Notwendiger Freiraum entspr. VdTÜV MB 967 Abs (6) Notwendiger Abstand der Ventile untereinander entsprechend Betriebsanleitung: 5-facher Durchmesser der Flammensicherung (VdTÜV MB 967 Abs (4) 31

32 Geräte und Schutzsysteme in explosionsgefährdeten Bereichen Entsorgung der Abluft aus Tanklager und Prozeßanlage Ventilator GII Kat1/2 T3 32

33 Radial-Ventilator mit saug- und druckseitiger Flammensperre 33

34 Vakuumpumpe Gerät Kat 1 / 2 - IIB3 für die Förderung von Ex-Gemischen Zone 0 aufgestellt in Zone 1 34

35 Absicherung von Tanklagern Anwendungsbeispiele Einsatz einer bi-direktionalen Detonationssicherung Typ PROTEGO DA/UB-TB-1200/600-IIB3-P1,2 35

36 Versuche mit einer nicht geeigneten Deflagrationssicherung 36

37 Detonationen haben massive Zerstörungswirkung,deshalb sind Detonationssicherungen unbedingt notwendig 37

38 Metallstücke fliegen über hundert Meter weit, zerstören die Umwelt und sind eine Gefahr für den Menschen 38

39 Rechnen Sie auch mit dem Unerwarteten 39

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Excellence in Safety and Environment 40