BG RCI Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie Seminar Technische Grundlagen 1 Vorbeugender Explosionsschutz Verhindert das Entstehen von Explosionen Konstruktiver Explosionsschutz Beschränkt die Auswirkungen einer Explosion auf ein unbedenkliches Mass 2 Massnahmen des Explosionsschutzes gemäss Ex-RL 3 09.09.2013 1
Massnahmen des Explosionsschutzes gemäss VDI-RL 2263 09.09.2013 Seminar EXTG09371 431 - Technische Grundlagen - 4 Seminar EXTG09371 431 - Technische Grundlagen - 5 Gefahrendreieck 09.09.2013 Massnahmen des vorbeugenden Explosionsschutzes Vermeiden von explosionsfähigen Staub/LuftGemischen Inertisierung mit Inertgasen (N2, CO2) Inertisierung mit Feststoffen (Löschpulver) Vermeidung von wirksamen Zündquellen: Mechanisch erzeugte Funken Statische Elektrizität Heisse Oberflächen etc. 09.09.2013 09.09.2013 Seminar EXTG09371 431 - Technische Grundlagen - 6 2
Vermeidung hoher Staubkonzentration 7 Vermeidung explosionsfähiger Gemische (brennbare Stäube) Austausch des brennbaren durch ein unbrennbares Produkt Zumischung von inertem Produkt (Zumischung von ca. 50 Gew.%) Einhaltung der UEG (ACHTUNG:Beeinflussung durch Aufwirbelung abgelagerten Staubes) Begrenzung des Korndurchmessers (ACHTUNG: Entstehung von Feinstaub durch mechanische Beanspruchung berücksichtigen) Regelmässige Reinigung der betroffenen Betriebsbereiche mit zugelassenen Staubsaugern 8 Vermeidung explosionsfähiger Gemische (brennbare Gase) Austausch des brennbaren durch ein unbrennbares Produkt Konzentrationsbegrenzung gesichert unterhalb der UEG bzw. oberhalb der OEG im Innern von Apparaten Temperaturbegrenzung: Bei Temperaturen, die genügend weit unterhalb des Flammpunktes (ca. 5-15K) liegen, ist keine Explosionsgefahr gegeben. Lüftungsmassnahmen (natürliche bzw. technische Lüftung) Stationäre Gaswarnanlage kombiniert mit Lüftungsmassnahmen 9 09.09.2013 3
Verhalten von Dämpfen 10 Gaswarngerät mit lüftungstechnischen Massnahmen 11 Anforderungen an eine technische Lüftung Die Wirksamkeit der technischen Lüftung muss überwacht werden Die in einem explosionsgefährdeten Abluftsystem geförderte Luft muss in Bereiche ohne Zündgefahr gefördert werden Fördern Abluftventilatoren explosionsfähige Abluft, so sind diese explosionstechnisch zu schützen Zuluft darf nicht aus explosionsgefährdeten Bereichen entnommen werden Zur Auslegung einer technischen Lüftung ist die Kenntnis von Ort, max. Stärke und die Häufigkeit der Quelle explosionsfähiger Atmosphäre erforderlich 12 09.09.2013 4
UEG: Einfluss hybride Gemische 13 Inertisierung 14 Grundsätze zur Inertisierung Inertisierung (bzw. gleichwertige Massnahmen) ist erforderlich, wenn in Apparaten explosionsfähige Atmosphäre auftreten und Zündquellen nicht mit genügender Sicherheit ausgeschlossen werden können. Reduzierung der Sauerstoffgrenzkonzentration (SGK) durch Inertisierung zur Verhütung von Bränden und Explosionen im Innern von Apparaten. Inertisierung ist unwirksam, wenn ein Produkt zur selbständigen Zersetzung (Deflagration) neigt, oder die Zersetzungstemperatur bei der Verarbeitung erreicht wird. 15 09.09.2013 5
Methoden der Inertisierung Druckwechselverfahren a) Unterdruckmethode b) Überdruckmethode Durchflussspülung Druckbeatmung Inertgasabdeckung von Tanks 16 Sauerstoff-Grenzkonzentration - brennbare Stäube - 17 Einfluss des Inertisierungsmittels auf die Sauerstoff-Grenzkonzentration brennbarer Stäube 18 09.09.2013 6
Inertstaub-Grenzkonzentration IGK von Inertstäuben 19 MZE Gase: Einfluss Verhältnis O 2 /N 2 20 Sauerstoff-Grenzkonzentration -brennbare Gase - 21 09.09.2013 7
Anforderungen zum sicheren Betrieb bei Anwendung der Inertisierung Ausreichend leistungsfähige Inertgasversorgung (Überwachung des Versorgungsdruckes) Sicherstellung des erforderlichen Inertisierungsgrades durch technische Massnahmen, z.b: Steuerung und Überwachung von Inertgasfluss und -druck Kontinuierliche bzw. periodische Messung der SGK Gasdichte Apparaturen ( Eintragen von Schüttgütern ins geschlossene System) Überwachung der Raumluftkonzentration 22 Konsequenzen - Inertisierung Stillsetzen der Anlage, wenn die SGK überschritten wird Wenn der erforderliche Inertgasstrom nicht aufrecht erhalten werden kann Wahl einer geeigneten Alarmschwelle, bei deren Überschreitung geeignete Gegenmassnahmen getroffen werden können. 23 Vermeiden von Zündquellen 24 09.09.2013 8
Zündquellenarten Triviale Zündquellen: Schweissen Schleifen Rauchen Bei betrieblichen Störungen zu erwartende Zündquellen: Mechanisch erzeugte Funken Heisse Oberflächen Glimmnester etc. 25 Feuererlaubnisschein 26 Zündquellen 27 09.09.2013 9
Anteil der Zündquellenarten von Staubexplosionen 28 Mechanisch erzeugte Funken - Funkenarten - Schlagfunken: Kurzzeitiges Schlagen von Werkstoffen gegen rostigen Stahl Schleiffunken: Kurzzeitiges Schleifen von Werkstoffen gegen eine rotierende Scheibe Reibfunken: Langzeitige Reibung von Stahl gegen Stahlwerkstoffe 29 Entstehungsursachen für mechanisch erzeugte Funken durch Stiftbruch oder durch Fördergut eingetragene metallene Fremdkörper in Mühlen durch Berührung von metallenem Becherwerk mit Förderschacht in Elevatoren durch Ventilatoren beim Berühren des Flügels mit dem Gehäuse durch Schleifarbeiten an Metallteilen 30 09.09.2013 10
Schleiffunken St-37 31 Reibfunken Scheibe: V2A, Stift: St-79 Scheibe: GGG-70, Stift: 1.2842 32 Schlagfunken Titan / Rost 33 09.09.2013 11
Zündwirksamkeit mechanisch erzeugter Funken v u [m/s] 1 1-10 Bemerkungen Es bestehen keine Zündgefahren Es müssen von Fall zu Fall Überlegungen angestellt werden, bei denen produkt-und materialspezifische Daten zu berücksichtigen sind. > 10 Es ist in jedem Fall Zündgefahr gegeben. 34 Abnehmende Reihenfolge der Zündwirksamkeit Zündstein Reib- und Schleiffunken Zirkon Schleiffunken Titan Schleif- und Schlagfunken Stahl Schleiffunken Aluminium/Rost - Schlagfunken 35 Schutzmassnahmen zur Verhinderung mechanisch erzeugter Funken Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit rotierender Stahlteile Wahl funkenarmer Werkstoffkombinationen (z.b. Bronze oder Chrom-Nickel-Stahl) Eintrag von Fremdkörpern vermeiden, z.b. durch Siebe, Sicherheitsbrecher mit geringer Umfanggeschwindigkeit und/oder Metallabscheider Schnelllaufende Anlagen mit hohem Befüllungsgrad fahren (>70%) (Produkte dürfen nicht deflagrieren oder selbständig zersetzen) Starke Ausführung von Gehäusen zur Verhinderung von Deformationen 36 09.09.2013 12
Heisse Oberflächen V2A-Scheibe / V2A-Stift 37 Gefahren durch heisse Oberflächen Heissgelaufene Lager Heissgewordener Keilriemen Glühlampen mit Staubablagerungen Oberflächen elektrischer Betriebsmittel Heizspiralen Durch Schäden heissgewordene Aussenflächen am Trocknersystem, insbesondere der Heizung 38 Glimmnester - Holzmehl - 39 09.09.2013 13
Massnahmen zur Verhinderung mechanisch erzeugter heisser Oberflächen Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit rotierender Stahlteile Wahl funkenarmer Werkstoffkombinationen (z.b. Bronze oder Chrom-Nickel- Stahl) Eintrag von Fremdkörpern (z.b. in Mühlen) vermeiden durch Siebe, Sicherheitsbrecher mit geringer Umfanggeschwindigkeit und/oder Metallabscheider Schnelllaufende Anlagen (z.b. Mischer, Zerhacker) mit hohem Befüllungsgrad fahren (>70%) (Produkte dürfen nicht deflagrieren oder selbständig zersetzen) Einsatz von Schieflaufwächtern bei Förderbändern bzw. Elevatoren Starke Ausführung von Gehäusen zur Verhinderung von Deformationen von Aussen Vermeiden von zündwirksamen Funken durch Wasserkühlung z.b. an einer Schleifstelle 40 Zündwirksamkeit T = 900 C T = 1100 C 41 Funkenentladung Beispiel für Funkenentladungen: Metallschaufel gehalten von einer Person mit isolierenden Handschuhen Leitfähige Flüssigkeit in einem Metallfass mit isolierender Innenverkleidung Massnahmen gegen Funkenentladungen : Erden aller leitfähigen Anlagenteile Konsequentes Erden von ortsveränderlichen Objekten und ausschliessliche Verwendung von leitfähigen Materialien 42 09.09.2013 14
Funkenentladung - 10 mj elektr. Funken - 43 Zündgefahr durch Gleitstielbüschelentladungen Brennbare Gase, Dämpfe und Stäube Beispiele für Gleitstielbüschelentladungen: Pneumatischer Transport von Schüttgut durch isolierende Rohrleitungen und leitfähige Rohrleitungen mit isolierender Innenbeschichtung hoher Durchschlagsfestigkeit Einsatz von Kontrollfenstern aus Glas oder Plexiglas für den pneumatischen Transport von Schüttgütern Transport von hoch isolierenden Suspensionen durch isolierende Rohrleitungen 44 Massnahmen gegen Gleitstielbüschelentladungen Verwendung von leitfähigen Materialien Alternative: Verwendung von isolierenden Materialien mit niedriger Durchschlagsfestigkeit an allen Orten, wo eine Ausbildung hoher Oberflächenentladungsdichte möglich ist Bei Durchschlagsspannungen < 4 kv durch eine isolierende Wand oder Beschichtung treten Gleitstielbüschelentladungen nicht mehr auf 45 09.09.2013 15
Gleitstielbüschelentladung 46 Zündgefahr durch Büschel- und Coronaentladungen Brennbare Gase, Dämpfe und Stäube (MZE < 3 mj) Beispiele für Büschel- und Coronaentladungen: Entleeren von Feststoffen aus Plastiksäcken in der Nähe von geerdeten Metallteilen (z.b. oberhalb des geöffneten Mannlochdeckels eines Reaktionskessels) Eintrag von isolierenden Flüssigkeiten mit hoher Geschwindigkeit in einen Tank und anschliessende Annäherung der aufgeladenen Flüssigkeitsoberfläche an Tankeinbauten, welche als Elektrode wirksam werden. Hineinragen von Silo-oder Tankeinbauten in eine hoch aufgeladene Staubwolke oder einen hoch aufgeladenen Tröpfchennebel. Eintrag von nichtleitfähigem Schüttgut in Fässer, Behälter oder Silos und Annäherung der Oberfläche des aufgeladenen Schüttguts an interne Einbauten 47 Büschelentladung 48 09.09.2013 16
Massnahmen gegen Büschel- und Coronaentladungen Verwendung von leitfähigen Materialien oder Begrenzung der Ausdehnung von aufladbaren Oberflächen gem. Richtlinie Statische Elektrizität, BG-Chemie, Richtlinie Nr.4 Einarbeitung von Kohlepulver ins Polymer: geeignete Menge, Feinheit und Verteilung ist zu berücksichtigen; solche veränderten Kunststoffe sind als leitfähig anzusehen und müssen in der Praxis geerdet werden Einarbeitung von antistatischen Additiven ins Polymer: Nachteil: Die Wirksamkeit des Antistatikmittel ist abhängig von der relativen Feuchte der Umgebungsluft und des Antistatikmittels von Substanzen im Kontakt mit den behandelten Oberflächen absorbiert werden kann. 49 Zündgefahr durch Schüttkegelentladungen Brennbare Gase, Dämpfe und Stäube Beispiele für Schüttkegelentladungen: Befüllen von Silos und Behältern mit aufgeladenen hoch isolierenden Schüttgütern (Granulat) in Gegenwart einer explosionsfähigen Atmosphäre 50 Schüttkegelentladung 51 09.09.2013 17
Massnahmen gegen Schüttkegelentladungen Vermeiden einer hohen Ladungsakkumulation in Schüttgütern aus Kunststoffgranulat durch Erhöhung der Produktleitfähigkeit (praktisch nicht anwendbar, da Veränderung der Produkteigenschaft stattfindet) Zusätzliche Massnahmen: Vermeidung explosionsfähiger Atmosphären Massnahmen des konstruktiven Explosionsschutzes 52 Entladungsarten 53 Zündgefahr durch gewitterblitzähnliche Entladungen Brennbare Gase, Dämpfe und Stäube Aufgrund durchgeführter, systematischer Untersuchungen in einem 60m 3 Behälter und unter Berücksichtigung praktischer Erfahrungen ist das Auftreten gewitterblitzähnlicher Entladungen als sehr unwahrscheinlich anzusehen 54 09.09.2013 18
Gewitterblitze 55 Allgemeine Schutzmassnahmen gegen elektrostatische Entladungen - brennbare Flüssigkeiten - Verwendung von leitfähigen Materialien und konsequentes Erden Rohrleitungen aus aufladbaren Werkstoffen mit kleinerem Durchmesser (< 30 mm) und Behälter aus aufladbaren Werkstoffen mit Volumina (V < 5 l) aus aufladbaren Werkstoffen können toleriert werden, ebenso zusammenhängende Volumina Zone 1 von < 100 cm 3. Beurteilung von antistatischen Ausrüstungen von Kunststoffoberflächen durch Experten Glasleitungen sind tolerierbar. Metallflansche > NW 100 müssen geerdet werden Tragen von ableitfähigen Schuhen und Installation von ableitfähigen Fussböden 56 Allgemeine Schutzmassnahmen gegen elektrostatische Entladungen - hybride Gemische - daher: Identische Massnahmen wie bei dem Vorhandensein von brennbaren Flüssigkeiten Büschelentladungen sind zu verhindern Einsatz von leitfähigen Werkstoffen für Apparate und Installationen sowie deren konsequentes Erden Handling nur in geschlossenen und inertisierten Systemen 57 09.09.2013 19
Allgemeine Schutzmassnahmen gegen elektrostatische Entladungen - brennbare Stäube - Verwendung von leitfähigen Materialien und konsequentes Erden Rohrleitungen für pneumatischen Transport von Schüttgütern aus leitfähigen Materialien isolierende Materialien sind tolerierbar, wenn Durchschlagsspannung < 4 kv beträgt Säcke, Fasern und kleine Gebinde (V < 200 l) aus isolierenden Materialien sind tolerierbar Beim Einfüllen von hochisolierendem Kunststoffgranulat in Silos oder grosse Behälter sind zusätzliche Schutzmassnahmen erforderlich (z.b. Inertisierung), wenn Ex-Atmosphäre vorliegt. 58 Allgemeine Schutzmassnahmen gegen elektrostatische Entladungen - brennbare Stäube - Handling von Stäuben mit MZE < 50 mj: ableitfähige Schuhe und Fussböden Handhabung von hochisolierenden Stäuben mit MZE < 10 mj ist bei Befüllvorgängen von Volumina > 0.2 m 3 eine Begrenzung der Füllrate erforderlich Handhabung extrem zündempfindlicher Stäube (MZE < 3 mj): Expertenempfehlung 59 Auswahl der Art der Schutzmassnahmen 60 09.09.2013 20
Flexible Schüttgutbehälter (FIBC) Umgebung Schüttgut Keine explosionsfähige Atmosphäre (Ex-Zonenfrei) Explosionsfähige Staubatmosphäre (Zone 22 od. 21) Brennbare Gase oder Dämpfe (Zone 2 od. 1) MZE 1 J A B C MZE < 1 J MZE < 3 mj B B C C C C A: Keine speziellen Anforderungen B: Durchschlagsspannung des FIBC s Wandmaterial < 4 kv C: Erdableitwiderstand von jedem Punkt auf dem FIBC s einschliesslich der Tragschlaufe 10 8 Ω 61 Zuordnung von Kenngrössen Vorbeugender Explosionsschutz Kenngrössen: Vermeiden von explosionsfähigen Staub/Luft- Gemischen Inertisierung Vermeiden von wirksamen Zündquellen Untere Explosionsgrenze Sauerstoffgrenzkonzentration Mindestzündenergie ( ) Mindestzündtemperatur ( ) Brennzahl Selbständige Zersetzung Selbstentzündungstemperatur Zersetzungstemperatur Schlagempfindlichkeit Glimmtemperatur Elektrostatisches Verhalten 62 LE 02-01a 01a Vorbeugender Explosionsschutz 63 09.09.2013 21