Moderner Explosionsschutz an Elevatoren

Staubexplosionen können überall dort auftreten, wo das gleichzeitige Vorhandensein eines brennbaren Staubes, Luftsauerstoff und einer wirksamen Zündquelle nicht verhindert werden kann.

Der Explosionsschutz zählt zu den besonders sicherheitsrelevanten Aufgabenbereichen in der Schüttguttechnik. Im Explosionsfall sind das Leben und die Gesundheit der Arbeitnehmer durch unkontrollierte Flammen und Druckwirkung sowie durch schädliche Reaktionsprodukte und Verbrauch des zum Atmen benötigten Sauerstoffs aus der Umgebungsluft gefährdet.

Zur Sicherung des Explosionsschutzes in der Schüttguttechnik können prinzipiell zwei Wege beschritten werden. Primär sind stets die Möglichkeiten zur Verhinderung von Explosionen zu betrachten. Dazu sind die Vermeidung zündfähiger Staub-Luft-Gemische und das Ausschalten von Zündquellen mit ausreichendem Energiegehalt notwendig. Ist der sichere Ausschluss eines der beiden Faktoren nicht vollständig möglich, so sind Maßnahmen zu ergreifen, die eine sichere Beherrschung der Auswirkungen einer Explosion ermöglichen. Da hier eine Änderung der baulichen Beschaffenheit der Apparate z.B. Elevatoren notwendig ist, spricht man vom „konstruktiven Explosionsschutz“. Beim Elevator sind weitere Primärschutzeinrichtungen wie Schieflaufwächter, Schlupfüber-wachung, Überlastschutz und Temperaturmessung einzubauen.

Werden Umlaufgeschwindigkeiten der Becher > 10 m/s erreicht, besteht trotz der Primärschutzeinrichtungen, beim Auftreten von explosionsfähiger Atmosphäre, Explosions-gefahr. Im vorliegenden Artikel soll erläutert werden, durch welche technischen Maßnahmen die verheerenden Auswirkungen von Explosionen sicher auf ein ungefährliches Maß für den Menschen, der Umwelt und der Produktionsanlage reduziert werden kann.

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Explosionsdruckentlastung an Elevatoren

Eine Möglichkeit der Reduktion von Explosionsauswirkungen durch einen Abbau des entstehenden Explosionsdruckes, ist die Explosionsdruckentlastung. Über definierte Sollbruchstellen in Form von Explosionsklappen oder Explosionsberstscheiben wird die Explosion ins Freie geleitet.

Eine richtige Auslegung dieser konstruktiven Schutzeinrichtung ist erforderlich, wobei die VDI-Richtlinie 3673 zu Rate gezogen werden sollte. Die Größe und die Anordnung der Druckentlastungseinrichtung spielt eine wesentliche Rolle und sollte von Fachleuten bewertet werden. Des Weiteren sind die Explosionseigenschaften der Stäube zu beachten. Die Explosion ist abhängig vom jeweiligen Staub, insbesondere dem Feuchtegrad, der Korngröße sowie den produktspezifischen Kenngrößen.

An eine Druckentlastung wird die Anforderung gestellt, dass die Druckäußerungen, die Explosionsflammen und die Verbrennungsgase gefahrlos in die Umgebung abzuleiten sind, weshalb keine begangenen Bereiche betroffen sein dürfen und eine Sekundärexplosion im Bereich der Flammen vermieden werden muss. Durch regelmäßige Reinigung sind die Räume staubfrei zu halten, dass durch die austretenden Drücke und Gase keine Staubaufwirbelung mit der Bildung explosionsfähiger Gemische im gesamten Raum auftreten kann.

Kann eine Explosion nicht direkt ungefährdet ins Freie geleitet werden, müssen Abblasrohre zwischen dem Elevator und der Gebäudewand installiert werden. Diese sollten so kurz wie möglich gestaltet werden. Außerdem sind diese geradlinig auszuführen. Krümmer und Umlenkungen sind nicht gestattet.

Werden flammenlose Druckentlastungseinrichtungen eingebaut, so sind Absperrmaßnahmen von ca. 5 Metern um die Druckentlastungseinrichtung einzuhalten. Weiterhin sind Belüftungsmaßnahmen notwendig, da die Verbrennungsgase in den Raum eintreten und unter Umständen toxisch sind.

Explosionsunterdrückung an Elevatoren

Eine anlaufende Explosion wird durch Explosionsdruck- und/oder Infarrot-Flammensensoren erkannt und die Explosionsflammen durch Löschpulver in Millisekunden abgelöscht. Hierdurch wird der zu erwartende maximale Explosionsüberdruck bei optimalen Konzen-trationsbedingungen deutlich auf einen maximalen reduzierten Explosionsüberdruck vermindert. Zielsetzung der Explosionsunterdrückung ist es, den Explosionsüberdruck auf einen möglichst niedrigen Wert zu reduzieren. In der Regel muss der Elevator auf einen Explosionsüberdruck von 0,4 bar druck- oder druckstoßfest für Stäube der Klasse 1, 2 ausgelegt werden.

Das Explosionsunterdrückungssystem besteht aus drei Komponenten:

• Detektionssystem
• Steuerzentrale
• HRD-Löschmittelbehälter

Detektionssystem

Der Druck einer anlaufenden Explosion breitet sich in dem zu schützenden Elevator allseitig und gleichmäßig mit Schallgeschwindigkeit aus. Dynamische Explosionsdrucksensoren sind am geeignetsten für die Auslösung des Unterdrückungsvorganges.

Beim Explosionsmultisensor sind zwei unabhängige Sensoren in einem Gehäuse integriert. Durch das kapazitive Messverhalten der beiden Sensoren, werden explosionsartige Druckan-stiege blitzschnell detektiert. Durch eine Software kann der Explosionsmultisensor auf das dynamisches oder statisches Detektionsprinzip oder einer Kombination von beiden, programmiert werden.

Beim dynamischen Detektionsprinzip wird der Druckanstieg pro Zeiteinheit detektiert und mit der vorgegebenen Programmierung des Alarm- und Auslösekriteriums verglichen. Prozessbedingte Druckschwankungen werden vom Sensor ignoriert. Über eine Entschei-dungslogik können die beiden Messzellen in eine UND/ ODER- Verknüpfung programmiert werden.

Bei großen Elevatorköpfen und Elevatorfüßen verbunden mit den dazugehörigen Schächten, empfiehlt es sich, eine Kombination aus Druckdetektion und optischer Infrarotdetektion einzusetzen. Der Vorteil besteht darin, dass die Detektion schneller erfolgt, so dass der Unterdrückungseffekt schneller greift und somit der reduzierte Explosionsüberdruck gering ist. Außerdem sind die Abstände zwischen Detektion und der explosionstechnischen Entkopplung (Löschmittelsperre) geringer.

Steuerzentrale:

Signale, die von den Explosionsdruck-, Funken-, Flammen- oder Temperatursensoren ausgehen, werden von der Steuerzentrale registriert, überprüft und ausgewertet. Je nach Aufbau des Explosionsunterdrückungssystems werden HRD-Löschmittelbehälter oder Schnellschlussschieber selektiv aktiviert. Die gesamte Elektronik, Melde- und Auslöselinien sind ständig auf Drahtbruch, Erd- und Kurzschluss überwacht. Alle Störungs- und Alarm-meldungen werden mittels LED-Leuchten auf den Einschubkarten angezeigt.
Bei Ausfall der Netzversorgung übernimmt die batteriegestützte Notstromversorgung automatisch die Speisung der Schaltkreise. Die Steuerzentrale besitzt potentialfreie Kontakte, die zur Ansteuerung von Betriebselementen (z.B. Stillsetzen von Zellenradschleusen) zur Verfügung stehen./p>

HRD-Löschmittelbehälter:

Für die Explosionsunterdrückung stehen verschieden große HRD (High Rate Discharge)-Löschmittelbehälter zur Verfügung.
Die Löschmittelbehälter sind mit Löschpulver gefüllt und mit einem Stickstoffdruck von 60 bar beaufschlagt. Als Löschpulver wird KiDDeX (Basis ist Natriumbikarbonat) eingesetzt.
Spezialventile geben den gesamten Öffnungsquerschnitt im Millisekundenbereich frei. Bedingt durch den hohen Innendruck im Löschmittelbehälter wird ein schnelles Ausströmen des Löschpulvers bewirkt. Es stehen pyrotechnische oder elektromechanische Auslöselemente zur Verfügung. Die Öffnungszeit beträgt bei beiden Versionen ca. 3,5 Millisekunden. Bei der elektromechanischen Auslöseeinrichtung wird eine Verschlussklappe durch zwei redundante Elektromotoren über eine Gelenktechnik, geöffnet. Die Motoren sind elektrisch überwacht, so dass jede Störung nachvollziehbar ist. Durch eine Transportverriegelung kann der Lösch-mittelbehälter einfach transportiert werden. Der Betreiber kann selbstständig die Löschmittelbehälter händeln.
Durch ein spezielles Düsensystem wird eine optimale und gleichmäßige Löschmittel-verteilung in der zu schützenden Vermahlungsanlagen erreicht. Die Löschmittelbehälter können entweder senkrecht auf dem zu schützenden Behälter oder über einen 90° Rohrbogen seitlich am Behälter montiert werden.

Explosionstechnische Entkopplung

Bei den beiden o.g. konstruktiven Schutzmassnahmen muss sichergestellt sein, dass sich die Explosion nicht durch verbundene Elevatorschächte oder angeschlossenen Rohrleitungen und /oder Förderer fortpflanzen kann. Die explosionstechnische Entkopplung kann partiell erfolgen. Partiell sagt aus, dass die explosionstechnische Entkopplung flammentechnisch erfolgt. Hierbei können Löschmittel-sperren installiert werden.
Werden für die Produktaufgabe und/oder Produktabwurf Zellenradschleusen eingesetzt, müsse diese entsprechend für den ordnungsgemäßen Verwendungszweck geprüft und zertifiziert sein. Bei dem Einsatz von Förderschnecken muss stets ein Produktpropfen in der Schnecke sein. Dieser kann die Fortpflanzung von Explosionsflammen verhindern.
Wird die explosionstechnische Entkopplung in Verbindung mit der Explosions-druckentlastung angewendet, sollte man den Einsatz von optischen Infrarot-Sensoren der Druckdetektion vorziehen. Grund hierfür ist die schnellere Detektion der Explosionsflamme.

Schlussbetrachtung

Es sollte im Ermessen des Betreibers von explosionsgefährdeten Anlagen liegen, welcher Explosionsschutz der Richtige für das jeweilige Produkt ist. Die erstellte Risikoanalyse gibt einen Aufschluss, in wie weit die eine oder andere Schutzmassnahme am sinnvollsten ist. So hat sich z.B. die konstruktive Schutzmassnahme Explosionsunterdrückung in allen Industriezweigen positiv entwickelt und gewinnt weiterhin immer mehr an Bedeutung.

Kidde Brand- und Explosionsschutz gehört zu UTC Fire & Security, einer Geschäftseinheit der United Technologies Corp. (NYSE:UTX), die weltweit mehr als 1 Mio. Kunden mit Brandschutz und Sicherheitslösungen beliefert. UTC Fire & Security hat ihren Stammsitz in Connecticut, USA.

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