Explosionsschutz Anwenden von Schutzmaßnahmen

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1 Explosionsschutz Anwenden von Schutzmaßnahmen Gliederung Einteilung der Explosionsschutzmaßnahmen Primärer Explosionsschutz - Inertisieren - Anforderungen die technische Dichtheit von Apparaturen - Lüftungsmaßnahmen Sekundärer Explosionsschutz - Einteilung in Ex-Zonen - Zündschutzarten Konstruktiver Explosionsschutz - Explosionsdruck(stoß)feste Bauweise - Explosionsdruckentlastung - Explosionsunterdrückung / Löschmittelzugabe - Verhindern der Explosionsübertragung (explosionstechnische Entkopplung) ne / Seite 1

2 Explosionsschutz Voraussetzungen zur Entstehung einer Flamme ne / Seite 2

3 Explosionsschutz Anwenden von Schutzmaßnahmen Gliederung nach TRBS 2152 E1 E2 E3 E4 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) Anwenden von Prozessleittechnik im Rahmen von Explosionsschutzmaßnahmen ( ergänzender Explosionsschutz) ne / Seite 3

5 Primärer Explosionsschutz Vermeiden explosionsfähiger Atmosphäre Vermeiden oder Einschränken von Stoffen, die explosionsfähige Atmosphäre zu bilden vermögen (Substitution) Verhindern oder Einschränken explosionsfähiger Atmosphäre im Innern von Anlagen und Anlagenteilen (Inertisieren, Evakuieren auf p < 50mbar) Verhindern oder Einschränken gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in der Umgebung von Anlagen und Anlagenteilen (Lüftung) Überwachung der Konzentration in der Umgebung von Anlagen oder Anlagenteilen (Gaswarnanlagen) Maßnahmen zum Beseitigen von Staubablagerungen in der Umgebung von staubführenden Anlagen und Anlagenteilen sowie Behältern (saugen, nicht blasen) ne / Seite 5

6 Explosionsschutz - Inertisieren Bildung von Ex-Atmosphäre innerhalb geschlossener Apparaturen verhindern Geschlossene Apparaturen Konzentrationsbegrenzung (z.b. auch oberhalb der OEG) Inertisierung (N 2, CO 2 ) Evakuierung (unterhalb von 50 mbar) ne / Seite 6

7 Explosionsschutz - Inertisieren Fragestellungen von technischem Interesse 1) maximaler Anteil an Sauerstoff im Gesamtgemisch (LOC), bis zu dem unabhängig von der sonstigen Zusammensetzung des Gemisches keine explosionsfähigen Gemische entstehen 2) 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 3) 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 ne / Seite 7

8 Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion des Explosionsgebiets über 4 Eckdaten Brennstoff OEG UEG Sauerstoff Luft Stickstoff ne / Seite 8

9 Explosionsschutz - Inertisieren Explosionsgebiet im Dreiecksdiagramm Brennstoff Sauerstoff Luft Stickstoff ne / Seite 9

10 Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion im Dreiecksdiagramm Brennstoff 1) 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 Sauerstoff Luft Stickstoff ne / Seite 10

11 Explosionsschutz - Inertisieren Konstruktion des Explosionsgebiets über 4 Eckdaten Brennstoff Sauerstoff Luft LOC Stickstoff ne / Seite 11

12 Primärer Explosionsschutz Lüftungsmaßnahmen Natürliche Lüftung Technische Lüftung (Raumlüftung) Objektabsaugung ne / Seite 12

13 Primärer Explosionsschutz Lüftungsmaßnahmen Natürliche Lüftung Technische Lüftung Objektabsaugung ne / Seite 13

15 Sekundärer Explosionsschutz Vermeiden der Entzündung Wirksame Zündquellen müssen dort vermieden werden, wo explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist oder auftreten kann, d. h. in explosionsgefährdeten Bereichen, die in Zonen eingeteilt werden. ne / Seite 15

16 Sekundärer Explosionsschutz Die in der Praxis wichtigsten Zündquellen mechanisch erzeugte Funken ne / Seite 16

17 Elektrostatik / Statische Elektrizität Beispiel Fasslager Metallische Gegenstände elektrisch leitfähig miteinander verbunden Potenzialausgleich ne / Seite 17

18 Sekundärer Explosionsschutz Zoneneinteilung Was sind Zonen? Explosionsgefährdete Bereiche sind nach Häufigkeit und Dauerdes Auftretens bzw. Vorhandenseins gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in Zonen zu unterteilen. Zonen dienen zur Bestimmung des Umfangs der zur Vermeidung von Zündquellen erforderlichen Maßnahmen. ne / Seite 18

19 Sekundärer Explosionsschutz Einteilung der Anlage in Ex-Zonen bzw. Ex-Bereiche Zone 0 Zone 20 Zone 1 Zone 21 Zone 2 Zone 22 Nicht gefährdeter Bereich Explosionsfähige Atmosphäre ständig, langzeitig oder häufig gelegentlich selten und nur kurzzeitig nie Zündquellen nie selten und nur kurzzeitig gelegentlich beliebig Schutzmaßnahmen sicher bei 2 Fehlern sicher bei 1 Fehler sicher im Normalbetrieb keine strenger ne / Seite 19

20 Sekundärer Explosionsschutz Beispiele zur Zoneneinteilung Brennbare Stäube Ortsfeste Lagerung in Silos Zone 21(gelegentl. Befüllung) oder Zone 20 (häufige Befüllung) Zone 22 ne / Seite 20

22 Konstruktiver Explosionsschutz Explosionsdruck(stoß)feste Bauweise Belastung der Raumwände Explosionsdruckfeste Bauweise = statische Beanspruchung - langanhaltender, gleichverteilter Druck - keine schwingende Beanspruchung - Beanspruchung entspricht dem Enddruck p e der Explosion - Sicherheitsfaktor 1,5 Explosionsdruckstoßfeste Bauweise = dynamische Beanspruchung - kurzzeitiger, gerichteter Impuls - Anregung von Schwingungen - Schwingungsamplitude kleiner als bei stat. Beanspruchungen (Eigenfrequenz nicht gleich Impulsfrequenz) - plastische Verformungen werden zugelassen - Sicherheitsfaktor = 1,0 ne / Seite 22

23 Konstruktiver Explosionsschutz Explosionsdruck(stoß)feste Bauweise ne / Seite 23

24 Konstruktiver Explosionsschutz Druckentlastung - Sollbruchstelle (Bestscheibe) - in Arbeitsräumen grundsätzlich verboten ne / Seite 24

26 Konstruktiver Explosionsschutz Explosionsunterdrückung - Löschmittelzugabe ne / Seite 26

27 Konstruktiver Explosionsschutz Löschmittelzugabe - Beispiel Filteranlage 1. Explosionsdrucksensor 2. HRD-Behälter (Explosionsunterdrückung) 3. Löschmittelsperre 4. Ventilator 5. Staubkontrollgerät 6. Zellenradschleuse Öffnungszeit 10 ms elektromechanische Ventilöffnung Transienter Drucksensor Quelle: INCOM Explosionsschutz AG, Olten, CH ne / Seite 27

28 Konstruktiver Explosionsschutz Verhinderung der Flammen- und Explosionsübertragung A: Explosionsrohrsicherung B1: Dauerbrandsicherung ohne Brandeinwirkung B2: Dauerbrandsicherung im Falle eines Brandes C: Detonationssicherung ne / Seite 28

29 Konstruktiver Explosionsschutz Davysche Sicherheitslampe - Ausnutzung der Kenngröße Norm- bzw. Grenzspaltweite - Flamme umschlossen von engmaschigem Drahtzylinder - Drahtnetz nimmt entstehende Wärme auf, bevor sie das Grubengas Methan entzündet (Schlagwetterexplosion) - mehr als 1% Methan in der Grubenluft ruft über dem Benzinflämmchen eine bläuliche Haube hervor. - steigt der Methananteil in der Grubenluft auf 14%, so erlischt die benzingetriebene Lampe komplett - Namensgeber ist Sir Humphry Davy ( ) Quelle: Institut für Experimentalphysik, Uni Innsbruck ne / Seite 29

30 Konstruktiver Explosionsschutz Flammenfilter Ausnutzung der Kenngröße Norm- bzw. Grenzspaltweite abhängig vom Stoffgemisch die Flammfilter-Spaltweite dimensionieren Schutz ist nicht von Strömungsgeschwindigkeit abhängig ne / Seite 30

31 Konstruktiver Explosionsschutz Flammenfilter Durchzündung von Methan/Luft-Gemischen durch Spalte f {Methangehalt} - Kugelbehälter V = 6 Liter Durchzündung - ebene, parallele Spalte - Spaltlänge 25 mm - Methankonzentration in Luft ne / Seite 31

32 Konstruktiver Explosionsschutz Flammenfilter ne / Seite 32

33 Konstruktiver Explosionsschutz Flammenfilter Flammendurchschlag und Flammenfilter Durchschlag möglich evtl. Spalte zu groß Durchschlag verhindert Spalte eng genug Quelle: Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) ne / Seite 33

34 Konstruktiver Explosionsschutz Verhindern der Explosionsübertragung Entkopplungseinrichtungen für Stäube Löschmittelsperre Schnellschlussschieber, Schnellschlussklappe Schnellschlussventil (Explosionsschlussklappe) Zellenradschleuse Entlastungsschlot Produktvorlage Doppelschieber ne / Seite 34

35 Konstruktiver Explosionsschutz Explosionstechnische Entkopplung - Zellenradschleuse Explosion Spaltweite Kammer Gehäuse Dicke des Stegs (Spaltlänge) Steg Rotor keine Explosion ne / Seite 35

36 Explosionsschutz Anwenden von Schutzmaßnahmen Fazit Explosionsschutz Risiko = Wahrscheinlichkeit Schadensausmaß primär u. sekundär konstruktiv ne / Seite 36