Maßnahmen zum Explosionsschutz für Biogaseinspeise- und Aufbereitungsanlagen Überblick Dr. Albert Seemann Rheinsberg, 17. September 2013
Biogaserzeugung mit Einspeisung ins Erdgasnetz 12.1.2012 Seite 2
Anlagenabgrenzung 12.1.2012 Seite 3
Nationale Regelungen zum Explosionsschutz Produktsicherheitsgesetz ProdSG Arbeitsschutzgesetz ArbSchG Explosionsschutzverordnung 11. ProdSV Betriebssicherheitsverordnung BetrSichV Gefahrstoffverordnung GefStoffV Technische Regeln zur Gefahrstoffverordnung TRGS Technische Regeln zur Betriebssicherheitsverordnung TRBS Harmonisierte Europäische Normen DIN EN Explosionsschutz-Regeln EX-RL BGR 104 BG Regeln und BG Informationen Seite 4
Maßnahmen des Explosionsschutzes nach BetrSichV und GefStoffV Gefährdungsbeurteilung Zoneneinteilung Technische Schutzmaßnahmen Organisatorische Schutzmaßnahmen Explosionsschutzdokument Gilt auch für Biogasaufbereitungs- und Einspeiseanlagen nach DVGW Merkblatt G 265-1 Seite 5
Explosionsschutz in Biogasanlagen nach BetrSichV 3 5 6 12 14 15 Gefährdungsbeurteilung Explosionsgefährdete Bereiche Explosionsschutzdokument Betrieb Prüfung vor Inbetriebnahme Wiederkehrende Prüfungen Anhang 3 Zoneneinteilung explosionsgefährdeter Bereiche Anhang 4 A. Mindestvorschriften zur Verbesserung der Sicherheit und Gesundheitsschutzes der Beschäftigten, die durch gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gefährdet werden können. B. Kriterien für die Auswahl von Geräten und Schutzsystemen. Seite 6
Gasgefahren und Explosionsschutz in Biogasanlagen Zusammensetzung Rohbiogas (variabel, abhängig von den eingesetzten Substraten): Komponente Anteil Vol.-% Methan CH4 40-75 Kohlendioxid CO2 25-55 Schwefelwasserstoff H2S 0,005-0,5 Ammoniak NH3 0-1 Wasserdampf H2O 0-10 Stickstoff N2 0-5 Sauerstoff O2 0-2 Wasserstoff H2 0-1 Seite 7
Gasgefahren in Biogasanlagen Methan: Im Gemisch mit Luft Brand- und Explosionsgefahr UEG 4,3 Vol.-%; OEG 16,3 Vol.-% Schwefelwasserstoff: Vergiftungs-, Brand- und Explosionsgefahr AGW-Wert 5 ppm Kohlendioxid: Erstickungs- und Gesundheitsgefahr AGW-Wert 5000 ppm (0,5 Vol.-%) Seite 8
Explosionsbereich CH4/CO2/Luft Dreiecksdiagramm Explosionsbereich Methan/CO2/Luft (20 C) 50 Messung nach DIN 51649 20 C, Atmosphärendruck Explosionsgrenzen Reines CH4:UEG: 4.3%;OEG: 16.3% CH4 in Mol-% 10 0 Gemisch: Methan/CO2 70/30 20 30 Gemisch CH4/CO2 70/30: UEG: 6.3%; OEG 19.7% Sauerstoffgrenzkonzentration ca. 13 Vol.-% 10 40 30 20 CO2 in Mol-% 40 Explosionsbereich 50 100 90 80 70 Luft in Mol-% 60 50 Seite 9
Komponenten Biogasaufbereitungs- und Einspeiseanlagen Beispiele Zoneneinteilung im Anhang A zu DVGW G 265-1 Einspeiserohrleitung Gasleitungen, Armaturen, Druckbehälter in Räumen Räume mit Kondensatableitern Gasverdichter Druckerhöhungsgebläse Aufbereitungsverfahren Druckwechseladsorption Druckwasserwäsche Aminwäscheverfahren Membranverfahren Aktivkohlefilter zur Entschwefelung Einspeiseanlage Gasmessung Druckeinstellung Brennwertmessung Odorierung Flüssiggaskonditionierung Abblase- und Entspannungsleitungen Seite 10
Komponenten Biogasaufbereitungs- und Einspeiseanlagen Einspeiseleitung Notfackel Abscheidung Schwefelwasserstoff Aminwäscheverfahren Seite 11
Komponenten Biogasaufbereitungs- und Einspeiseanlagen Membranverfahren Membrane zur Gastrennung Gasverdichter Qualitätsüberwachung Biomethan Seite 12
Einspeiseleitung zur Aufbereitung Wechselwirkung zwischen Biogaserzeugungs- und nachgeschalteter Aufbereitungsund Einspeiseleitung ist zu betrachten Schutzziel: das Eindringen von Luft in die Einspeiseleitung sowie der nach geschalteten Aufbereitung ist zu vermeiden und damit Bildung von g.e.a. im Inneren. Beispieltabelle bietet hierzu drei Lösungsvarianten: Variante 1: Überdruck im Gasbehälter und Einspeiseleitung ist sichergestellt, keine Zone. Variante 2: Überdruck im Gasbehälter ist sichergestellt. Unterdruck in der Einspeiseleitung ist möglich. Leitung ist auf Dauer technisch dicht, keine Zone. Leitung ist technisch dicht, keine Zone mit Begrenzung der Sauerstoffkonzentration (max. 3 Vol.-%). Seite 13
Eindringen von Sauerstoff in Einspeiseleitung undichte Einspeiseleitung (Unterdruckbetrieb) Eindringen von Luft in Gärrestelager oder Fermenter Seite 14
Konzentrationsüberwachung Einspeiseleitung Konzentrationsmessung Sauerstoff (3 Vol.-%) Methan (140 % OEG) Auslösung von Notfunktionen und Absperrung der Leitung Lage der Absperrarmatur nach Messstelle ergibt sich aus Reaktionszeit der Messung und Gasströmungsgeschwindigkeit Seite 15
Zoneneinteilung Gasverdichtung Aufbereitung Gasverdichter in Räumen Aufstellung im Raum, bei 20 % der UEG Alarm, bei 40 % der UEG abschalten, Anlage wird nicht entspannt, ganzer Raum Zone 1. Aufstellung im Raum, bei 20 % der UEG Alarm und Aktivierung der Lüftung, bei 40 % der UEG abschalten der Anlage (Lüftung bleibt aktiv), Absperrung außerhalb des Aufstellungsraumes, Notentspannung des gesamten Gasführenden Systems im Raum nach außen, ganzer Raum Zone 2. Seite 16
Manueller Wechsel Aktivkohlefilter Festlegung einer Zone im Arbeitsbereich Seite 17
Zonen nach EX-RL Beispieltabelle/DVGW G 265-1 Seite 18
Wechselwirkungen Gasfackel außerhalb von EX-Zonen Seite 19
BetrSichV - 6 Explosionsschutzdokument Gefährdungsbeurteilung Vorkehrungen zur Sicherstellung des EX-Schutzes Zoneneinteilung Angabe der Bereiche, wo Mindestvorschriften nach Anh. 4 zu beachten sind Das Explosionsschutzdokument ist vor Aufnahme der Arbeit zu erstellen. Es ist zu überarbeiten, wenn Veränderungen, Erweiterungen oder Umgestaltungen der Arbeitsmittel oder des Arbeitsablaufes vorgenommen werden. Seite 20
BetrSichV Prüfungen zum Explosionsschutz nach Abschnitt 3 und Anhang 4 A 14 (1) (3) Prüfung vor Inbetriebnahme 14 (6) Prüfung nach Instandsetzung 15 (1) Wiederkehrende Prüfungen 15 (15) Prüffrist EX-Anlagen (max. 3 Jahre) 15 (16) Prüffrist Anlagen brennbare Flüssigkeiten (max. 5 Jahre) Anhang 4A Pkt. 3.8 Prüfung von Arbeitsstätten in EX-Bereichen Durchführung der Prüfungen: - befähigte Person - zugelassene Überwachungsstelle Seite 21
Dr. Albert Seemann Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse Referent Gas- und Wasserversorgung Tel.: 0221/3778-6164 E-Mail: seemann.albert@bgetem.de Seite 22