Ex-Schutz-Regeln/ATEX

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1 Pumpen und Schüttgutforum, , Würzburg Ex-Schutz-Regeln/ATEX hier: die ATEX-relevanten Anforderungen an und die ATEX-konforme Verwendung von autonomen Schutzsystemen für den konstruktiven Explosionsschutz Vincent Grosskopf

2 Was ist konstruktiver Explosionsschutz? Es wird von einem nicht auszuschließenden Explosionsereignis ausgegangen. Die angewandte Schutztechnik begrenzt den Schaden auf ein vorbestimmtes Ausmaß oder verhindert den Schaden gänzlich.

3 Was ist ein Autonomes Schutzsystem?1 Im Rahmen des konstruktiven Explosionsschutzes ist u. a. die Verwendung von sogenannten Schutzsystemen erforderlich. Die Richtlinie 94/9/EG legt die Mindestanforderungen an solche Schutzsysteme und an das anzuwendende Konformitätsbewertungsverfahren fest. Erst bei Erfüllung der Anforderungen und nachdem das Konformitätsbewertungsverfahren erfolgreich durchlaufen wurde, darf ein Explosionsschutzsystem in der EU in den Verkehr gebracht werden. * * gemäß Art. 1, Abs. 3, Buchst. B, 94/9/EG

4 Was ist ein Autonomes Schutzsystem?2 Wenn ein Schutzsystem (auch) gesondert in den Verkehr gebracht wird, ist es als autonomes Schutzsystem anzusehen. Beispiele für autonome Schutzsysteme sind: - Flammendurchschlagsicherungen - Löschmittelsperren - Explosionsunterdrückung - Zellenradschleusen -Auf Doppelsperren-Anordnungen diese Beispiele wird gleich tiefer (Schieber, eingegangen: Klappen) - Explosionsdruckentlastungseinrichtungen - Explosionsschlote - Rückschlagklappen

5 die Einordnung des Konstruktiven Ex- Schutzes in die ATEX-Richtlinien 94/9/EG und 1999/92/EC Betrachtet werden hier: - autonome Schutzsysteme, die es in den folgenden Grundarten gibt: - für Explosionsdruckentlastung - für Explosionsentkopplung - für Explosionsunterdrückung (auf letztere wird hier nicht eingegangen) - alle in Kombination mit druckstoßfester Bauweise zum notwendigen Grade. Nicht betrachtet werden hier: - Schutzmaßnahmen und Schutztechniken, die auf eine konstruktive Begegnung von Explosionsgefahren auf der Basis der Maschinenrichtlinie ausgerichtet sind.

6 die beiden relevanten ATEX-Richtlinien Produkte-Richtlinie zu erfüllen durch den Produkte- Hersteller bzw. durch die Partei, die die Produkte in den Verkehr bringt grundsätzliche Sicherheitsanforderungen in Deutschland: Gerätesicherheitsgesetz (Explosionsschutzverordnung ExVO) Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Risikoeinschätzung EN 1050, EN EN. 94/9/EG (ATEX 95) Detail- Ausarbeitung explosionsfähige Atmosphären Explosionsschutz, Teil 1: Grundlagen und Methodik EN Betreiber-Richtlinie zu erfüllen durch den Betreiber des Systems, von dem die Produkte Teil ausmachen Durchführung von Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Arbeitnehmer bei der Arbeit Richtlinie 89/391/EG in Deutschland: Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) Gefahrstoffverordnung (GefahrstoffV) 1999/92/EG (ATEX 137) z. B. Chemikalien 98/24/EG

7 94/9/EG Anforderungen an den Hersteller (In-den-Verkehr-Bringer) Bestimmung d. Anwendungskategorie: Kategorie 1: Kategorie 2: Kategorie 3: Einhaltung der Norm Risikoeinschätzung und Abgleich zwischen Risikoeinschätzung und Bestimmungsgemäße Verwendung Ausstellung d. Konformitätsbescheinigung Einhaltung der Ausführungskonformität (QM) 1999/92/EG Anforderungen an den Betreiber Zonen- und Kategorie-Festlegung, Auswahl geeigneter Anlagen und Komponenten: Zone 0/20 Zone 1/21 Zone 2/22 Befolgung der Montage und Installationsanweisungen Risikoeinschätzung bezogen auf den Einsatzort und Risikominimierung Erstellung, Vorhaltung und Pflege des Explosionsschutzdokuments und Kennzeichnung von gefährdeten Bereichen durchorganisierte ständige Aktualisierung ATEX 94/9/EG und 1999/92/EG

8 Gerätekategorie und Zone1 Zone Gerätekategorie 0 1G 1 1G und 2G 2 1G, 2G und 3G 20 1D 21 1D und 2D 22 1D, 2D und 3D

9 Gerätekategorie und Zone2 Gerätekategorie 1: Einsatz in Zone 0 (Gas = G) oder Zone 20 (Staub = D) Gerätekategorie 2: Einsatz in Zone 1 (Gas = G) oder Zone 21 (Staub = D) Gerätekategorie 3: Einsatz in Zone 2 (Gas = G) oder Zone 22 (Staub = D)

10 Anforderungen an die Geräte der Explosionsgruppe I Explosionsgruppen/Gerätekategorien gemäß 94/9/EG (Anhang I) und EN Kategorie Schutzgrad Zündquellen werden vermieden. M1 sehr hoch selbst bei seltenen Gerätestörungen Gewährleistung des Schutzes durch zwei unabhängige Schutzmaßnahmen M2 hoch Anlage muss bei Auftreten von explosionsfähiger Atmosphäre abgeschaltet werden. Einsatz im Untertagebetrieb und deren Übertageanlagen (Bergbau)

11 Anforderungen an die Geräte der Explosionsgruppe II Explosionsgruppen/Gerätekategorien gemäß 94/9/EG (Anhang I) und EN Kategorie Schutzgrad Zündquellen werden vermieden 1 sehr hoch selbst bei seltenen Gerätestörungen 2 hoch bei zu erwartenden Gerätestörungen Gewährleistung des Schutzes durch zwei unabhängige Schutzmaßnahmen durch eine Schutzmaßnahme 3 normal im Normalbetrieb nur bei störungsfreien Betrieb Einsatz Übertage, in explosionsgefährdeten Bereichen

12 Konformitätsbewertungsverfahren Autonome Schutzsystem müssen generell das Konformitätsbewertungverfahren der Kategorie 1 durchlaufen. 94/9/EG-Module (Anhänge) Modul III, EG-Baumusterprüfung durch Benannte Stelle in Verbindung mit Modul V, Qualitätssicherung Produktion

13 Eine Benannte Stelle ist eine für die Durchführung von Prüfungen und Erteilung von Bescheinigungen im Zusammenhang mit Konformitätsbewertungsverfahren nach Maßgabe der Rechtsverordnung nach 37 Abs. 1 vorgesehene Stelle, die der Kommission der Europäischen Union und den Vertragsstaaten des Abkommens über den Europäischen Wirtschaftsraum von einem Vertragsstaat des Abkommens über den Europäischen Wirtschaftsraum benannt worden ist. Sie sind neutrale und unabhängige Organisationen, die von einem EU-Mitgliedstaat akkreditiert sind, die Konformitätsbewertung von Produkten des freien Warenverkehrs durchzuführen, sofern dies für das betreffende Produkt gemäß den EU-Richtlinien vorgesehen ist. Benannte Stelle, Definition

14 Die Benannte Stelle, die der Hersteller (In-den-Verkehr- Bringer) von Autonomen Schutzsystemen gemäß 94/9/EG für seine Eignungsnachweise benötigt, muss nach den Bestimmungen des Gerätesicherheitsgesetzes als europäisch zugelassene Prüf- und Zertifizierungsstelle für Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen benannt sein. Benannte Stelle, relevante Qualifikation

15 Was prüfen die Benannten Stellen? Geräte Gruppen I und II für sämtliche Gerätekategorien (M1, M2, 1G, 2G, 3G, 1D, 2D, 3D) und elektrische und nichtelektrische Geräte sowie Verbrennungsmotoren, z. B. Maschinen, elektrische Betriebsmittel und elektrostatische Sprüheinrichtungen m Schutzsysteme Gruppen I und II für Gase/Dämpfe (G) und Stäube (D) z. B. Explosionsdruckentlastungseinrichtungen (wie Druckentlastungsklappen, Berstscheiben), Entkopplungssysteme (wie Zellenradschleusen, Flammendurchschlagsicherungen) und druckfeste Kapselungseinrichtungen (wie explosionsdruckfeste oder explosionsdruckstoßfeste Bauweisen) Komponenten z. B. Überfüllsicherungen, Auslöseeinrichtungen für Schutzsysteme, Leckanzeigen, Füllstandsonden

16 Modul III, EG-Baumusterprüfung Was macht die Benannte Stelle gemäß Modul III? - Sie prüft die vom Hersteller eingereichten technischen Unterlagen (allgemeine Beschreibung des Baumusters, Fertigungszeichnungen, Datenblätter, Betriebsanleitung etc.) und prüft, ob das Baumuster in Übereinstimmung mit den eingereichten Unterlagen gefertigt wurde und den relevanten Normen entspricht. - Sie führt die Prüfungen durch, die die Eignung für die Bestimmungsgemäße Verwendung unter Beweis stellen. - Sie stellt ein Prüfprotokoll und die EG Baumusterbescheinigung aus, welches eine Liste der relevanten technischen Unterlagen beinhaltet und wovon eine Kopie bei der Benannten Stelle verbleibt.

17 Modul V, Qualitätssicherung Produktion Was macht die Benannte Stelle gemäß Modul V? - Sie prüft die Qualitätspolitik. - Sie prüft die Auftragsdurchführung. - Sie prüft die die QM-bezogene Dokumentation. - Sie prüft die Schulung des Personals. - Sie prüft die Verwaltung externer Dokumente.

18 DIN EN :2011, explosionsfähige Atmosphären, Explosionsschutz Teil 1, Grundlagen und Methodik EN 13980:2003, Anwendung von Qualitätsmanagementsystemen in Bezug auf explosionsgefährdete Bereiche Wird ersetzt durch EN ISO : DIN EN ISO 9001:2008, Anforderungen an Qualitätsmanagementsystemen DIN EN :2009, Nicht elektrische Geräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, Teil 1, Grundlagen und Anforderungen EN 13980:2003, Anwendung von Qualitätsmanagementsystemen in Bezug auf explosionsgefährdete Bereiche Wird ersetzt durch EN ISO : Beispiel: Was gilt? Explosionsklappe 94/9/EG Elektrische Beheizung der Explosionsklappe 94/9/EG DIN EN 1050, Leitsätze zur Risikobeurteilung EN 14994, Schutzsysteme zur Druckentlastung von Gasexplosionen EN 14491, Schutzsysteme zur Druckentlastung von Staubexplosionen EN 14797, Einrichtungen zur Explosionsdruckentlastung DIN EN ISO 9001:2008, Anforderungen an Qualitätsmanagementsystemen DIN EN :2010, Allgemeine Anforderungen DIN EN :2010, Geräte Staubexplosionsschutz durch Gehäuse t

19 Zertifizierungsstelle für QS-Systeme1 Hier geht es um die Bewertung und Überwachung der Durchführung von Qualitätssicherungssystemen nach der Richtlinie 94/9/EG. Der positive Abschluss der Bewertung ermöglicht es dem In-den- Verkehr-Bringer von autonomen Schutzsystemen, am Markt im Geltungsbereich der ATEX-Richtlinien teil zu nehmen. Das QS-System eines in-den-verkehr-bringers von Autonomen Schutzsystemen kann, muss aber nicht ein System nach ISO 9001 sein. Die 1.-Prüfung und Abnahme des QS-Systems eines In-den-Verkehr- Bringers von Autonomen Schutzsystemen, sowie die Überprüfung der Einhaltung der Methoden zur Qualitätssicherung im Anschluss, werden von der Benannten Stelle durchgeführt bzw. später durch Audits überwacht.

20 Zertifizierungsstelle für QS-Systeme2 Dem QS-System eines In-den-Verkehr-Bringers von Autonomen Schutzsystemen unterliegt es auch, sicher zu stellen, dass ein Abnehmer vollständig über die Bestimmungsgemäßen Verwendung des Autonomen Schutzsystems informiert ist. Nur durch den Einsatz des Autonomen Schutzsystems innerhalb der Rahmenbedingungen der Bestimmungsgemäßen Verwendung kann der Betreiber sein Verpflichtung erfüllen, ein schlüssiges Explosionsschutzdokument zu erstellen. Leider wird in diesem Bereich, der durch die konsequente Umsetzung der ATEX-Richtlinien eigentlich geordnet sein sollte, durch einige weinigen schwarzen Schafe unter den In-den-Verkehr-Bringern von Autonomen Schutzsystemen noch immer unseriös gearbeitet.

21 Zertifizierungsstelle für Produkte, hier Schutzsysteme Die Zertifizierungsstelle für Autonome Schutzsysteme, die unter den den ATEX-Richtlinien 94/9/EG fallen, ist eine der Benannten Stellen. Sie führt die Prüfungen durch, welche die Eignung für die Bestimmungsgemäße Verwendung unter Beweis stellen. Zu diesen Prüfungen werden im Regelfall Versuche gehören, die zum Zweck haben, die Funktionalität der Autonomen Schutzsystemen unter Explosionsbedingungen nachzuweisen. Bei diesen Versuchen werden dann auch die Grenzen der Bestimmungsgemäßen Verwendung deutlich werden, die dann in der Produktdokumentation anzugeben sind. Das Zertifikat ist nur zusammen mit der Produktdokumentation gültig. Die Produktdokumentation wird im Rahmen der Prüfung mitgeprüft.

22 Versuche mit einer Explosionsklappe auf einem Behälter, als wichtiger Teil der Baumusterprüfung

23 Was wird hier (vorherige Folie) geprüft? - der Wirkungsgrad - die Belastbarkeit - das Vorhandensein der Eigenschaften, die zugesichert werden sollen, z. B. die Eigenschaft der Entlastungseinrichtung, sich selbsttätig wieder zu verschließen, oder die Eigenschaft, dass sich die Klappe durch die eingebaute Heizung bis -30 C schneeund eisfrei hält

24 Was wird hier geprüft?1 Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad einer Einrichtung zur Explosionsdruckentlastung muss bekannt sein, um bei einem Explosionsdruckentlastungskonzept die Übereinstimmung zwischen errechnetem Entlastungsflächenbedarf und gewählte Anzahl und Größe(n) der Einrichtungen zur Druckentlastung herstellen zu können. Der Wirkungsgrad ist nicht nur abhängig von der Konstruktion (Masse- und Hebeleffekte sowie Ansprechverhalten), sondern auch von Versuchsparametern wie, z. B. Behältergröße, Druckanstiegsgeschwindigkeit und dem erzielten reduziertem Explosionsdruck.

25 Was wird hier geprüft?2 Belastbarkeit (mechanische Festigkeit) Die Belastbarkeit einer Einrichtung zur Explosionsdruckentlastung, die hier gemeint ist, ist die Belastbarkeit hinsichtlich Kräfte, die bei der vorgesehenen Explosionsdruckentlastung auf die Einrichtung einwirken. Diese Kräfte sind erheblich. Teile die nicht dazu vorgesehen sind, sich zu lösen, dürfen sich nicht lösen. Mit anderen Worten: Es darf nichts davon fliegen. Zugesicherte Eigenschaften dürfen nicht verloren gehen. Die Zertifizierungsstelle prüft bei der Baumusterprüfung, für welche Explosionsszenarien die Belastbarkeit der Einrichtung zur Explosionsdruckentlastung ausreicht, so dass die äußersten Randbedingungen für den Bestimmungsgemäßen Verwendung in der Produktdokumentation festgelegt werden können.

26 Was wird hier geprüft?3 Belastbarkeit Die relevanten Parameter für die Baumusterprüfung werden von der Zertifizierungsstelle bzw. Benannten Stelle zur Abdeckung der vorgesehenen Bestimmungsgemäßen Verwendung festgelegt. Dieser Festlegung entsprechend werden die Versuche durchgeführt. Beispiele der in der Versuchstechnik einstellbaren Parameter: - Druckanstiegsgeschwindigkeit DP/Dt - Behältergröße - Zündort im Behälter - resultierender reduzierter Explosionsdruck p red

27 So viel zum Wirkungsgrad und zur Belastbarkeit bei der Verwendung der Einrichtung zur Explosionsdruckentlastung für den Schutz von Behältern Für Anlagen, deren Teile durch Rohrleitungen verbunden sind können Einrichtungen zur Explosionsdruckentlastung auch für axiale Rohrleitungsentlastung eingesetzt werden. Diese hat den Vorteil, dass die in solchen Verbindungen mögliche Flammenfront-Fortpflanzung, die mit einem begleitenden Druckstoß einher geht, abgemildert oder abgebrochen werden kann. Die radiale Explosionsdruckentlastung aus Rohrleitungen bringt zwar Entlastung, tut aber wenig gegen die Flammenfront- Fortpflanzung. Abhängig von der Anlagentechnik, kann die Flammenfront- Fortpflanzung sich auch Beschleunigen. Die Beschleunigung ist u. a. eine Funktion der Rohrleitungslänge, durch die sich die Flammenfront fortpflanzt.

28 Druckentlastung für Rohrleitungen Ein Beispiel: Mühle A, über Rohrleitung B mit Schlauchfilter-Abscheider C verbunden 1 Initialexplosion in A (hier eine Walzenschüssel- -mühle) 2 Flammenfront wird in B hinein gepeitscht. 3 Flammenfront pflanzt sich durch B fort. 4 Flammenfront beschleunigt sich und Luft vor der Flammenfront wird komprimiert. 5 Flammenfront kommt in C an und zündet dort eine Explosion unter Bedingungen des erhöhten Initialdrucks Resultat: Turbogeladene Sekundärexplosion in C. Explosionsentkopplung soll das Verhindern. Das kann man auch mit einem Explosionsschlot machen.

29 axiale Druckentlastung aus Rohrleitungen

30 Wirkungsgrad bei der Verwendung der Einrichtung zur Explosionsdruckentlastung für die Druckentlastung aus Rohrleitungen1 Der Wirkungsgrad einer Einrichtung zur Explosionsdruckentlastung wird daran bemessen, wie sich die Druckreduktion im Vergleich mit Druckentlastung durch eine nahezu masselose Druckentlastungseinrichtung (Folie) einstellt. Der Wirkungsgrad der Druckentlastung mittels Folie wird als 100% angesetzt. Hat sich bei der Folie ein p red -Wert von 1 barü eingestellt, und wurde im Vergleichsversuch mir der Druckentlastungseinrichtung ein p red von z. B. 2 barü erzielt, so ist der Wirkungsgrad der Einrichtung zur Druckentlastung entsprechend geringer (EN 14797). Diese Vergleichsmethode würde bei axialer Explosionsdruckentlastung aus dem Rohr zwar im Prinzip anwendbar sein. Es wäre dabei aber sehr viel schwieriger als bei der Behälterentlastung, Erkenntnisse bzgl. Anwendungen zu gewinnen.

31 Wirkungsgrad bei der Verwendung der Einrichtung zur Explosionsdruckentlastung für die Druckentlastung aus Rohrleitungen2 Der Wirkungsgrad ist aus einem anderen Grund bei Druckentlastungseinrichtungen für axiale Entlastung aus Rohrleitungen anders zu beurteilen als bei Behälterentlastung. Anders als bei Behälterentlastung, kann bei axialer Rohrleitungsentlastung die Größe (der Querschnitt der Entlastungsöffnung) der Entlastungseinrichtung keine andere sein als der Querschnitt des Rohres. Die Ermittlung eines Wirkungsgrades zur Bestimmung der Dimensionierung des Entlastungssystems kann daher entfallen. Bei der Baumusterprüfung von Druckentlastungseinrichtungen für axiale Rohrleitungsentlastung kommt es mehr noch als bei Druckentlastungseinrichtungen für Behälter auf die Belastbarkeit an. Die Flammenfront- und Druckstoßgeschwindigkeiten sind viel höher.

32 Belastbarkeit bei der Verwendung der Einrichtung zur Explosionsdruckentlastung für die Druckentlastung aus Rohrleitungen2 Die Belastbarkeit der Entlastungseinrichtung ist bei der Explosionsdruckentlastung aus Rohrleitungen daher so wichtig, weil eine sich durch eine Rohrleitung fortpflanzende Flammenfront mit begleitendem Druckstoß sich in der Druckanstiegsgeschwindigkeit (DP/Dt oder P/ t), mit der die Entlastungseinrichtung beim Öffnen mithalten muss, gravierend von der typischen Druckanstiegsgeschwindigkeit bei einem Explosionsablauf in einem Behälter unterscheiden kann. Letztere ist in der Regel wesentlich geringer. Die Beschädigung oder Zerstörung der Einrichtung zur Druckentlastung kann zu Absonderungen von Teilen führen, die dann zu Projektilen werden. Das ist zu verhindern.

33 Produkt-Zertifikat, Beispiel

34 In-den-Verkehr-Bringer-Zertifikate

35 Zusammenfassung Autonome Schutzsysteme müssen unter Einhaltung der ATEX-Richtlinien gebaut und zertifiziert in den Verkehr gebracht werden. Der In-den-Verkehr-Bringer muss ein zertifiziertes QM- System anwenden. Beim In-den-Verkehr-Bringen müssen die Grenzen der Bestimmungsgemäßen Verwendung des Schutzsystems angegeben werden. Der Betreiber, der das Schutzsystem anwendet, ist dafür verantwortlich, dass das Schutzsystem Bestimmungsgemäß verwendet wird.

36 Ende Vielen Dank für Ihr Interesse. Fragen und Kommentar bitte an: Daimlerring 39, Beckum