ATEX Explosionsschutz: Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Explosionen

Die Gefahr einer Explosion besteht immer dann, wenn die Voraussetzungen gemäß der ATEX-Grundlagen und dem Gefahren-Fünfeck erfüllt sind. Dazu gehört beispielsweise das Vorhandensein brennbaren Staubes, Luftsauerstoffs und einer wirksamen Zündquelle. Aus diesen Voraussetzungen ergeben sich Ansatzpunkte, die Anlage und das Personal vor den Auswirkungen einer Explosion zu schützen. Welche das sind, zeigen wir Ihnen in diesem Beitrag.

Erster Schritt im Explosionsschutz ist die Risikoanalyse und die Einteilung der Bereiche in Atex Zonen. Auf Basis dieser Einteilung werden dann geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen, die sowohl technischer als auch organisatorischer Natur sein können.

Einteilung der Schutzmaßnahmen

Zu Vermeidung einer Explosion ist es ausreichend, wenn eine der genannten Voraussetzungen nicht erfüllt ist. Man unterscheidet zwischen vorbeugenden und konstruktiven Schutzmaßnahmen:

Vorbeugende Schutzmaßnahmen

Diese Schutzmaßnahmen dienen der Vermeidung von Explosionen. Sind sie umgesetzt, kann es nicht zu einer Explosion kommen, da mindestens eine der Voraussetzungen des Gefahren-Fünfecks nicht erfüllt ist.

Dazu gehört zunächst der primäre Explosionsschutz: Das Vorhandensein eines brennbaren Stoffes wird vermieden. Ist kein brennbarer Stoff vorhanden, kann dieser nicht explodieren. Falls doch brennbarer Stoff vorhanden ist, dann nur in ungefährlicher Konzentration.
Für Staub sollten in diesem Kontext folgende Explosionskennzahlen betrachtet werden:

• Mischungsverhältnis (untere sowie obere Explosionsgrenze)
• Sauerstoffgrenzkonzentration SGK
• Partikel- bzw. Korngröße
• Schwelpunkt des Staubs

Zu den vorbeugenden Schutzmaßnahmen zählt weiterhin der sekundäre Ex-Schutz. Diese Schutzmaßnahmen sorgen dafür, dass bei Vorhandsein eines brennbaren Stoffes durch Vermeidung von Zündquellen bzw. durch das Eliminieren des Oxidationsmittels keine Explosion auftreten kann. So ist die Anlage z. B. geerdet, um statische Aufladungen zu vermeiden, oder es gibt durch Inertisierung des Prozessgases nicht genügend Sauerstoff.

Konstruktive Schutzmaßnahmen

Die konstruktiven Schutzmaßnahmen sollen die Auswirkungen von Explosionen vermindern, sollten diese in der Anlage auftreten.

Zu den konstruktiven Schutzmaßnahmen gehört der tertiäre Ex-Schutz. Die Anlage ist so konstruiert, dass sie im Falle einer Explosion dem Druck stand hält. Bei der Auswahl des konstruktiven Explosionsschutz geht es darum, die Auswirkungen nach einer Explosion an einer Anlage einzudämmen. Wichtig sind hierbei der maximale Überdruck, den der Staub beim Explodieren erzeugt (Pmax) sowie die Druckanstiegsgeschwindigkeit (Heftigkeit), also der KST-Wert.

Möglichkeiten des tertiären Ex-Schutzes sind z. B. der Einsatz von Entkopplungssystemen, um Anlagenbereiche voneinander abzuschirmen. Dabei werden benachbarte Systeme im Fall einer Explosion voneinander getrennt – entweder durch aktive Systeme, die mittels Sensoren die Explosion erfassen, oder passive Systeme, die aufgrund ihrer Konstruktion auf die Explosion reagieren.

Eine weitere Möglichkeit ist die Auswahl der Materialien bzw. der Auslegung der Anlage selbst, damit diese den Auswirkungen einer Explosion entsprechend stand halten kann. Dabei wird unterschieden zwischen der druckfesten und druckstoßfesten Bauweise:

• Die druckfeste Bauweise ist auf den maximalen Explosionsüberdruck ausgelegt – hier sind bleibende Verformungen unzulässig.
• Die druckstoßfeste Bauweise ist auf einen reduzierten maximalen Explosionsüberdruck ausgelegt und funktioniert in Verbindung mit einer Druckentlastung (der entstandene Druck wird entweder extern oder intern entlastet, so dass ein festgelegtes Niveau nicht überschritten wird) oder einem System zur Explosionsunterdrückung (die Explosion wird über Sensoren erfasst und der sich aufbauende Druck während der Entstehungsphase bereits eliminiert). Bei der druckstoßfesten Bauweise sind bleibende Verformungen zulässig (in einem gewissen Rahmen). Nach einer Explosion kann die Anlage weiter in Betrieb bleiben, wenn dies vorher durch eine Prüfung bestätigt wurde.

Schutzmaßnahmen der Hersteller

Bei der Auslegung einer Anlage müssen im Vorfeld die Kenntnisse über das Gefährdungspotential des Stoffgemisches vorliegen. Daraus ergeben sich die Maßnahmen, die an der Anlage selbst getroffen werden müssen.

Am Beispiel einer Entstaubungsanlage wären das Folgende:

2. Vorbeugende Schutzmaßnahmen: Maßnahmen zur Zündquellenfreiheit

• alle Komponenten – vor allem die elektrischen – entsprechen der Ex-Kategorie der Gesamtanlage. Diese ergibt sich während der Planung der Anlage
• alle Komponenten werden zwangsgeerdet (Zone 1+0), um Funkenentladungen zu verhindern
• die verwendeten Materialien sind ableitfähig und die Größe der isolierenden Flächen begrenzt, um Büschelentladungen zu verhindern
• Beschichtungen dürfen nicht isolieren, ggf. perforieren sowie auf die Dicke der Beschichtungen achten, um Gleitstielbüschelentladungen zu verhindern

2. Konstruktive Schutzmaßnahmen:

• Einbau von Entkopplungssystemen wie Rohgasklappen oder Sicherung der Filterzellen, um ein Abheben im Fall einer Explosion zu verhindern.
• druckstoßfeste Bauweise mit interner Druckentlastung durch das Vorhandensein eines Entlastungsraumes

Schutzmaßnahmen des Betreibers

Der Betreiber von Anlagen mit explosionsfähigen Gemischen oder in explosionsfähigen Atmosphären muss ebenfalls dafür Sorge tragen, dass während des Betriebs keine Gefahr für Mensch und Umwelt ausgeht. So muss er z. B. dem Hersteller die nötigen Informationen zum Prozess und den verwendeten Stoffen geben, die dieser benötigt, um die richtigen Maßnahmen an der Anlage auszuwählen. Im Falle einer Entstaubungsanlage muss er folgendes sicherstellen:

• Die Prozesstemperatur muss immer unter der Mindestzündtemperatur des verwendeten Stoffes liegen, um heiße Oberflächen zu verhindern.
• Exotherme Reaktionen zwischen den Materialien der Anlage und des Stoffes sowie zwischen den Stoffen untereinander müssen vermieden werden.
• Das Einsaugen metallischer Fremdkörper muss vermieden werden, um mechanische Funken zu vermeiden.

Fazit

Trotz der bestehenden Gefahr einer Explosion können Maßnahmen getroffen werden, um dieses Risiko zu minimieren. Dabei wird zwischen solchen Maßnahmen unterschieden, die die Gefahr im Ansatz verhindern (vorbeugende Schutzmaßnahmen), und solchen, die die Ausbreitung verhindern, nachdem es zu einer Explosion gekommen ist (konstruktive Schutzmaßnahmen). Dabei ist es grundsätzlich wichtig, dass die Eigenschaften des Stoffes sowie des Prozesses bekannt sind und alle Beteiligten davon Kenntnis haben.